Politechnika Warszawska - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Sieci bezprzewodowe komórkowe, lokalne i sensorowe

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-CBxxx-ISP-SKLS Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Sieci bezprzewodowe komórkowe, lokalne i sensorowe
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty techniczne )---EITI
( Teleinformatyka )-Cyberbezpieczeństwo-inż.-EITI
Punkty ECTS i inne: 5.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

SKLS

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

Przedmiot poświęcono podstawom sieci bezprzewodowych z uwzględnieniem głównych typów tych sieci, ich architektury, ważniejszych realizacji technicznych i obszarów zastosowań. Uwzględniono przy tym całościowe podejście do zagadnienia integracji różnych rodzajów sieci bezprzewodowych charakterystyczne dla najnowszych generacji sieci komórkowych. Celem laboratoriów jest pogłębienie wiedzy o ważniejszych aspektach działania sieci bezprzewodowych na drodze symulacyjnej oraz opanowanie podstawowych umiejętności w zakresie konfigurowania wybranych rozwiązań technicznych z wykorzystaniem fizycznych urządzeń. Celem projektu jest przybliżenie studentom złożonych zadań związanych z budową i eksploatacją sieci komórkowych, jak np. planowanie i realizacja sieci i usług czy projektowanie i analiza wybranych mechanizmów sieciowych.

Pełny opis:

Przedmiot poświęcono podstawom sieci bezprzewodowych z uwzględnieniem głównych typów tych sieci, ich architektury, ważniejszych realizacji technicznych i obszarów zastosowań. Uwzględniono przy tym całościowe podejście do zagadnienia integracji różnych rodzajów sieci bezprzewodowych charakterystyczne dla najnowszych generacji sieci komórkowych. Celem laboratoriów jest pogłębienie wiedzy o ważniejszych aspektach działania sieci bezprzewodowych na drodze symulacyjnej oraz opanowanie podstawowych umiejętności w zakresie konfigurowania wybranych rozwiązań technicznych z wykorzystaniem fizycznych urządzeń. Celem projektu jest przybliżenie studentom złożonych zadań związanych z budową i eksploatacją sieci komórkowych, jak np. planowanie i realizacja sieci i usług czy projektowanie i analiza wybranych mechanizmów sieciowych.



Treść wykładu

Sieci komórkowe. Uogólniona specyfikacja systemów komunikacji ruchomej poprzez przykłady użycia i wymagania, problematyka łącza radiowego, mechanizmy wielodostępu, funkcje płaszczyzny sygnalizacyjnej systemów komunikacji ruchomej (grupy zarządzania zasobami radiowymi, zarządzania mobilnością, sterowanie zgłoszeniami), architektura sieci dostępu radiowego oraz sieci szkieletowej na przykładzie usług, architektur i wybranych rozwiązań technicznych sieci 2G, 3G, 4G, 5G:

  • 2/2.5G jako podwalina dla sieci mobilnych. Istota mobilności, styk radiowy - kanały logiczne, kanały fizyczne, kanoniczne kroki związane z nawiązywaniem komunikacji w sieci (dostęp do sieci i informacja systemowa, uzyskiwanie dostępu do kanału sygnalizacyjnego, rezerwacja kanału ruchowego, żądanie realizacji usługi, zwalnianie zasobów, zasady obsługi ruchu pakietowego), obsługa zgłoszeń, zarządzanie mobilnością i przekazywanie połączeń (handover). Architektura sieci radiowej i sieci szkieletowej, aspekty bezpieczeństwa.
  • 3G jako pierwsza sieć komórkowa szerokopasmowa dla multimediów. Organizacja dostępu radiowego WCDMA i transmisji w sieci radiowej, architektura sieci radiowej i sieci szkieletowej, główne procedury sygnalizacyjne, ewolucja transmisji szerokopasmowej (HSDPA/HSPA+), ewolucja multimediów i podsystem IMS.
  • 4G jako wyraz ewolucji w kierunku coraz wyższych przepływności i wyższych wymagań jakościowych usług – nowe usługi sieci komórkowych (usługi dla biznesu, usługi krytyczne). Organizacja dostępu radiowego OFDMA i transmisji w sieci radiowej, architektura sieci radiowej i sieci szkieletowej, główne procedury sygnalizacyjne, ewolucja IMS i VoLTE.
  • 5G jako podstawa integracji usług w architekturze end-to-end. Wymagania nowych usług odnośnie dostępu radiowego (małe opóźnienia, pełna niezawodność, dostęp ultra-szerokopasmowy) i siecią szkieletową (elastyczność, samozarządzanie). Klasy usługowe dla 5G (Massive IoT, Enhanced mobile-broadband, Ultra-reliable low-latency) i przypadki użycia. Kluczowe rozwiązania 5G: MIMO, sterowanie ruchem, zarządzanie zasobami. Architektura sieci RAN i sieci transportowej. Zarządzanie siecią i orkiestracja – rola technik SDN/NFV, sieci wydzielone (network slicing). Stan wdrożenia i perspektywy rozwojowe.


