IoT rendszerek kommunikációs megoldásai

Alapadatok
Neptun kód: 
vitmav22
Gazda tanszék: 
TMIT
Szak: 
BME-VIK Villamosmérnöki szak
BME-VIK Mérnök informatikus szak
Szint: 
BSc - Alapképzés
MSc - Mesterképzés
Típus: 
Szabadon választható (SZVT)
Érvényesség: 
aktív
Tárgyfelelős: 
Célkitűzés: 
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.
Szemeszter: 
tavasz
Kurzus Szemeszter
IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (2018) 2017/2018 2. félév (tavasz)
IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (2017) 2016/2017 2. félév (tavasz)

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.