Vorlesungsdaten:

Inhalte der Vorlesung:

Grundlagen der drahtgebundenen und drahtlosen Datenkommunikation: 

• Anforderungen an einer Datenkommunikationsstrecke mit einem eingebetteten System als Sender- und/oder Empfängerteilnehmer
• Generisches ISO/OSI-Schichtenmodell
• Wichtige Merkmale einer Implementierung der Bitübertragungs-schicht (PHY: Physical Layer): Bitcodierungsverfahren (NRZ, QAM, 8B/10B, …), Synchronisation, …
• Wichtige Merkmale einer Implementierung der Sicherungsschicht (Data Link Layer): Mehrfachzugriffsverfahren (CSMA/CA, OFDMA, TDMA, …), Synchronisation und Fehlererkennung
• TCP/IP Grundlagen
• Grundzüge des Debug-Prozesses von Software-API (Application Programming Interface) im Kontext eingebetteter Systeme

Drahtgebundene Datenkommunikation:

Wichtige Merkmale (Dedizierte Schichtenmodell, Protokolle, Übertragungsrate, Datensicherheit, Echtzeitanforderungen, Varianten, Anwendungsbereiche, …) von verschiedenen Standards werden dargestellt, analysiert und verglichen:

• USB (Universal Serial Bus)
• CAN (Control Area Network), I2C (Inter-Integrated-Circuit)
• Ethernet
• HDMI (High Definition Multimedia Interface)

Drahtlose Datenkommunikation:

Relevante Eigenschaften (Einteilung des elektromagnetischen Spektrums, Duplex-Verfahren, dedizierte Schichtenmodell, Protokolle, Datensicherheit, Varianten, Anwendungsbereiche, …) von verschiedenen Standards werden näher betrachtet, analysiert und verglichen:

• WLAN (Wireless Local Area Network)
• Bluetooth (Standard Bluetooth/Bluetooth Low Energy)
• GSM, LTE, NFC (Near Field Communication)

Auf Mikrocontroller-Basis werden viele drahtlose Kommunikations- Schnittstellen mithilfe von AT-Befehlen in Betrieb genommen.

Lernziele / Kompetenzen:

Wissensverbreiterung: In dieser Lehrveranstaltung erhalten die Studierenden eine Basis für ingenieurwissenschaftliches Denken und technisches Verständnis über Datenkommunikation zwischen eingebetteten Systemen und die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit entsprechender Kommunikationskanäle. Die teilnehmenden Studierenden verstehen die Prinzipien, Grenzen, Terminologien und Topologien von gängigen eingebetteten Kommunikationssystemen in modernen Geräten und Einrichtungen.

Wissensvertiefung: Die Studierenden verfügen über ein breites und detailliertes Wissen in Bezug auf die Vernetzung von eingebetteten Systemen sowie auf eine industrietaugliche Auslegung und Verwendung von gängigen Kommunikationscontrollern.

Instrumentale Kompetenz: Die Studierenden können die Konfiguration eines drahtgebundenen oder drahtlosen Netzwerks aus Sicht von eingebetteten Systemen analysieren, bewerten und optimieren. Sie können ein solches Netzwerk auslegen und in Betrieb nehmen. Weiterhin können Sie das Zeittoleranzbudget eines eingebetteten Kommunikationscontrollers mit Bezug auf Genauigkeit des Referenzoszillators und auf die Protokoll-bedingten Zeitverzögerungen analysieren.

Kommunikative Kompetenz: Die Studierenden können Anforderungen an ein eingebettetes Kommunikationssystem hinsichtlich dessen Verwendung in einem industrietauglichen Projekt analysieren, um ein technisches Lösungskonzept zu erarbeiten und anschließend zu präsentieren. Sie können die vorgeschlagene Auslegung mit Hinblick auf die Anforderungen begründen.

Systemische Kompetenz: Die Studierenden können an der Programmierung und Verifikation eines eingebetteten Kommunikationssystems im Rahmen eines Industrieprojektes mitarbeiten. Sie können neue Knoten an ein vorhandenes eingebettetes Kommunikationssystem anschließen.

Berufsvorbereitung: Die Hörer erlangen fundierte und praxisnahe Kenntnisse in den Bereichen der Datenübertragung zwischen eingebetteten Systemen sowohl aus Hardware- als auch aus Software-Sicht.

Literatur

• P. Popovski, ”Wireless Connectivity: An Intuitive and Fundamental Guide“, © 2020, John Wiley & Sons Ltd, ISBN13: 978047
• D. Reynders, E. Wright “Practical TCP/IP and Ethernet Networking for Industry (Practical Professional Books)”, Newnes © 2003 IDC Technologies, ISBN-13: 978-0750658065

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