Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    IoT kommunikáció

    A tantárgy angol neve: IoT Communication

    Adatlap utolsó módosítása: 2023. április 11.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnök Szak

    Intelligens hálózatok szakiránya

    Alapképzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VITMAC11 5 2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fehér Gábor,
    4. A tantárgy előadója

    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Fehér Gábor, PhDegy. docensTMIT
    Dr. Vidács Attila, PhDegy. docensTMIT

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Hálózati alapismeretek, IP
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    Szakirany("AVIN22-INFOKOMMRENDHAL", _) VAGY
    Szakirany("AVIN22-NAGYFRRENDSZALK", _) VAGY
    Szakirany("AVIN22-MULTIMOBHALMEGOLD", _)

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

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    7. A tantárgy célkitűzése Az IoT (Internet of Things - Tárgyak Internete) rendszerek esetében alapvető követelmény, hogy a tárgyak valóban tudjanak az Internetre csatlakozni. A tárgyak egy része erőforrásban korlátozott, így a kommunikáció során előtérbe kerülnek az energiahatékony, rövid és hosszú távú rádiós megoldások. Az internetes adatátvitel és feldolgozás során a klasszikus kliens/szerver kapcsolat helyett a hirdetés/feliratkozás modell bizonyul hatékonynak. A tárgy célkitűzése, hogy a hallgatók gyakorlati problémák megoldásán keresztül, valós IoT eszközök felhasználásával megismerjék és elsajátítsák az IoT eszközök kommunikációjának alapjait.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    Az előadások részletes tematikája

    1. Bevezetés: A tárgyak internetének világa (IoT), trendek az IoT világában. Az IoT megjelenése az okos városokban, intelligens otthonokban, iparban és mezőgazdaságban. Az IoT és a M2M (Machine-to-Machine) viszonya. IoT hálózati architektúrák. Szenzorhálózatok evolúciója az IoT területen.
    2. Kommunikáció beágyazott rendszerekben. SPI (Serial Peripheral Interface), I2C (Inter-Integrated Circuit), RS-232, RS-422 és RS-485 szinkron és aszinkron kommunikáció.
    3. Egy és többugrásos kommunikáció az IoT esetében. Adat aggregáció. Lokalizáció és nyomonkövetés.
    4. Ipari IoT kommunikációs megoldások. Ipari vezetékes kommunikációs protokollok. IoT szabványok.
    5. Alacsony fogyasztású, rövid hatótávolságú rádiókommunikációs megoldások. Az IEEE 802.15.4 protokoll. Bluetooth LE protokoll rétegeinek bemutatása.
    6. 6LoWPAN, ZigBee, ANT+ protokollok ismertetése. Mesh hálózatok. Széles körben elterjedt rádiós modulok bemutatása.
    7. Alacsony fogyasztású, nagy hatótávolságú rádiókommunikációs megoldások. A SigFox és a LoRa protokollok. A LoRaWAN (Low Power Wide Area Network) hálózat felépítése és működése.
    8. NB-IoT (Narrow-Band IoT) és LTE-M (Long-Term Evolution - Machine-Type Communication), a mobil szolgáltatók megoldása. 5G és IoT.
    9. Mérési adatok szállítása az Interneten. Szerver/kliens modell az IoT kommunikációban. A CoAP (Constrained Application Protocol). Üzenetek irányítása, szűrés, terheléskiegyenlítés a hirdetés/feliratkozás megoldások esetén.
    10. Hirdetés/feliratkozás modellek az IoT kommunikációban. Az MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) és XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) protokollok. Üzenetek irányítása, szűrés, terheléskiegyenlítés a hirdetés/feliratkozás megoldások esetén.
    11. IoT a felhőben. Különböző IoT felhő platformok és kapcsolódásuk a fizikai szenzorokhoz. HTTP REST (Representational State Transfer) alapú kommunikáció az IoT platformokhoz.
    12. IoT platformok felépítése, felhasználók, alkalmazások és adatok kezelése. Kommunikáció különböző platformok és komponensek között. IoT adatok tárolása és elemzése.
    13. Esettanulmányok bemutatása: Okos város parkolási rendszerek / kis és nagy hatótávolságú rádiók együttműködése. Intelligens otthon tervezése / különböző IoT protokollok integrálása. Intelligens sportpályák / az adatok útja a sporteszköztől a megjelenítőig.
    14. Újdonságok és a közeljövő IoT megoldásai

