Beágyazott rendszerek hálózati eszközei

A tantárgy angol neve: Network Devices of Embedded Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2009. október 30.

Tantárgy lejárati dátuma: 2011. december 16.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak

Mérnök informatikus szak

Szabadon választható tantárgy 

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIJV14   4/0/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Tóth Csaba,
A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimijv14/
4. A tantárgy előadója Dr. Tóth Csaba adjunktus, BME MIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Digitális technika, informatika, számítógép-hálózatok.

 

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIMIAV14") )

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:

Digitális technika 1, 2; Informatika 1, 2; Számítógép-hálózatok

 

A tárgyat nem vehetik fel azok, akik kreditet szereztek a VIMIAV14 tárgyból.

7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy célkitűzése, hogy megtanítsa azokat a rendszertechnikai elveket, hardver- és szoftvereszközöket, amelyek a beágyazott rendszerek informatikai és méréstechnikai eszközeinek rendszerbe kapcsolásához szükségesek. Az elméleti ismeretek átadása mellett a kurzus nagy figyelmet fordít a jelenleg használatos hálózati eszközök és rendszerek gyakorlati ismertetésére.

A kurzust sikeresen teljesítő hallgatók megismerkednek a beágyazott rendszerek kommunikációs technikáival, az adatkapcsolati és a fizikai rétegek működésének alapelveivel és legfontosabb rendszertechnikai megoldásaival, valamint a megvalósítás eszközeivel.


8. A tantárgy részletes tematikája

1. Bevezetés

A beágyazott rendszerek szempontjából releváns kommunikációs alapfogalmak áttekintése a pont-pont kapcsolattól a helyi hálózatokig.

2. A beágyazott hálózatok és a LAN-ok összehasonlítása

A beágyazott rendszerek adatátviteli sajátosságai. A beágyazott rendszerekben használatos kommunikációs technikák összevetése a hagyományos LAN-okkal.

3. Az IEEE 1451 szabványcsalád

A „Smart Transducer Interface Standards” fontosabb elemeinek ismertetése és értékelése. Az IEEE 1451 mint a hálózatba köthető intelligens szenzorok referenciamodellje. (Formálisan nem az, de a szabvány legértékesebb részei referenciamodellként használhatók.)

4. A kommunikációs közegek vizsgálata

Rézvezetők és optikai vezetők főbb tulajdonságai: sávszélesség, jel-zaj viszony, teljesítmény-igény, EMC, életvédelmi szempontok, galvanikus elválasztás, implementációs kérdések. Vezeték nélküli kommunikáció jellemzői: a rövid hatósugarú rádiós és a sugárzott optikai kommunikáció sajátosságai, technikai problémái.

5. Hagyományos kommunikációs technikák

A régi, de még mindig széles körben használt soros kommunikációs technikák és szabványok áttekintése (RS-232, RS-422, RS-485; soros, aszinkron start-stop adatátvitel). Áramhurok (0-20mA, 4-20mA). (Megjegyzés: ezeknek a technikáknak az alapelveit és egyes részeit a legmodernebb hálózatokban is alkalmazzák, ezért is indokolt a tárgyalásuk.)

6. Hagyományos műszerhálózatok, PC-vezérelt rendszerek

General purpose interface bus (GPIB, IEEE 488, IEC-625).

Universal serial bus (USB).

7. Az egy nyomtatott áramköri lapon belüli kommunikáció technikái; műszereken, készülékeken belüli kommunikáció

I2C, SPI, „egyvezetékes” kommunikáció. EMC problémák, méréstechnikai megfontolások, NYÁK-tervezési szempontok.

8. Ipari buszok és szakági speciális hálózatok

A CAN fizikai és adatkapcsolati rétege. A CAN (nem autóipari) alkalmazásai. CANopen. MODBUS.

9. Ethernet beágyazott rendszerekben

Ipari kivitelű Ethernet, távtáplálás. Implementációs kérdések.

10. Idővezérelt hálózatok és alkalmazásaik

Az eseményvezérelt és az idővezérelt megközelítés összehasonlítása.

TT-CAN, TTP/C, FlexRay, TTEthernet.

11. Beágyazott környezetben használatos vezeték nélküli adatátvitel

WiFi, Bluetooth, GSM/GPRS rövid áttekintése. A GPRS modemek/terminálok használata (esettanulmány).

12. Az IEEE 802.15.4 szabvány és a ZigBee

Az IEEE 802.15.4 szabvány fizikai és adatkapcsolati rétege. Az IEEE 802.15.4 szabványra épülő ZigBee protocol stack.

13. ZigBee hálózatok

Könyvtárak és profilok. Néhány fontos profil megismerése (otthoni hálózatok, fogyasztásmérőkben, orvosi műszerekben történő alkalmazás). Esettanulmányok.

14. Az egyéni feladatok közös áttekintése

Az egyéni feladatok bemutatása, közös értékelése.

 

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

Előadás, demonstráció, egyéni feladatok.

10. Követelmények
  • A szorgalmi időszakban: az aláírás megszerzésének feltétele egy házi feladat megfelelő szintű elkészítése. Feladatkiadás a 3. oktatási héten, beadás az utolsó előtti oktatási héten.
  • A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.
  • Elővizsga: a vizsgaidőszakot megelőző héten.
11. Pótlási lehetőségek

A házi feladatot különeljárási díj mellett a pótlási időszakban is be lehet adni.

12. Konzultációs lehetőségek

Házi feladat konzultáció a szorgalmi időszakban. Vizsga előtti konzultáció a vizsgaidőszakban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

A. S. Tanenbaum: Számítógép-hálózatok (bármelyik angol vagy magyar kiadás)

John Park, Steve Mackay, Edwin Wright: Practical Data Communications for Instrumentation and Control. Elsevier, 2003. ISBN 07506 57979.

W. Stallings: Data and Computer Communications. 3rd edition, Macmillan, 1991,
ISBN 0-02-415454-7

U. D. Black: Data Networks. Concepts, theory, and practice. Prentice-Hall, 1989,
ISBN 0-13-198599-X

J. A. Gutiérrez, E. H. Callaway Jr., R. L. Barrett Jr.: Low -Rate Wireless Personal Area Networks, Enabling Wireless Sensors with IEEE 802.15.4. IEEE Press, 2003. ISBN 0-7381-3557-7

Az IEEE szabványok egy része és a ZigBee protokoll az Internetről letölthető.

A fenti irodalmakat az oktató által készített segédletek egészítik ki.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra10
Felkészülés zárthelyire0
Házi feladat elkészítése24
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés30
Összesen 120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Kolumbán Géza docens, BME MIT

Dr. Tóth Csaba adjunktus, BME MIT