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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    5G hálózatok, szolgáltatásaik, és az ipari IoT szinergiája

    A tantárgy angol neve: 5G Networks, Services and their Synergies with Industrial IoT

    Adatlap utolsó módosítása: 2019. augusztus 29.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Informatikai Tudományok DI

    Villamosmérnöki tudományok DI

    Doktoranduszi választható tárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VITMDV02   4/0/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Varga Pál, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Varga Pál PhD, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Vezetéknélküli hálózati technológiák alapjai, Cellás mobilhálózatok architektúrája, IoT rendszerek általános felépítése, Adat- és hálózatbiztonság.
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    nincs
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célkitűzése, hogy az 5. generációs mobil hálózati technológiák és szolgáltatásaik, valamint az ipari IoT szinergiáját, eszközeit és lehetőségeit bemutassa.

    Az 5G és az ipari IoT követelményeinek párhuzamba állítása után a tárgy bemutatja az 5G rendszerek rádiós és maghálózati architektúráját, kitér a mobiltechnológiai konvergenciákkal kapcsolatos igényekre és lehetőségekre, és bemutatja, hogy mindezek hogyan segítik az ipari IoT rendszerek kiépülését és működését.

    A jelenlegi ipari IoT keretrendszerek architekturális, kommunikációs és biztonságtechnikai sajátosságainak áttekintésével a tárgy lehetőséget teremt a jövőbeli alkalmazások átgondolt, megfontolt, mégis gyors és hatékony tervezésére és megvalósítására. Emellett a tárgy áttekintést nyújt az ipari IoT rendszerek különböző architekturális szintjein alkalmazott kommunikációs módszerekkel kapcsolatban, ideértve mind a gyártók és ellátási láncok közötti, mind pedig a gyártósor elemei közötti kommunikációt.

    Az 5G technológia és az ipari IoT rendszerek szinergiáit esettanulmányokon keresztül is bemutatja a kurzus.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. hét

    Bevezetés. Követelmények az ipari IoT rendszerekkel kapcsolatban – felhasználási területek alapján. Üzembe helyezési és karbantartási sajátosságok. Az IoT és a CPS (Cyber-Physical Systems) viszonya. IoT rendszerek rádiós hálózati igényei. Az 5G ígéretei és követelményei.

    2. hét

    IoT rádiós hozzáférési technológiák jellemzői, taxonómiája és összehasonlítása. Ezek gyengeségei az ipari IoT igényeivel szembeállítva. Lehetőségek és szűk keresztmetszetek az 5G használatát nélkülöző megoldásokban (NB-IoT, Cat-M, LoRa, SigFox, valamint ZigBee, UWB, Bluetooth, stb.). 

    3. hét

    Az 5G rádiós hálózat követelményei és megoldásai. Rádiós hozzáférés. Kódolási eljárások. Kapcsolat a maghálózattal.

    4. hét

    5G: beépített módszerek a kis késleltetési, a magas biztonsági, a nagy végberendezés-számmal kapcsolatos, valamint a további egyéb követelmények teljesítésére. 

    5. hét

    Az 5G maghálózat felépítése, funkciói. Az Evolved Packet Core és az 5G maghálózat összehasonlítása.  

    6. hét

    5G szolgáltatások esettanulmányokon keresztül. Hálózati technológiák konvergenciája: a WiFi és 5G, vezetékes hozzáférési hálózatok és 5G, 2G, 3G, 4G és 5G – technológiák közötti session-átadás. 

    7. hét

    Az ipari IoT fejlődése: átmenet a DCS és SCADA-alapú modellekből az IoT és CPS modellek felé. Valós idejű követelmények. A helyi automatizálási felhő architektúra alapjai. Összekapcsolódó helyi automatizálási felhők. Egyenrangú és hierarchikus architektúra-változatok. Az Edge, Platform és Enterprise szintek kapcsolódásának kihívásai és módszerei.

    8. hét

    Heterogén, több-szereplős ipari IoT rendszerek és követelményeik. Az ipari IoT biztonságtechnikai kihívásai és megoldásai. Protokollok, szemantikai sémák – egyeztetési kihívások és megoldások.

    9. hét

    Az 5G használata az ipari IoT-ban – architekturális megoldások. A kommunikáció elemei és folyamata a végberendezések üzembe helyezésétől a funkcionális adatátvitelig. 

    10. hét

    IoT eszközök életciklusa. Az ellátási lánc menedzsment és az életciklus kapcsolata. Az 5G és az ipar4.0 válaszai a végberendezések életciklusának kézben tartására. Biztonsági kockázatok, ezek felismerési módjai és mitigációja.

    11. hét

    Komplex ipari IoT esettanulmányok – Mixed Reality, proaktív karbantartás. Digitális lábnyom tárolása és követése többszereplős, komplex ellátási láncokban. Real-time end-to-end követelmények teljesítése 5G támogatással. Kitekintés: Time Sensitive Networking.

    12. hét

    Házi feladatok bemutatása – demonstrációk és előadások formájában. 

    13. hét

    Keretrendszerek: AllJoyn, Arrowhead, LWM2M, stb. Esettanulmány: folyamatszintű end-to-end ellátási lánc menedzsment dinamikus kezelése szolgáltatás orientált architektúrában, heterogén szereplőkkel, az Arrowhead keretrendszerben.

    14. hét

    Kitekintés: Blockchain az Ipar4.0-ban. Az iparban használandó blockchain-technológiákkal kapcsolatos követelmények. Meglévő megoldások összehasonlítása. Lehetőségek, kihívások és veszélyek.

    Összefoglalás, konklúziók.

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

    a.       A szorgalmi időszakban hallgatók otthoni feladatot kapnak, melynek során egy, a tárgyhoz kapcsolódó témát kell feldolgozniuk és esszé+előadás vagy prototípus+demó formájában benyújtaniuk és bemutatniuk.

    b.       A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga

    11. Pótlási lehetőségek Az otthoni feladatok pótlólagos leadása a pótlási időszakban, egy kijelölt időpontban lehetséges.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, az oktatóval egyeztetve.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    -       A 3GPP 5G szabványai

    -       Hasan Derhamy, Jens Eliasson, Jerker Delsing, Peter Priller - A survey of commercial frameworks for the Internet of Things, in Proceedings of IEEE 20th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 2015.

    -       Jerker Delsing (ed.) - IoT Automation: Arrowhead Framework, CRC Press, 2017.

    -       Michele Albano, Erkki Jantunen, Gregor Papa, Urko Zurutuza (Eds.) - The MANTIS Book: Cyber Physical System Based Proactive Collaborative Maintenance, River Publishers Series in Automation, Control and Robotics, 2019.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra60
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire0
    Házi feladat elkészítése36
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Varga Pál, PhD

    Egyetemi docens

    TMIT