Tantárgy » BMEVIHIMA16
Fejlett mobil- és vezetéknélküli hálózatok
Advanced Mobile and Wireless Networks
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Fejlett mobil- és vezetéknélküli hálózatok
Advanced Mobile and Wireless Networks
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIHIMA16 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
Bokor László
beosztás: egyetemi docens
elérhetőség:
bokor.laszlo@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | www.hit.bme.hu | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
Bevezetés
Motivációk, használati esetek (ipari hálózatok, intelligens közlekedés, logisztika, küldetés- és erőforrás-kritikus forgatókönyvek, követelmények, a technológiák csoportosítási módszerei, a kurzus során érintett területek felosztása, történet visszatekintés (miért „fejlett”), trendek (hype görbék, Global Mobile Data Forecast).
A mobil és vezeték nélküli kommunikáció alapelvei
Alapvető hálózati elvek (áramkör- és csomagkapcsolás, réteges architektúra, TCP/IP és ITS stack, cross-layer optimalizálás szerepe, rádiós alapok, mobil vs. vezeték nélküli), a vezeték nélküli és vezetékes hálózatokat megkülönböztető legfontosabb kérdések összefoglalása (mobilitás, hívásátadás, konnektivitás).
Feltörekvő Wi-Fi technológiák
Wi-Fi alapok (funkciók, phy, mac, architektúra), komponensek (AP, WLC, access / trunk portok), topológiák, SSID, AP módok, legacy Wi-Fi szabványok (802.11a/b/g/n/ac), Wi-Fi technológiák evolúciója, feltörekvő technológiák részletezése (802.11ac/ax/ah/af/r).
60 GHz multi-gigabit Wi-Fi hálózatok
60 GHz-es milliméter hullámhosszon működő multi-gigabit vezeték nélküli hálózatok alapjai (frekvenciakiosztás, teljesítménykorlátok, előnyök/hátrányok, alkalmazási területek), 60 GHz-et célzó vezeték nélküli szabványok, WiGig (802.11ad és 802.11ay), WiHD/WirelessHD/UltraGig (PHY /HRP, MRP, LRP/, OFDM specifikumok, MAC).
5G hálózati alapelvek és architektúra
Mobil celluláris hálózatok evolúciója (generációk összehasonlítása), az 5G hálózati architektúra alapelvei, 5G definíció és képességek, 3GPP/ITU-R idővonal, 5G vertikumok, általános alkalmazási területek és követelmények (eMBB, URLLC, mMTC), alkalmazás-specifikus fejlesztések bevezetése (IoT, streaming, V2X), 5G spektrum, a szolgáltatás-alapú architektúra elve, 5G hálózati architektúra opciók (NSA, SA) és funkcionális építőelemek, 5G FMC és FWA architektúrák.
5G rádiós hozzáférési technológiák
A skálázható OFDM alapjai, 5G többszörös hozzáférési technológiák, az NR szabvány és fejlődése (rel 15/16/17), keretstruktúra, massive MIMO, új spektrumhasználati módszerek (3D beamforming, DAS, LAA), energiahatékony megoldások (DTX, antenna muting).
5G maghálózati technológiák
CapEx/OpEx csökkentés és egyéb motivációk, az 5G hálózatokban használt virtualizációs megoldások alapjai, és telco specifikumok (telco cloud/edge cloud, SDN, NFV /VNF, CNF/, MEC), DRAN/C-RAN/vRAN/O-RAN szervezésű rádiós hozzáférési hálózatok, cloud-native szolgáltatási környezetek, felhasználási jellemzőkre szabott erőforrás-kezelés (network slicing, 5G QoS, hálózatszeletek életciklusa, orkesztráció).
6G
6G iparági víziók, használati esetek (AR/VR/MR/XR, digitális iker/replika, telepresence), 6G szabványosítás és ütemezés, 6G követelmények, 6G kutatási és szabványosítási területek, potenciális 6G technológiák (OFDM-alapú és/vagy új megoldások, cm/mm hullámhosszak és THz-es spektrum, extrém lefedettség, új NW topológia, továbbfejlesztett mMIMO/URLLC/mMTC, AI minden funkcionalitásban).
Wi-Fi alapú járműkommunikációs technológiák
VANET architektúrák és technológiák alapjai, bevezetés a V2X világába (kontextusok, használati esetek, kihívások/követelmények, evolúció, szabványosítás, aktuális helyzet), a szabványos C-ITS architektúra és protokoll stack, 802.11p megoldásra támaszkodó ITS G5/DSRC valamint WAVE szabványok (IEEE 1609), 802.11bd evolúció, IPWAVE és kérdéskörei (simultaneous multi-access, IP mobility management, access network discovery, handover optimization, stb.)
