Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Bezprzewodowe sieci kratowe
Koordynator przedmiotu:
Dariusz Bursztynowski
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Telekomunikacja
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
BESK
Semestr nominalny:
4 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz., - przygotowanie do kolejnych wykładów i realizacji projektu (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, próba rozwiązania miniproblemów sformułowanych na wykładzie): 14 godz. - udział w konsultacjach związanych z realizacją projektu: 2 x 1,5 + 2 x 1,5 godz. + 2 x 0,5 godz. = 7 godz. (założono, że student uczestniczy w dodatkowym wykładzie poświęconym projektowi, korzysta z konsultacji dotyczących zainstalowania, uruchomienia i korzystania z oprogramowania projektowanie, a ponadto z konsultacji 2 razy w semestrze), - realizacja zadań projektowych: 25 godz. (obejmuje ostateczną konfigurację oprogramowania, opracowanie własnej koncepcji i implementację rozwiązania oraz przygotowanie sprawozdań), - przygotowanie i udział w laboratorium - łącznie 30 godz. - przygotowanie do egzaminu (rozwiązanie zadań przedegzaminacyjnych, udział w konsultacjach przed egzaminem) oraz obecność na egzaminie: 8 godz. + 1 godz. + 3 godz. = 12 godz. ============= razem 118
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Sieci IP, Sieci Lokalne, zalecana podstawowa wiedza z teorii kolejek (na przykład zaliczony przedmiot "Teoria kolejek")
Limit liczby studentów:
45
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest wprowadzenie do tematyki sieci BSK (ang. Wireles Mesh Networks) zarówno w aspektach technicznych, jak i usługowych.Wykład podzielono na trzy bloki tematyczne. Pierwszy z nich ma charakter wprowadzający i obejmuje ważniejsze architektury sieci BSK oraz zagadnienia podstawowe, które są omówione na tle rozwiązań opartych na standardzie WiFi 802.11 i protokole transportowym TCP. W drugim bloku głębiej omawiane są wybrane problemy realizacji głównych funkcji zarządzania zasobami w sieciach BSK z silnym naciskiem na zintegrowane mechanizmy zarządzania. Trzeci blok poświęcono wybranym obszarom zastosowań BSK. Laboratorium i zajęcia projektowe służą do ugruntowania treści wykładowych i nabycia praktycznych umiejętności poprzez symulacyjne i praktyczne badanie działania ważniejszych mechanizmów stosowanych w sieciach BSK. W ramach przedmiotu słuchacz opanowuje podstawowe umiejętności pozwalające na wykorzystanie techniki BSK w praktyce, a często bardzo pomocne także w przypadku stosowania technik pokrewnych do BSK, takich jak np. sieci sensorów i sieci ad-hoc.
Treści kształcenia:
1. Wprowadzenie do sieci BSK (2W) Wstęp – idea sieci wieloskokowych i ich podstawowe odmiany (ad-hoc, sensorowe, mesh) Sieci BSK (mesh) na tle innych sieci wieloskokowych, typowe zastosowania, wymagania dla sieci BSK (pojemność, sprawiedliwość, niezawodność i odporność na zmiany warunków pracy). Podstawowe zagadnienia architektoniczne - sieci płaskie, hierarchiczne, mieszane, zagadnienia związane z protokołami warstw 1 (phy), 2 (MAC), sieci, transportu, aplikacji. Ogólna charakterystyka sieci BSK z punktu widzenia oczekiwań jakościowych (duża dynamika zmian, silne zależności międzywęzłowe). Optymalna strategia zarządzania zasobami typu backpressure – podstawa dla metod typu cross-layer i punkt odniesienia dla oceny mechanizmów praktycznych; podstawowe mechanizmy poprawy wydajności w sieciach BSK. 2. Sieci wielo-radiowe i wielokanałowe (1W) Zwiększanie pojemności systemu (sieci jedno-radiowe/jedno-kanałowe/wielo-kanałowe, sieci wieloradiowe). Strategie gospodarowania kanałami radiowymi (interferencje międzyłączowe - modele, sformułowania problemu i algorytmy); ruting i rola metryk rutingowych. Zintegrowane algorytmy rutingu i doboru kanałów. 3. Sieci BSK bazujące na technice IEEE 802.11 (bez 802.11s) (2W)-(2,5W) Problemy wydajnościowe - ograniczenia pojemnościowe (narzut protokołów w układzie typu OSI, interferencje wewnątrz- i między-przepływowe, problemy protokołu TCP); niesprawiedliwy przydział pasma (ukryty terminal, współdzielenie kanału przez wiele przepływów, wpływ opóźnienia RTT). Sposoby poprawy wydajności sieci - mechanizmy rutingowe (metryki zależne od jakości łącza, metryki uwzględniające interferencje, ruting wielościeżkowy); wielokanałowość (dobór kanałów); poprawa sprawiedliwości podziału zasobów [modele sprawiedliwego przydziału, metody sterowania szybkością nadawania (ang. rate control), podejścia „overlay MAC layer”]. Wybrane otwarte problemy - sprawiedliwy przydział max-min, ruting wielościeżkowy ograniczający interferencje, wykorzystanie anten kierunkowych, bezpieczeństwo protokołów rutingowych. 