Autonóm járművek kommunikációs technológiái

A tantárgy angol neve: V2X Communication Technologies of Autonomous Vehicles

Adatlap utolsó módosítása: 2018. november 7.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak

Villamosmérnöki szak

Szabadon választható tantárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHIAV37   3/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bokor László,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Bokor László

 egyetemi adjunktus

 HIT

Dr. Simon Vilmos

 egyetemi docens

 HIT

Dr. Koller István

 egyetemi mestertanár

 HIT

Varga Norbert

tud. smts.

HIT

Az előadók eléréséhez szükséges adatok a tanszék honlapján megtalálhatók:

https://www.hit.bme.hu/staff

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM
(Szakirany("VIMM-OKOSV", _) VAGY
Szakirany("VIAMVMSC", _) VAGY
Szakirany("VIAMIMSC", _) VAGY
TárgyEredmény( "BMEVITMMA10" , "jegy" , _ ) >= 2 )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:

Kötelező: -

Kizárások: A tárgyat nem vehetik fel a magyar nyelvű képzés villamosmérnöki mesterszak Okos város mellékspecializációjának hallgatói, valamint azok a hallgatók, aki megszerezték a VITMMA10 Intelligens közlekedési rendszerek tárgy kreditjeit.

7. A tantárgy célkitűzése

A korszerű, járművekben használatos, vezetőt segítő rendszerek többek között támogatják a járművek sebesség- távolság- és sávtartását, segítik az előzéseket és a kereszteződéseken történő áthaladást, így javítva a közlekedés biztonságát és a járműforgalom kezelését. Az autonóm járművek, kisméretű ember nélküli repülőgép rendszerek (UAS), drónok hatékonysága tovább növelhető, a rájuk építhető alkalmazások skálája jelentősen bővíthető, ha az egyes járművek képesek egymással és az infrastruktúrával kommunikálni, folyamatosan információt cserélni. A járműkommunikációs technológiák pontosan ezt támogatják: szignifikánsan növelik a járművek és a forgalom-menedzsment központok által használható környezeti adatok mennyiségét és minőségét, és olyan új szolgáltatásoknak és alkalmazásoknak nyitnak utat, melyek extrém módon növelhetik a közlekedés biztonságát és hatékonyságát, csökkenthetik a környezet terhelését, valamint a legkülönfélébb forrásokból származó szenzoradatok fúziójához elengedhetetlen dinamikus jármű-jármű és jármű-infrastruktúra adatátvitel biztosításával elvezethetnek az önvezető járművek, autonóm drónflották és fejlett UAS alkalmazások korszakába.

 

Mire tesz képessé a tárgy elvégzése:

-        Autonóm járművek speciális kommunikációs igényeinek elméleti és gyakorlati ismerete

-        Kooperatív járműkommunikációs technológiák elméleti és gyakorlati ismerete

-        UAV tervezési és építési ismeretek

-        Autonóm járművek mozgását koordináló algoritmusok tervezése és implementációja

-        Járműkommunikációs megoldások optimalizációja

8. A tantárgy részletes tematikája

-        Bevezetés az autonóm járművek világába: történelmi áttekintés, autonóm és semi-autonóm járművek képességei, felépítése, alapvető (érzékelő) hardverei, működésük modelljei, összehasonlítás az emberi vezető képességeivel, előnyei, hátrányai, példák.

V2X kommunikáció 8 előadás

-        Bevezetés a járműkommunikációba: közlekedési rendszerek/járművek/autonóm járművek kommunikációs igényei és követelményei, kooperatív kommunikáció, kooperatív intelligens közlekedési rendszerek (V2X) és motivációik.

 

-        A V2X napjainkban: szabványosítási testületek és aktivitások, V2X alkalmazások és szolgáltatások alapjai, típusai, követelményei, példák, esettanulmányok, létező tesztrendszerek, V2X-t használó okos városok.

 

-        Szabványos V2X architektúrák: a jelenlegi szabványokon alapuló V2X rendszerarchitektúrák, horizontális és vertikális rétegelemek, cross-layer optimalizációt lehetővé tevő megoldások, heterogén hozzáférési módszerek támogatása, alrendszerek architektúrái.

 

-        Szabványos V2X hálózati és transzport megoldások: földrajzi pozíció alapú kommunikációs sémák a V2X hálózatokban (pl. GeoNet), kompatibilitási kérdések a TCP/IP hálózati és transzport protokollokkal, GeoNet alapú alkalmazások esettanulmányai és használati esetei.

 

-        Szabványos V2X alkalmazások támogatása: „facility" réteg a V2X rendszerekben, alkalmazási/információs/kommunikációs sík, periodikus és eseményvezérelt kommunikációs megoldások és üzenettípusok, jármű-jármű és jármű-infrastruktúra kommunikációs megoldások, kereszteződés-geometria és közlekedési lámpák viselkedésének leírása.

