Беспроводные сети и мобильные системы

Магистратура 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Компьютерные системы и сети)

Направление: 09.04.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Сорокин Игорь Михайлович, Сухов Андрей Михайлович

Прогр. обучения: Компьютерные системы и сети

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс содержит основные сведения о современных беспроводных сетях и мобильных системах. Технологии беспроводной связи стремительно развиваются и появляются все новые стандарты связи. Настоящий курс предполагает изучение как фундаментальных основ, так и основных базовых технологий связи, которые не меняются при переходе к стандартам новых поколений. Кроме теоретических знаний, курс предполагает получение практических навыков, таких как измерения параметров беспроводной связи с по-мощью смартфонов. Лабораторный практикум предполагает освоение настроек телекоммуникационного оборудования, планирования использования частот.

Цель освоения дисциплины

Дать студентам представление о принципах построения, проектирования, функционирования и использования современных беспроводных сетей и мобильных систем; Привить студентам навыки исследовательской работы, предполагающей самостоятельное изучение рабочей документации, специфических инструментов и программных средств, позволяющих спроектировать беспроводную сеть или её частей.

Планируемые результаты обучения

Знание основных технологий физического уровня и основных методов кодирования и модуляции.
Знание основных методов маршрутизации, умение выбирать необходимый тип маршрутизации для самоорганизующихся сетей.
Знание принципов построения протоколов WiFi, умение применять стандарты IEEE802.11xx при проектировании сетей.
Умение определять загруженность спектра, выбирать свободные под-каналы WiFi и настраивать оборудование на свободные частоты.
Знание основных технологий беспроводных сетей 2G, 3G, 4G и LTE, уметь распределять частотный спектр.
Умение измерять на практике метрики производительности современных телекоммуникационных сетей.
Умение программировать устройства БСС.
Умение программировать интерфейсы транспортного уровня.

Содержание учебной дисциплины

Технологии физического уровня (кодирование и мультиплексирование данных)
Преобразование аналоговой информации, теоретические основы передачи информации, теорема Найквиста-Котельникова, теорема Шеннона-Хартли, модуляция амплитудная, частотная, фазовая, комбинированные методы модуляции, квадратурная амплитудная модуляция, спектр сигнала, мультиплексирование частотное и временное (FDM и QAM), типы кодов, потенциальный код NRZ, биполярное кодирование AMI, потенциальный код NRZI, импульсные коды.
Основы маршрутизации, беспроводные самоорганизующиеся сети.
Классификация, статическая и динамическая маршрутизация, протоколы динамической маршрутизации, метрическая функция, алгоритмы Беллмана-Форда, Дейкстры, внутридаменная и междоменая маршрутизация, особенности маршрутизации в беспроводных сетях, географическая маршрутизация, GSPR, MANET, WSN, FABET, VANET, mesh, по-иск в ширину, метод окрестностей.
Принципы построения локальных сетей, сети Wi-Fi стандартов 802.11.xx.
Определение, топология: звезда, шина, кольцо, среда передачи, методы управления доступом к среде передачи, коллективный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением конфликтов, управляющий маркер, семейство протоколов IEEE802, технология Ethernet, 10, 100 Mbps, 1, 10 Gbps, типы сетевых устройств, адаптер, репитер, концентратор (hub), мост, коммутатор (switch), маршрутизатор (router), MAC адреса, ARP табли-цы, планирование локальной сети. Технология WiFi. Стандарты IEEE 802.11x, архитектура, протокол доступа к среде передачи. MIMO, многолучевое распространение, CDMA.
Частотное планирование, проектирование городских широкополосных беспроводных сетей и систем операторского класса.
Диапазоны частот, подканалы WiFi, неперекрывающееся каналы, настройка точек доступа. BSS, ESS и IBSS, adhoc. Анализ загруженности сети, мобильные приложения для измерений.
Региональные и городские беспроводные сети 2G, 3G, 4G и LTE.
Частоты для сотовой связи, инфраструктура и оборудование сети, транспортная сеть. Стандарты, LTE и WiMAX. Скорость доступа, Handover.
Измерение метрик производительности IP сетей.
Аппаратная и программная проверки, сертификаты соответствия, работоспособность и качество обслуживания, служебные утилиты, пассивный и активный мониторинг, измерение задержки и джиттера (вариации задержки), утилита ping, выявление узлов маршрута, утилита traceroute, полоса пропускания между 2 узлами. Утилита iperf и потоковые приложения.
Программирование БСС.
Основы программирования миникомпьютеров BananaPi. Среда разработки. Дополнительные компоненты. Структура программы, основные функции для работы с периферией. Программирование микроконтроллеров: кнопки, светодиоды, таймеры, датчики. Отладка программ.
Программирование сетевых приложений.
Обзор операционных систем (ОС), история UNIX. ОС с открытым кодом: Linux и BSD, устройство ОС. Ядро и командная оболочка. Файловая структура и утилиты, основные команды UNIX, программное обеспечение для работы в Интернет. Программные интерфейсы транспортного уровня. Настройка самоорганизующейся сети стандарта IEEE802.11s.

Элементы контроля

Посещение лекций 1
Активность на лекциях 1
Практические занятия 1
Экзамен 1
Посещение лекций 2
Активность на лекциях 2
Практические занятия 2
Экзамен 2

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (1 модуль)
0.08 * Активность на лекциях 1 + 0.12 * Посещение лекций 1 + 0.3 * Практические занятия 1 + 0.5 * Экзамен 1
Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.08 * Активность на лекциях 2 + 0.12 * Посещение лекций 2 + 0.3 * Практические занятия 2 + 0.5 * Экзамен 2

Программа дисциплины