4. Protokły rutingowe (2W)-(3W) Ogóle zagadnienia rutingu – klasyfikacja protokołów, ruting w warstwie 2, wymagania pod adresem rutingu w sieciach BSK Podstawowe koncepcje - ruting wielościeżkowy dla równoważenia obciążeń i poprawy niezawodności, ruting QoS. Metryki rutingowe. Protokoły rutingowe – ruting topologiczny i główne „standardy” (AODV, OLSR, DSR) oraz udoskonalenia (ruting: cross-layer, bandwidth-aware, multi-radio); ruting pozycyjny. 5. Protokoły MAC (1W)-(2W) Wstęp - konwencjonalne protokoły MAC - Aloha/slotted aloha, CSMA I CSMA/CA, IEEE 802.11 DCF, IEEE 802.11e MAC. Zaawansowane protokoły MAC dla BSK – protokoły dostosowane dla anten kierunkowych, protokoły dla rozwiązań wielokanałowych, protokoły bez rywalizacji dla sieci z synchronizacją. Propozycje zaawansowanych mechanizmów dla 802.11 – sterowanie przeciążeniem wewnątrz BSK (ang. intra-mesh congestion control), koncepcja wspólnego kanału sygnalizacyjnego (ang. common channel framework), dostęp deterministyczny na bazie okresów bez rywalizacji (ang. Mesh deterministic Access). 6. Równoważenie ruchu w sieciach BSK (1W) Specyfika BSK – obecność wielu węzłów-bram i wymagania na równoważenie obciążeń. Podstawowe strategie równoważenia obciążeń (ang. moving boundary-based load balancing, partitioned host-based load balancing, probabilistic striping-based load balancing) – sformułowania, algorytmy i realizacja. 7. Optymalizacja typu cross-layer (2W) Idea podejść typu cross-layer (strategie backpressure i NUM, identyfikacja roli poszczególnych mechanizmów w tych strategiach, porównanie - sieć stała jako zdegenerowana wersja BSK). Wybrane podejścia integrujące ruting z innymi mechanizmami zarządzania zaobami (ruting/szeregowanie, ruting/rate control), teoria i ich cechy praktyczne. 8. Wybrane inne zagadnienia (1W) Aspekty bezpieczeństwa, komunikacja multimedialna i QoS, mechanizmy oportunistyczne. 9. Standaryzacja rozwiązań BSK (1,5W)-(2W) Standaryzacja BSK wg IEEE 802.11s - (częściowo zebranie wcześniejszych informacji); ponadto mesh MAC, mesh Discovery, protokoły rutingowe zestawu HWMP oraz funkcje uni- i multi-castowe, możliwości zaawansowanego sterowania zasobami i QoS w sieciach 802.11s. Standaryzacja BSK wg IEEE 802.16 WiMAX Mesh Networking – tryb mesh w IEEE 802.16 WiMAX (ważniejsze funkcje, szeregowanie transmisji danych rozproszone/scentralizowane) 10. Wybrane zastosowania i realizacja BSK (1W) Aspekty planowania i skalowalność sieci BSK. Sieci BSK w zastosowaniach społecznościowych, rozszerzenia dostępu do Internetu, bezpieczeństwa publicznego i sytuacjach kryzysowych. Studium przypadku: przykładowo - sieć monitorowania zagrożeń pożarowych (analiza wymagań, analiza ruchowa, dobór rozwiązań).
Metody oceny:
projekt 30 pkt laboratoria 30 pkt egzamin 40 pkt
Egzamin:
tak
Literatura:
[1] Sudip Misra, Subhas Chandra Misra, Isaac Woungang (wyd.), Guide to Wireless Mesh Networks, Springer-Verlang, 2009. [2] Zestaw publikacji naukowych i standardów IEEE dobrany przez prowadzącego.
Witryna www przedmiotu:
aaa
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka [K_W08] [K_W11]
student zna architekturę bezprzewodowych sieci kratowych oraz podstawowe rozwiązania techniczne w nich stosowane
Weryfikacja: projekt, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W08, K_W11
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG
Charakterystyka [K_W10] [K_W12]
student zna protokoły kumunikacyjne oraz mechanizmy zarządzania zasobami stosowane w bezprzewowdowych oraz sposób ich wykorzystania w zapewnianiu jakości przekazu (QoS) w tych sieciach
Weryfikacja: projekt, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W10, K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG, I.P7S_WK, III.P7S_WK.o
Charakterystyka [K_W11] [K_W13]
student ma wiedzę o głównych zastosowaniach BSK oraz podstawową wiedzę standaryzacyjną w zakresie bezprzewodowych sieci kratowych
Weryfikacja: projekt, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W11, K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG, III.P7S_WG.o

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka [K_U06] [K_U08] [K_U11]
dobrać właściwą architekturę oraz konkretne mechanizmy zarządzania zasobami w sieci BSK
Weryfikacja: projekt, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U06, K_U08, K_U11
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW, III.P7S_UW.1.o, III.P7S_UW.3.o, III.P7S_UW.2.o
Charakterystyka [K_U06] [K_U09]
opracować własne schematy zarządzania zasobami w sieci BSK (np. dobór kanałów, szeregowanie transmisji, dobór dróg kierowania ruchem)
Weryfikacja: projekt, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U06, K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW, III.P7S_UW.1.o, III.P7S_UW.3.o
Charakterystyka [K_U08] [K_U09] [K_U10]
zbadać parametry jakościowe danej sieci BSK
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U10, K_U08, K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW, III.P7S_UW.2.o, III.P7S_UW.3.o