Szenzorhálózatok
A tantárgy angol neve: Sensor Networks
Adatlap utolsó módosítása: 2009. október 27.
Tantárgy lejárati dátuma: 2015. január 31.
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
• Intelligens szenzorok hardver architektúrái. Berkeley mote általános bemutatása: Alapmodul bemutatása (alapstruktúra, funkcionalitás, építőelemek). Mikrokontroller bemutatása (processzormag, perifériák). Szenzorkártya, koprocesszor kártyák és gateway egységek elemzése. Mitmót felépítésének tárgyalása (alapmodul, rádió, szenzorok).
• Vezetéknélküli adatátvitel jellemzőinek értékelése: Szenzorhálózatok kommunikációs problémáinak bemutatása a hagyományos adatátviteli feladatokkal szemben (beltéri kommunikáció, energiaellátás). Megoldási alternatívák vizsgálata a fenti problémákra (szórt spektrumú átvitel, frekvenciaugratás, UWB). A szenzorhálózatokban használt tipikus kommunikációs IC-kel szemben támasztott követelmények és megoldások. Az IC-kben használt modulációs technikák, adó és vevőarchitektúrák bemutatása.
• ZigBee fizikai rétegének ismertetése: modulációs előírások, teljesítményadatok. Intelligens szenzorok szoftver architektúrái: Programszervezési módszerek bemutatása és elemzése. Ütemezési módszerek ismertetése. Preemptív és nem-preemptív folyamatkezelés sajátosságai. Beágyazott operációs rendszerek általános feladatai, eltérések a hagyományos operációs rendszerektől.
• uC-OS beágyazott operációs rendszer bemutatása. Konfigurációs lehetőségek és szolgáltatások ismertetése. eCos beágyazott operációs rendszer bemutatása. Az operációs rendszer architektúrájának bemutatása, konfigurálási lehetőségei. nesC (network embedded systems C) nyelv bemutatása. Nyelvi sajátosságok (command, event struktúra, folyamatkezelés stb.). TinyOS operációs rendszer ismertetése. Szolgáltatások, ütemezések bemutatása. Kapcsolat a nesC nyelvvel.
• nesC nyelvű példaprogramok bemutatása, hálózatkezelés sajátosságai a TinyOS operációs rendszerben. Óraszinkronizáció szenzorhálózatokban: Óraszinkronizációt igénylő feladatok bemutatása (időmérés, események sorrendiségének meghatározása, hálózatkezelés, adatfúzió). Általános, szinkronizációval kapcsolatos fogalmak megismerése (külső/belső, explicit/implicit stb.). Szinkronizáció alapproblémáinak bemutatása, óramodell ismertetése (referencia, pontos, korlátozott driftű stb.).
• Szinkronizáció megvalósításának lehetőségei (órahangolás, időbélyeg konverzió) ezek előnyei, hátrányai és megvalósítási technikái. Eltérés a hagyományos és szenzorhálózatokban használandó szinkronizációs technikákkal szemben támasztott követelményekben, ad-hoc struktúra hatása. Szenzorhálózatokban elterjedten használt szinkronizációs protokollok ismertetése: Timing-sync Protocol for Sensor Networks (TPSN). Reference-Broadcast Synchronization (RBS) Flooding Time Synchronization Protocol (FTSP). Intervallumaritmetikán alapuló szinkronizálás. Az algoritmusok összehasonlítása.
• Adatkapcsolati réteg: közeghozzáférés-vezérlés (MAC) kérdések, csatornakiosztás. Többszörös hozzáférés, ütközések elkerülése, feloldása, lekérdezési technikák. MD (Mediation Device) protokoll, szenzorhálózati megoldások (PicoRadi, WINS) Szenzor-MAC (SMAC) protokoll ismertetése mint konkrét esettanulmány. S-MAC építőelemek, működés, implementációs kérdések, teljesítményelemzés.
• Hálózati réteg: szenzorhálózati sajátosságok, hálózati struktúrák (elosztott, hierarchikus), klaszterképzés. Útvonalválasztás szenzorhálózatokban: routing feladata, definíciója. Routing tervezési kérdések szenzorhálózatokban. Hálózat és útvonalválasztás modellezése.
• Útvonalválasztási protokollok csoportosítása. Elosztott (flat) routing; adatközpontú útvonalválasztás, irányított diffúzió, pletyka routing, gradiens alapú routing, energiatakarékos megoldások. Hierarchikus útvonalválasztás. LEACH algoritmus, protokoll. Önszerveződő protokollok; elhelyezkedés-alapú útválasztás. Egyéb routing megoldások: többutas, lekérdezés alapú, QoS-routing. LEACH esettanulmány.
• Lokalizáció és nyomkövetés: fizikai/szimbolikus, abszolút/relatív, „lokális” lokalizáció. Pontosság kontra precízió. Lokalizációs technikák: centralizált/elosztott, távolságmérésen alapuló megoldások, érkezési idők, jelcsillapítás, irányszögmérés. Illusztratív példák, konkrét megvalósítások.
• Mobilitás szenzorhálózatokban: bázisállomás mobilitás, szenzorok mobilitása; előre jelezhető, adaptív mozgatási stratégiák az energiatakarékos működéshez. Követelmények, korlátok tipikus szenzorhálózati alkalmazásokban.
• Adatgyűjtés és –fúzió: hálózaton belüli adat-egyesítés, tömörítés. Adattömörítés és útvonalválasztás egymásra hatása. Adat-aggregációs protokollok, centralizált és elosztott megoldások.
• Szenzorhálózati alkalmazások, esettanulmányok. A „Great Duck Island” projekt bemutatása.
• Szenzorhálózatok alkalmazása jelfeldolgozó környezetben: Valósidejű rendszerek problémái, alkalmazási lehetőségek szenzorhálózatokban (determinisztikusság kérdése, kommunikációs jellemzők, adatvesztés). Mintavétel szinkronizálásának lehetőségei (fizikai szinkronizáció és interpolációs technikák). Visszacsatolás lehetőségének vizsgálata szenzorhálózatokban (open loop, closed loop). Példaalkalmazás bemutatása (vezetéknélküli zajcsökkenő rendszer). Adattömörítés előfeldolgozással.
A tárgy feldolgozását ezen kívül kiadott segédletek, cikkek segítik.