Celluláris alapú járműkommunikációs technológiák
3GPP, AECC és 5GAA által azonosított járműkommunikációs felhasználási esetek, a járműkommunikáció és a MEC kapcsolódása, 4G LTE alapú járműkommunikációs megoldások, rel14/15/16 evolúció, 5G NR V2X, hibrid (3GPP + non-3GPP) V2X kommunikáció, 6G V2X.
A tárgyak internete (IoT) és gépek közötti kommunikáció (M2M) alapelvei
Az Internettől a dolgok internetéig (lehetőségek, kihívások, új szolgáltatások), speciális IoT és M2M enablerek (ipar 4.0, PAN, egészségügy, közlekedés, energia, intelligens megoldások és eszközök, integrációs kérdések, szabványok), IoT/M2M architektúrák, hálózatok és kommunikáció, RFID technológia, intelligens érzékelők és szenzorhálózatok, IoT/M2M szolgáltatások és alkalmazások.
Az IoT/M2M világ fejlett vezeték nélküli technológiái
Infrastruktúra és ad-hoc kommunikációs mód, QoS és mobilitás támogatása, PAN protokollok (IEEE 802.15.4, ZigBee, 6LowPAN) WAN protokollok (802.11, Wi-Fi), WMAN/WWAN megoldások (IEEE 802.16, mMTC, cMTC).
Felsőbb rétegbeli IoT/M2M protokollok
IoT ökoszisztéma a szolgáltatások szempontjából, speciális IoT protokollok az alkalmazási és egyéb rétegekben (CoAp, HTTP, MQTT, LwM2M), IoT/M2M szabványosítás (kihívások és problémák, szabványosítási erőfeszítések a CASAGARAS, W3C, oneM2M, ANEC és további szervezetekben).
A gyakorlatok részletes tematikája
A mobilitáskezelés problémaköre és az alapvető megoldások
Wi-Fi technológiák összehasonlítása
Az 5G hálózati architektúra vizsgálata
802.11p alapú V2X protokollok
PC5 és Uu interfészek használata celluláris járműkommunikációra
Speciális mobil alkalmazások MEC-alapú optimalizációja
IoT szolgáltatási architektúra vizsgálata
Motivációk, használati esetek (ipari hálózatok, intelligens közlekedés, logisztika, küldetés- és erőforrás-kritikus forgatókönyvek, követelmények, a technológiák csoportosítási módszerei, a kurzus során érintett területek felosztása, történet visszatekintés (miért „fejlett”), trendek (hype görbék, Global Mobile Data Forecast).
A mobil és vezeték nélküli kommunikáció alapelvei
Alapvető hálózati elvek (áramkör- és csomagkapcsolás, réteges architektúra, TCP/IP és ITS stack, cross-layer optimalizálás szerepe, rádiós alapok, mobil vs. vezeték nélküli), a vezeték nélküli és vezetékes hálózatokat megkülönböztető legfontosabb kérdések összefoglalása (mobilitás, hívásátadás, konnektivitás).
Feltörekvő Wi-Fi technológiák
Wi-Fi alapok (funkciók, phy, mac, architektúra), komponensek (AP, WLC, access / trunk portok), topológiák, SSID, AP módok, legacy Wi-Fi szabványok (802.11a/b/g/n/ac), Wi-Fi technológiák evolúciója, feltörekvő technológiák részletezése (802.11ac/ax/ah/af/r).
60 GHz multi-gigabit Wi-Fi hálózatok
60 GHz-es milliméter hullámhosszon működő multi-gigabit vezeték nélküli hálózatok alapjai (frekvenciakiosztás, teljesítménykorlátok, előnyök/hátrányok, alkalmazási területek), 60 GHz-et célzó vezeték nélküli szabványok, WiGig (802.11ad és 802.11ay), WiHD/WirelessHD/UltraGig (PHY /HRP, MRP, LRP/, OFDM specifikumok, MAC).
5G hálózati alapelvek és architektúra
Mobil celluláris hálózatok evolúciója (generációk összehasonlítása), az 5G hálózati architektúra alapelvei, 5G definíció és képességek, 3GPP/ITU-R idővonal, 5G vertikumok, általános alkalmazási területek és követelmények (eMBB, URLLC, mMTC), alkalmazás-specifikus fejlesztések bevezetése (IoT, streaming, V2X), 5G spektrum, a szolgáltatás-alapú architektúra elve, 5G hálózati architektúra opciók (NSA, SA) és funkcionális építőelemek, 5G FMC és FWA architektúrák.
