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

Dr. Varga Pál PhD, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

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.

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.

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

-       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.