Sieci lokalne:

  • Obszary zastosowań sieci Wireless LAN.
  • Znaczenie nielicencjonowanego pasma (ze szczególnym uwzględnieniem 2.4 GHz i 5 GHz).
  • Standard WiFi: Zasady technologii radiowej, protokoły i mechanizmy (np. zasady dostępu do radia). Protokoły tworzące standard WiFi: funkcjonalności i zasada działania.
  • Rozszerzenia 802.11.x: wymagania usługowe, mechanizmy rozszerzeń 802.11.n, 802.11.w oraz 802.11.ac.
  • Jakość obsługi i mobilność w sieciach WiFi wg 802.11e i 802.11.r.
  • Bezpieczeństwo sieci WiFi (unsecure WEP vs. WPA).
  • Nowe zastosowania sieci WiFi, np. WiFi direct i ad-hoc p2p w sieciach bezprzewodowych.
  • Sieci bezprzewodowe Ad-hoc p2p (ze szczególnym uwzględnieniem sieci WiFi Direct).


Sieci sensorowe:

  • Węzły wbudowane i ich łączność. Wprowadzenie do systemów wbudowanych i BSS. Łącza w systemach IoT: LoRa, Sigfox , NB-IoT oraz integracja w 5G.
  • Bezprzewodowe sieci sensorów (BSS). Łącze LPWAN: Standard IEEE 802.15.4, architektura, tryby działania, usługi. Bluetooth: Standard IEEE 802.15.1, topologie, warstwa łącza, architektura hardware’a, L2CAP, ATT, GATT, GAP, mechanizmy bezpieczeństwa. Współprawca z Internetem: Zastosowanie: 1) mechanizmu autokonfiguracji adresów sieciowych (SLAAC), 2) IPv6 (6LoWPAN) oraz 3) protokołu NDP do BSS.



Zakres laboratorium

Sieci komórkowe. Laboratoria dotyczą trzech głównych aspektów sieci komórkowych: struktury sygnału radiowego, procedur sygnalizacyjnych na tle architektury systemu i zarządzania zasobami w sieci na podstawie symulacji systemowych. W ćwiczeniach wykorzystywany jest Matlab:

  • Struktura sygnału LTE. Ramka radiowa, multipleksacja OFDM, rozdział na kanały i sygnały fizyczne, informacje systemowe, przydział zasobów radiowych.
  • Architektura systemu LTE i procedury sygnalizacyjne. Elementy architektury EPC (MME, PGW, SGW), eNB, UE, HSS. Podstawowe interfejsy, sygnalizacja i wybrane procedury sygnalizacyjne.
  • Zarządzanie zasobami radiowymi i symulacje systemowe. Podstawowe algorytmy przydziału zasobów, agregacja nośnych, sieci heterogeniczne; makro i piko komórki, modelowanie sieci LTE i analiza wydajności.


