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.
Villamosmérnöki szak
Mérnök informatikus szak
Szabadon választható tantárgy
Digitális technika, informatika, számítógép-hálózatok.
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
Digitális technika 1, 2; Informatika 1, 2; Számítógép-hálózatok
A tárgyat nem vehetik fel azok, akik kreditet szereztek a VIMIAV14 tárgyból.
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.
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.
Előadás, demonstráció, egyéni feladatok.
A házi feladatot különeljárási díj mellett a pótlási időszakban is be lehet adni.
Házi feladat konzultáció a szorgalmi időszakban. Vizsga előtti konzultáció a vizsgaidőszakban.
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.
Dr. Kolumbán Géza docens, BME MIT
Dr. Tóth Csaba adjunktus, BME MIT