5G rádiós hozzáférési technológiák
A skálázható OFDM alapjai, 5G többszörös hozzáférési technológiák, az NR szabvány és fejlődése (rel 15/16/17), keretstruktúra, massive MIMO, új spektrumhasználati módszerek (3D beamforming, DAS, LAA), energiahatékony megoldások (DTX, antenna muting).
5G maghálózati technológiák
CapEx/OpEx csökkentés és egyéb motivációk, az 5G hálózatokban használt virtualizációs megoldások alapjai, és telco specifikumok (telco cloud/edge cloud, SDN, NFV /VNF, CNF/, MEC), DRAN/C-RAN/vRAN/O-RAN szervezésű rádiós hozzáférési hálózatok, cloud-native szolgáltatási környezetek, felhasználási jellemzőkre szabott erőforrás-kezelés (network slicing, 5G QoS, hálózatszeletek életciklusa, orkesztráció).
6G
6G iparági víziók, használati esetek (AR/VR/MR/XR, digitális iker/replika, telepresence), 6G szabványosítás és ütemezés, 6G követelmények, 6G kutatási és szabványosítási területek, potenciális 6G technológiák (OFDM-alapú és/vagy új megoldások, cm/mm hullámhosszak és THz-es spektrum, extrém lefedettség, új NW topológia, továbbfejlesztett mMIMO/URLLC/mMTC, AI minden funkcionalitásban).
Wi-Fi alapú járműkommunikációs technológiák
VANET architektúrák és technológiák alapjai, bevezetés a V2X világába (kontextusok, használati esetek, kihívások/követelmények, evolúció, szabványosítás, aktuális helyzet), a szabványos C-ITS architektúra és protokoll stack, 802.11p megoldásra támaszkodó ITS G5/DSRC valamint WAVE szabványok (IEEE 1609), 802.11bd evolúció, IPWAVE és kérdéskörei (simultaneous multi-access, IP mobility management, access network discovery, handover optimization, stb.)
Celluláris alapú járműkommunikációs technológiák
3GPP, AECC és 5GAA által azonosított járműkommunikációs felhasználási esetek, a járműkommunikáció és a MEC kapcsolódása, 4G LTE alapú járműkommunikációs megoldások, rel14/15/16 evolúció, 5G NR V2X, hibrid (3GPP + non-3GPP) V2X kommunikáció, 6G V2X.
A tárgyak internete (IoT) és gépek közötti kommunikáció (M2M) alapelvei
Az Internettől a dolgok internetéig (lehetőségek, kihívások, új szolgáltatások), speciális IoT és M2M enablerek (ipar 4.0, PAN, egészségügy, közlekedés, energia, intelligens megoldások és eszközök, integrációs kérdések, szabványok), IoT/M2M architektúrák, hálózatok és kommunikáció, RFID technológia, intelligens érzékelők és szenzorhálózatok, IoT/M2M szolgáltatások és alkalmazások.
Az IoT/M2M világ fejlett vezeték nélküli technológiái
Infrastruktúra és ad-hoc kommunikációs mód, QoS és mobilitás támogatása, PAN protokollok (IEEE 802.15.4, ZigBee, 6LowPAN) WAN protokollok (802.11, Wi-Fi), WMAN/WWAN megoldások (IEEE 802.16, mMTC, cMTC).
Felsőbb rétegbeli IoT/M2M protokollok
IoT ökoszisztéma a szolgáltatások szempontjából, speciális IoT protokollok az alkalmazási és egyéb rétegekben (CoAp, HTTP, MQTT, LwM2M), IoT/M2M szabványosítás (kihívások és problémák, szabványosítási erőfeszítések a CASAGARAS, W3C, oneM2M, ANEC és további szervezetekben).