Lokalne sieci bezprzewodowe. Zajęcia ilustrują ważniejsze aspekty dostępowych sieci bezprzewodowych: w ujęciu praktycznym - poprzez pracę ze sprzętem sieciowym, w ujęciu teoretycznym - poprzez symulacje wybranych mechanizmów sieciowych:

  • Instalacja, konfiguracja i testowanie (zasięg, odporność na interferencje) routerów Wi-Fi, mechanizmy mobilności w sieci WiFi.
  • Symulacja mechanizmów dostępu do zasobów radiowych w protokołach 802.11.x, symulacja mechanizmów bezpieczeństwa (WPA, WPA2, WPA3).


Sieci sensorowe. Zajęcia laboratoryjne są ilustracją podstawowych aspektów warstwy łącza radiowego: usługi do warstw wyższych, zasad działania protokołów w łączu radiowym oraz wydajności tych protokołów. Studenci pracują z dostarczonymi przez prowadzących węzłami BSS komunikującymi się za pomocą wybranych protokołów:

  • Technologia LoRa/Sigfox lub NB-IoT. Za pomocą stosownych interfejsów użytkownika (GUI, linia komend), studenci skonfigurują węzeł kliencki (modem LoRa/Sigfox lub NB-IoT) i serwer oraz inicjują wymiany wiadomości między komunikującymi się węzłami.
  • Analiza protokołu LPWAN. Za pomocą stosownych interfejsów użytkownika (GUI, linia komend), studenci inicjują wymiany wiadomości między komunikującymi się węzłami, a następnie analizują przesyłane wiadomości i interpretują je, poznając mechanizmy odpowiednich protokołów z uwzględnieniem aspektów wydajności.



Zakres projektu

Zadanie o charakterze implementacyjnym lub analitycznym, związane z tematyką wykładu. Przykłady: analiza mechanizmu zarządzania zasobami w warstwie MAC/4G w Matlab, analiza wydajnościowa sieci dostępu radiowego 4G z użyciem Matlab, projekt sieci zadanej klasy (Massive IoT, Enhanced mobile-broadband, Ultra-reliable low-latency) wg założeń architektury 5G. Projekt jest kończony krótką prezentacją.

Literatura:

Książki:

  • E. Perahia, R. Stacey, “Next Generation Wireless LANs”, Cambridge Eds., 2013.
  • J. Geier, “Designing and Deploying 802.11ac Wireless Networks”, CiscoPress Eds., 2010.
  • W. Lemstra, V. Hayes, “The Innovation Journey of Wi-Fi: The Road to Global Success”, Cambridge Eds., 2010.
  • M. Sauter, “From GSM to LTE: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband”, John Wiley & Sons, 2011.
  • P. Marsch, Ö. Bulakçı, O. Queseth, M. Boldi (red.), “5G System Design: Architectural and Functional Considerations and Long Term Research”, John Wiley & Sons, 2018.
  • K. Townsend, C. Cufi, Akiba, R. Davidson, “Getting Started with Bluetooth Low Energy”, O’Reilly, 2014.
  • Wybrane materiały, w szczególności dotyczące LoRa, IEEE.802.15, IPv6, przekazywane przez prowadzącego na bieżąco.


Oprogramowanie:

  • Matlab,
  • Linux,
  • Wireshark.
Metody i kryteria oceniania:

Zajęcia laboratoryjne oceniane w skali punktowej (łącznie 35% punktów). Możliwe krótkie testy sprawdzające przygotowanie studenta do ćwiczeń laboratoryjnych. Projekt oceniany w skali do 30% punktów. Egzamin w formie testu (35% punktów). Zaliczenie części laboratoryjnej i projektu wymagane do przystąpienia do egzaminu. Ocena końcowa na podstawie łącznej punktacji.

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2021/2022 - sem. zimowy" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2021-10-01 - 2022-02-20
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 30 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 60 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: (brak danych)
Prowadzący grup: (brak danych)
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103600 - Instytut Telekomunikacji

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.