IoT rendszerek kommunikációs megoldásai

A tantárgy angol neve: Communication in the Internet of Things

Adatlap utolsó módosítása: 2016. november 6.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnökinformatikus Szak

Villamosmérnöki Szak

Szabadon választható tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMAV22   1/1/0/f 2  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fehér Gábor, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
A tantárgy tanszéki weboldala https://www.tmit.bme.hu/vitmav22
4. A tantárgy előadója

Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
Dr. Fehér Gábor PhDegyetemi docensBME-TMIT
Dr. Vida Rolland PhDegyetemi docensBME-TMIT
Dr. Vidács Attila PhDegyetemi docensBME-TMIT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Kommunikációs hálózatok 1. (VIHIAB01) vagy Informatika 2 (VIAUAB01) tárgyak valamelyike. Programozási alapismeretek.
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. A kurzus elvégzésével saját tervezésű eszközöket illeszthessenek már létező IoT rendszerekhez.
8. A tantárgy részletes tematikája

1. hét előadás

Bevezetés: A tárgyak internetének világa (IoT), trendek az IoT világában. Az IoT megjelenése az okos városokban, intelligens otthonokban és az iparban. Az IoT és a M2M (Machine-to-Machine) viszonya.

 

2. hét gyakorlat

Az Arduino eszközök ismertetése. Az Arduino alapú mikrokontroller a szenzorokhoz. Programfejlesztés az Arduino fejlesztő környezettel. Modulok közötti kommunikáció az Arduino segítségével: SPI (Serial Peripheral Interface), I2C (Inter-Integrated Circuit), szinkron és aszinkron kommunikáció.

 

3. hét előadás

IoT hálózati architektúrák. Szenzorhálózatok evolúciója az IoT területen. Egy és többugrásos kommunikáció az IoT esetében. Adat aggregáció. Lokalizáció és nyomonkövetés.

 

4. hét gyakorlat

Raspberry Pi eszközök ismertetése. A Raspberry Pi, mint az internetre kötött tárgy. Linux alapú rendszerek Rasberry Pi alapokon. Programfejlesztés Raspberry Pi-re. Modulok közötti kommunikáció Raspberry Pi esetén. A Raspberry Pi GPIO (General-Purpose Input/Output) kezelése.

 

5. hét előadás

Alacsony fogyasztású, rövid hatótávolságú rádiókommunikációs megoldások. Az IEEE 802.15.4 protokoll. 6LoWPAN, ZigBee, Bluetooth LE, ANT+ protokollok ismertetése. Széles körben elterjedt hobbi rádiós modulok bemutatása.

 

6. hét gyakorlat

Alacsony fogyasztású, rövid hatótávolságú rádió modul illesztése Arduino és Raspberry Pi eszközökhöz. Üzenetküldés megvalósítása a rádiós modulok segítségével.

 

7. hét előadás

Alacsony fogyasztású, nagy hatótávolságú rádiókommunikációs megoldások. A SigFox és a LoRa protokollok. A LoRaWAN (Low Power Wide Area Network) hálózat felépítése és működése. NB-IoT (Narrow-Band IoT) és LTE-M (Long-Term Evolution - Machine-Type Communication), a mobil szolgáltatók megoldása.

 

8. hét gyakorlat

LoRa modul illesztése Arduino és Raspberry Pi eszközökhöz. LoRaWAN kommunikácó megvalósítása. LoRaWAN átjáró és szerver működésének bemutatása.

 

9. hét előadás

Mérési adatok szállítása az Interneten. Szerver/kliens és hirdetés/feliratkozás modellek az IoT kommunikációban. A CoAP (Constrained Application Protocol) és az MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protokollok. XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) és az AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) protokollok. Üzenetek irányítása, szűrés, terheléskiegyenlítés a hirdetés/feliratkozás megoldások esetén.

 

10. hét gyakorlat

Mosquitto (MQTT) és RabbitMQ (AMQP) üzenetkezelők telepítése, konfigurálása és használata. Példák csatornák szervezésére és üzenetek elosztására. Programkönyvtárak az üzenetkezeléshez. Üzenetkezelés megfigyelése, statisztikai információk kinyerése. Kliens oldali példák.

 

11. hét előadás

IoT a felhőben. Különböző IoT felhő platformok és kapcsolódásuk a fizikai szenzorokhoz. HTTP REST (Representational State Transfer) alapú kommunikáció az IoT platformokhoz. Kapcsolódás különböző platformokhoz: ThingSpeak, DeviceHubNet. Kommunikáció különböző platformok és komponensek között.

 

12. hét gyakorlat

IoT üzenetek kezelése Android és webes alkalmazásokon. HTTP, MQTT, WebSocket technológiák kliens és szerver oldali használata. Üzenetek küldése és fogadása alkalmazásokban.

 

13. hét előadás

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. hét gyakorlat

Esettanulmányok gyakorlati bemutatása: Intelligens otthon vezérlése az OpenHAB (open Home Automation Bus) segítségével. Különböző eszközök üzeneteinek egységes kezelése, eszközök egy rendszerbe integrálása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és gyakorlatok keretében. A gyakorlatokon a hallgatók, amennyiben rendelkeznek hordozható számítógéppel, úgy a kiosztott eszközök segítségével nem csak követhetik, hanem maguk is együtt csinálhatják a feladatokat a gyakorlatvezetővel.
10. Követelmények a. 1 db összegző típusú zárthelyi sikeres megírása.

b. A zárthelyi dolgozaton kívül a hallgatók részteljesítmény értékelő otthoni feladatot kapnak, melynek során egy, a tárgyhoz kapcsolódó témát kell feldolgozniuk és esszé vagy prototípus formájában benyújtaniuk.

Az otthoni munka és a zárthelyi dolgozatok azonos súllyal vesznek részt a végső érdemjegy kialakításában.

11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi és az otthoni feladat pótlása a pótlási időszakban lehetséges. Az otthoni feladatok pótlólagos leadása a pótlási időszakban kijelölt időpontig lehetséges.
12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, az oktatóval egyeztetve.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

-        Charalampos Doukas, „Building Internet of Things with the Arduino (Volume 1)"

-        Dieter Uckelmann, Mark Harrison, Florian Michahelles, „Architecting the Internet of Things"

-        Jean-Philippe Vasseur & Adam Dunkels, „Interconnecting Smart Objects with IP"

-        Olivier Hersent, David Boswarthick, Omar Elloumi, „The Internet of Things: Key Applications and Protocols"

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra28
Félévközi készülés órákra 
Felkészülés zárthelyire10
Házi feladat elkészítése22
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés 
Összesen60
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
Dr. Fehér Gábor PhDegyetemi docensBME-TMIT
Dr. Vida Rolland PhDegyetemi docensBME-TMIT
Dr. Vidács Attila PhDegyetemi docensBME-TMIT