MSSY: Bezdrátové senzorové sítě

Ukázka videopřednášky
Garant: Ing. Milan Šimek, Ph.D.
Zkratka: MSSY
Rozsah: 26P – 39L
Zařazení: magisterské studium
Kredity: 6
Povinnost: volitelný oborový předmět
Typ studia: prezenční

Stručný popis

Zavedení kurzu pro obor Elektronika a sdělovací technika má za cíl seznámit studenty s bezdrátovými sítěmi krátkého dosahu, tzv. WPAN sítěmi. Předmět má za úkol seznámit studenty s s jejich součástmi, a s jejich praktickým využitím. Studenti získají základní teoretickou a hlavně praktickou orientaci v oblasti moderní bezdrátové přenosové a senzorické techniky a pomocí řešení praktických příkladů si osvojí dovednosti ve vývoji senzorových komunikačních modulů.

Popis předmětu

Studenti získají přehled o prvcích a komunikačních systémech používaných v bezdrátových senzorových sítích, které se používají např. na řízení inteligentních budov, v dopravních systémech nebo pro monitorování životního prostředí. Seznámí se se standardem IEEE 802.15.4 a protokolem Zigbee.

Obsah předmětu (anotace):

Kurz MSSY (Bezdrátové senzorové sítě) je zaměřen prakticky a přináší studentům hodnotné znalosti a zkušenosti, které dokáží uplatnit v širokém spektru budoucích  zaměstnání.  Technologie bezdrátových senzorových sítích nachází v dnešní době uplatnění v řízení inteligentních budov, v environmentálním monitoringu, monitoringu koncentrace nebezpečných látek v ovzduší i ve vodách, ve vojenských a leteckých aplikacích, v dopravě aj. Studenti se v průběhu semestru naučí pracovat s bezdrátovými senzorickými jednotkami, které jsou osazeny mikrokontroléry a rádiovými čipy od společnosti Atmel. V průběhu přednášek jsou studenti srozumitelnou formou seznámeni s architekturou mikroprocesorů AVR a jejich perifériemi. Naučí se ovládat LED diody, snímat data z externích senzorů, nastavit časovače, přenášet data na LCD displej, pomocí sériové komunikace do PC aj. V první polovině semestru si studenti osvojí problematiku vývoje architektury pro senzorovou jednotku IRIS od společnosti Memsic. Na konci této první poloviny budou schopni měřit okolní fyzikální parametry jako teplotu a osvětlení v místnosti a zobrazovat naměřená data na PC. V druhé polovině semestru získají znalosti ohledně bezdrátového přenosu dat definovaného dle komunikačního standardu IEEE 802.15.4 a  protokolu Zigbee PRO. Tento protokol bude při přednáškách detailně popsán. Studenti budou v laboratorních cvičeních pracovat s protokolem Zigbee, konkrétně s implementací opět od společnosti Atmel nazývanou bitCloud. Budou se zabývat problematikou bezdrátového přenosu dat v pásmu 2,4 GHz a to dokonce i přes větší množství bezdrátových jednotek až směrem k bráně sítě, která se stará o příjem a zpracování dat. V průběhu laboratorních cvičení budou také provádět měření rádiových dosahů a útlumových charakteristik bezdrátových uzlů a to jak ve vnitřních tak i venkovních prostorech školy. Dále také získají hluboké zkušenosti týkající se plánování využití bezdrátových kanálů v pásmu 2,4 GHz a budou provádět měření vlivu WiFi síti na přenos dat v senzorové bezdrátové síti. K dispozici mají studenti moderní vybavení laboratoře Senzorových systémů, které disponuje programátory AVR, výkonným paketovým analyzátorem SNA od společnosti Daintree, rádiovým analyzátory Wi-Spy Chanalyser, 40ti bezdrátovými  uzly s externími senzory (teplotní čidla, světelná čidla, mikrofony, GPS, akcelerometry), GPS lokalizátorem GPS Explorer a komerčním bezdrátovým systémem eKO PRO Series Systém. Součástí předmětu je i exkurze do firmy zabývající se bezdrátovými senzorovými sítěmi. Více informací lze nalézt na oficiálních stránkách laboratoře WISLAB: http://wislab.cz/training-how-to-wireless-sensor-network Absolvování předmětu je ohodnoceno udělením 6 kreditů.

Sylabus

  1. Úvod do předmětu
    Technologie WSN
    Architektura bezdrátové senzorové jednotky
    AVR mikrokontroléry a jejich I/O periférie
    Práce s registry
  2. Základy práce s časovači
    Časovače v komparačním režimu
    Obsluha přerušení
    LCD displeje
  3. Základy sériové komunikace
    USART
    SPI
    I2C
  4. Snímání dat z analogových senzorů
    Princip AD převodníků
    Analogový komparátor
    Práce s pamětí
  5. Základy bezdrátového přenosu dat
    Fyzická vrstva dle IEEE 802.15.4
    Koexistence bezdrátových technologií
    Rádiový modul AT86RF230
  6. Linková vrstva dle IEEE 802.15.4
    Definice zařízení v síti
    Ustanovení WPAN sítě
    CCA(Clear Channel Assesment)
    Přístupová metoda CSMA/CA
    Princip využívání Superrámců
  7. Energetická náročnost snímání a přenosu dat
  8. Úvod do protokolu Zigbee
    Síťová vrstva (směrování mesh a strom)
  9. Protokol Zigbee a zabezpečení sítě
  10. Lokalizace bezdrátových zařízení
  11. Technologie Bluetooth, WiFi, WirelessHART
  12. Odborné přednášky firem