A gyakorlatok részletes tematikája
A mobilitáskezelés problémaköre és az alapvető megoldások
Wi-Fi technológiák összehasonlítása
Az 5G hálózati architektúra vizsgálata
802.11p alapú V2X protokollok
PC5 és Uu interfészek használata celluláris járműkommunikációra
Speciális mobil alkalmazások MEC-alapú optimalizációja
IoT szolgáltatási architektúra vizsgálata
A tárgy célja, hogy mélységében mutassa be a hallgatóknak a mobil és vezeték nélküli kommunikáció legújabb hálózati technológiáit, és komplex, a teljes architektúrára vonatkozó ismeretanyagot adjon át minden vonatkozó technológiacsalád esetén. Az előtanulmányokhoz illeszkedő bevezetés és egy megfelelően pozícionált evolúciós/történeti visszatekintés után a legfontosabb felhasználási eseteken keresztül közelítjük meg az elérhető megoldásokat. Ennek érdekében bemutatjuk többek között az ipar 4.0, a különböző küldetéskritikus forgatókönyvek, a kooperatív intelligens közlekedési rendszerek szolgáltatásai és az erőforrás-kritikus alkalmazások által körülírható hálózathasználati specifikumokat, és segítségükkel definiáljuk a támogató hálózati környezetekre vonatkozó követelményrendszereket. Az új felhasználási esetek és követelmények mentén először az IEEE 802.11 fejlett technológiáinak (11ac, 11ah, 11af, 11r, 11p, 11bd...), majd a 60GHz-es, milliméter hullámhosszú, multi-gigabit vezetéknélküli hálózatoknak (WiGig, WiHD) a részletezése következik. A mobil celluláris infrastruktúrák 4G és 5G képviselőinek a bemutatása a következő modul, melyben a hangsúly az 5G NR szabványokon, a legújabb spektrumhasználati technológiákon (pl. 3D beamforming, DAS, LAA), az energiahatékony megközelítéseken (DTX, antenna muting), az alkalmazás-specifikus fejlesztéseken (IoT, streaming, V2X), és az 5G maghálózat technológiáin (SDN, NFV, slicing, MEC, stb.) van, kitekintéssel a 6G irányaira. A járműkommunikációs ad-hoc hálózatok (VANET) rendszereire rátérve az alapvető architekturális megfontolásokkal alapozunk meg a jelenleg legelterjedtebb szabványos megoldások (ITS-G5/DSRC, WAVE) ismertetésének, kitérve a 4G és 5G celluláris V2X, valamint a hibrid V2X kommunikáció sajátosságaira, végül az IP és V2X világ jelenlegi viszonyára (IPWAVE és kérdései). Utolsó modulként az IoT speciális technológiáinak a bemutatása következik, szintén a teljes protokoll rétegszerkezet és vonatkozó komplett architektúrák jellemzésével, az alkalmazási rétegtől a rádiós megoldásokig (pl. MQTT, CoAP, 6LowPAN, 6Lo, RPL, CARP, ZigBee, LoRa, Sigfox, NB-IoT), megfelelően szelektált protokoll-ismertetők és a 802.11 valamint a mobil celluláris rendszerekre való hatékony visszautalások/kiegészítések segítségével.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
Előadás, kiscsoportos egyéni ill. vezetett gyakorlat.
Tanulástámogató anyagok
Online források
A felkészülést az erre a célra készített kibővített előadásfóliák, valamint az alább megadott irodalmak segítik:; Fundamentals of 5G Communications: Connectivity for Enhanced Mobile Broadband and Beyond: Wanshi Chen, Peter Gaal, Juan Montojo, Haris Zisimopoulos, 1st edition, ISBN-13: 978-1260459999, McGraw Hill, 2021.; Shaping Future 6G Networks: Needs, Impacts, and Technologies: Emmanuel Bertin, Noël Crespi, Thomas Magedanz, ISBN-13: 978-1119765516, IEEE Press, 2021.; Vehicular Networking: Christoph Sommer, Falko Dressler, ISBN-13: 978-1107046719, 2015.; Fundamentals of Internet of Things: For Students and Professionals: John Dian, ISBN-13: 978-111984729, Wiley-IEEE Press; 1st edition, 2022.; The WiFi Networking Book: WLAN Standards: IEEE 802.11 bgn, 802.11n , 802.11ac and 802.11ax: Gordon Colbach, ISBN-13: 978-1073328420, Independently published, 2019.
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Infokommunikáció, Hírközléselmélet
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Infokommunikáció, Hírközléselmélet
Általános szabályok
Követelmények:
Szorgalmi időszakban:
1 nagyzárthelyi eredményes megírása a félév közepén.
Vizsgaidőszakban:
Írásbeli vizsga, melybe 25%-ig beleszámít az NZH eredménye (elméleti kérdések, egyszerű feladatok).
Pótlási lehetőségek:
Nagyzárthelyi javítása a pótlási héten.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Nincs megadva.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.