    A gyakorlatok/laborok részletes tematikája

    1. Mikrokontrolleres modulok programozása. Az Arduino fejlesztőkörnyezet ismertetése. Egyszerű szenzorok csatlakoztatása Arduino alapú mikrokontrollerhez. Analóg-digitális átalakítás. Modulok közötti kommunikáció az Arduino segítségével: SPI, I2C, szinkron és aszinkron kommunikáció.
    2. Raspberry Pi eszközök ismertetése. A Raspberry Pi, mint az internetre kötött tárgy. Linux alapú rendszerek Rasberry Pi alapokon. Programfejlesztés Raspberry Pi-re. A Raspberry Pi GPIO (General-Purpose Input/Output) kezelése.
    3. Bluetooth LE kommunikáció. Central és peripheral üzemmódok. GATT (Generic Attribute Profile) Adatok átvitele Bluetooth modulok között.  Bluetooth mesh hálózatok működése.
    4. LoRa és LoRaWAN kommunikáció megvalósítása. LoRaWAN átjáró és szerver működtetése. Üzenetküldés megvalósítása a rádiós modulok segítségével.
    5. MQTT bróker telepítése, konfigurálása és használata. Csatornák szervezése és üzenetek elosztása. Mikrokontrolleres, webes, felhő programkönyvtárak az üzenetkezeléshez. Üzenetkezelés megfigyelése, statisztikai információk kinyerése.
    6. IoT üzenetek kezelése mobil és webes alkalmazásokon. HTTP, MQTT, WebSocket technológiák kliens és szerver oldali használata. Üzenetek küldése és fogadása alkalmazásokban.
    7. Esettanulmányok gyakorlati bemutatása: Intelligens otthon vezérlése. Különböző eszközök üzeneteinek egységes kezelése, eszközök egy rendszerbe integrálása. Példák az iparból és mezőgazdaságból.

     

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Az előadások hetente 90 perces blokkban zajlanak. 3 gyakorlat két 90 perces blokkban lesz megtartva órarendi időpontban, 4 gyakorlat pedig órarendi időponton kívül otthonról elvégezhető 180 perces gyakorlat. Az otthonról elvégezhető gyakorlatokhoz konzultációs időpontot biztosítunk.
    10. Követelmények A szorgalmi időszakban 1 ZH felmérés van. A ZH eredménye beleszámít a tárgy vizsgajegyébe 25% mértékben. Írásbeli vizsga
    11. Pótlási lehetőségek A ZH a pótlási időszakban pótolható.
    12. Konzultációs lehetőségek Konzultációhoz előzetes egyeztetés szükséges elektronikus csatornák egyikén
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra30
    Felkészülés zárthelyire32
    Házi feladat elkészítése
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés32
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Fehér Gábor, TMIT
    IMSc tematika és módszer A tantárgy tematikájához kapcsolódóan több kisebb, emelt szintű házifeladat teljesíthető IMSc pontokért. A zárthelyin, annak pótlásán és a vizsgán emelt szintű többletfeladatok teljesíthetőek IMSc pontokért. Egyeztetett időpontban egy további, önkéntesen választható, emelt szintű foglalkozást biztosítunk, ahol a tárgy tematikájához szorosan kötődő, időszerű kutatási és fejlesztési problémákat és azok megoldásait ismertetjük. A cél az érdeklődő (elsősorban, de nem kizárólag IMSc-s) hallgatók motivációja a képzésük folytatására az MSc-n túl a PhD képzés keretei között.
    IMSc pontozás Legfeljebb 25 IMSc pont szerezhető az alábbiak szerint: 1. Sikeresen teljesített emelt szintű házifeladatokért: max. 18 IMSc pont (három házifeladat, házifeladatonként 6 IMSc pont). 2. Sikeresen megoldott többletfeladat ZH-n (vagy a pótlásán): max. 6 IMSc pont. A többletfeladatokat csak akkor értékeljük, ha az összes többi feladat alapján jelest szerzett a hallgató az adott számonkérésen. 3. Sikeresen megoldott többletfeladat vizsgán: max. 6 IMSc pont. A többletfeladatokat csak akkor értékeljük, ha az összes többi feladat alapján jelest szerzett a hallgató az adott számonkérésen. Amennyiben a hallgató megajánlott jegyet szerez és így nem vizsgázik, úgy egy plusz emelt szintű házifeladatot teljesíthet ezért a pontszámért. Bár összesen így 30 IMSc pontra lenne lehetőség, maximum 25 IMSc pontot írunk be. Az IMSc pontokat az IMSc programban részt nem vevő hallgatók is elnyerhetik a fentiek szerint.