 

-        Szabványos V2X biztonság és privátszféra-védelem: kihívások, követelmények, támadási modellek és fenyegetettség, kriptografikus megoldások és digitális aláírás a V2X biztonsági sémákban, biztonságos üzenetváltás, biztonságos útválasztás és csomagtovábbítás, biztonságos csoportkommunikáció, plauzabilitás-vizsgálat egyes alkalmazásokban.

UAV-k (4 előadás)

-        UAV rendszerek alapjai: merev- és forgószárnyas UAV (Unmanned Aerial Vehicle)-n alapuló UAS (Unmanned Aerial System) rendszerek, ezek elektronikus rendszerének felépítése, tipikus UAV misszió lebonyolítása, tipikus UAV alkalmazások.

 

-        UAV rendszerek a gyakorlatban: Ardupilot - nyílt forráskódú UAV repülésvezérlő rendszer felépítése, alkalmazása merev és forgószárnyas repülőgépen.

 

-        UAV rendszerek vezérlése: A tanszéken fejlesztett repülésvezérlő számítógép rendszer és a rajta futó - szintén a tanszéken fejlesztett - Linux alapú Kálmán-szűrős állapotbecslőn, nemlineáris, optimális szabályozón alapuló robotpilóta rendszer felépítése, működése.

 

-        UAV kommunikáció: kommunikációs technológiák UAV alkalmazásokban (R/C modell távirányító technológiák, telemetria rádiók, payload rádiók, UWB alkalmazások, GPS technológia UAV-n).

 

-        Autonóm rajmozgás: a rajmozgás jelentősége, alkalmazási területei, bemutatva a ma és a jövőben a világban megvalósuló, rajmozgáson alapuló rendszereket.

 

-        A rajmozgás elméleti alapjai: előfordulása a természetben, virtuális potenciál mező, erők, Reynolds-féle alapok.

 

-        Vezérlési problémák autonóm rajokban: leader-follower és minden változata, kommunikációs kérdések. Egy valós rajmozgást implementáló rendszer megtervezése és kivitelezése.

 

Laboratóriumi gyakorlatok/mérések (2, egyenként 4 órás alkalom):

Kooperatív járműkommunikációs laboratóriumi gyakorlatok (2 x 4 órás gyakorlat)

-        szabványos V2X hálózati és facility protokollok és biztonsági mechanizmusaik konfigurációja/ használata a gyakorlatban

-        alkalmazásfejlesztési alapok, kooperatív V2X SDK alapú alkalmazás fejlesztése

 

UAV tervezés, megvalósítás (2 x 4 órás gyakorlat)

-        Részvétel merev- és forgószárnyas szárnyas UAV reptetésén

-        Gyárlátogatás a BHE telephelyén, „UAV-ok és rajtuk implementálható korszerű technológiák a gyakorlatban" témakörben

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás és laboratóriumi gyakorlat.

10. Követelmények

A szorgalmi időszakban: 1 NHF elfogadott teljesítése.

A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga.

11. Pótlási lehetőségek

A NHF a pótlási hét végéig különeljárási díj mellett beadható.

12. Konzultációs lehetőségek

NHF beadása előtt egy alkalommal, vizsga előtt igény szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Előadások anyaga és segédlet a gyakorlatokhoz (angol nyelven): https://moodle.hit.bme.hu bejelentkezés után a Moddle-kurzusnál.

 

Felhasználható irodalom:

  • Vehicular Communications and Networks: Architectures, Protocols, Operation and Deployment: Wai Chen, ISBN-13: 978-1782422112, 2015.
  • Vehicular Networking: Christoph Sommer, Falko Dressler, ISBN-13: 978-1107046719, 2015.
  • Intelligent Transportation Systems: Technologies and Applications: Samuel Morgan, ISBN-13: 978-1632403148, 2015.
  • Autonomous Driving: Technical, Legal and Social Aspects: Markus Maurer, J. Christian Gerdes, Barbara Lenz, Hermann Winner, ISBN-13: 978-3662488454, 2016.
  • Autonomous Vehicles: Intelligent Transport Systems and Smart Technologies: Nicu Bizon, Lucian Dascalescu, Naser Mahdavi Tabatabaei, ISBN-13: 978-1633213241, 2014.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra: 3+1 ó hetente x 14 hét

56

Félévközi felkészülés: 0,5 ó hetente x 14 hét

7

Házi feladat elvégzése

27

Vizsgafelkészülés

30

Összesen

120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Bokor László

 Egyetemi adjunktus

 HIT

Dr. Simon Vilmos

 Egyetemi docens

 HIT

Dr. Koller István

 Egyetemi mestertanár

 HIT