% TEL5025 — Systèmes de télécommunications embarqués % UQAM — Département d'informatique % Plan de cours — Automne 2021 * Horaires, locaux et enseignants: Responsable(s) du cours ======================= Coordination ------------ Bégin, Guy PK-4825 Enseignement ------------- Trigui, Imene Groupes: 030 Les étudiants doivent consulter régulièrement leur courriel UQAM ainsi que le site *Moodle* du cours, moyens de communication du professeur avec le groupe-cours. Place du cours dans le programme ================================ Ce cours de troisième année s'appuie sur les notions préalables en programmation, en télécommunications et en électronique. Il permet d'approfondir et de mettre en œuvre de façon pratique les plus importants mécanismes de communication utilisés dans les systèmes embarqués. Modalités ========= Cours de 3 heures et un laboratoire de 2 heures / semaine. Objectifs du cours ================== Familiariser l'étudiant avec les systèmes de réseaux embarqués et les réseaux de senseurs, et apprendre les notions de conception d'un réseau embarqué. À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de: - expliquer les principes à la base de plusieurs applications importantes en télécommunications embarquées; - expliquer le fonctionnement de protocoles de communications caractéristiques des systèmes embarqués; - spécifier, concevoir, programmer et vérifier des systèmes allant d'un routeur a un capteur en utilisant les principes et normes appropriées (ex., CAN, IEEE 802.15.4, Zigbee); - mettre en œuvre des solutions matérielles, logicielles et système pour les communications en environnements embarqués, avec ou sans fil. - préciser les étapes et conditions d'une communication numérique en environnement embarqué; - reconnaître et repérer les problèmes inhérents au développement des télécommunications embarquées; - concevoir un programme dans un contexte de ressources limitées (systèmes embarqués temps réel, éco-énergetique); - démontrer une méthodologie d'analyse et de simulation de performance des systèmes de communication en environnement embarqué avec ou sans fil. Sommaire du contenu ------------------- Senseurs, transducteurs et interfaces. Communications numériques: communication synchrone et asynchrone, par événements; accès multiple; gestion de flux de données : fiabilité, intégrité, compression; synchronisation. Types de canaux, fiabilité, codage, synchronisation, notion de protocole. Systèmes de réseaux embarqués : architecture, conception. Protocoles de communication locale : SPI, I2C, CAN. Réseaux: connectivité réseau, réseaux dirigés par les événements ou par le temps, topologies, échelle, modèle en couches. Réseaux sans fil : réseaux ad hoc, réseaux de capteurs. Protocoles adaptés aux systèmes embarqués : accès au support, accès multiple, routage, transport. Fonctions et services : identification, acquisition de données, synchronisation, surveillance, contrôle, mobilité, localisation. Gestion et optimisation d'énergie. Intégration avec les réseaux classiques. Introduction à l'internet des objets. Études de cas. Tendances et évolution. Contenu détaillé du cours ========================= Voici les principaux thèmes que seront traités dans ce cours: - Introduction : rappels de notions en télécommunications, systèmes embarqués communicants. - Théorie des communications et technologie : représentation et propagation de signaux, types de canaux, fiabilité, codage, synchronisation, notion de protocole. - Systèmes de réseaux embarqués : architecture, conception. Protocoles de communication locale: SPI, I2C, CAN. Réseaux: connectivité réseau, réseaux dirigés par les événements ou par le temps, topologies, échelle, modèle en couches. - Réseaux sans fil: réseaux ad hoc, réseaux de capteurs. Protocoles adaptés aux systèmes embarqués: accès au support, accès multiple, routage, transport. - Fonctions et services: identification, acquisition de données, synchronisation, surveillance, contrôle, mobilité, localisation. Gestion et optimisation d'énergie. Intégration avec les réseaux classiques. - Introduction à l'internet des objets. Études de cas. Tendances et évolution. Calendrier ========== --------------------------------------------------------------------------------- Sem. Date (période Sujets Activités Travaux cours) pratiques ------ ------------- ------------------------------------ ----------- ----------- 1 8 Sept. 2021 Présentation du plan de cours et Quiz principes de base des systèmes révision embarqués 2 15 sept. 2021 1\. Introduction et rappel de théorie des communications 3 22 sept. 2021 2\. Protocoles de communication CAN locale 4 29 sept. 2021 2\. Protocoles de communication Quiz 1 locale 3. Accès au support 5 6 oct. 2021 4\. Réseaux: sans fil, structurés, spontanés 6 13 oct. 2021 5\. Bluetooth Low Energy Quiz 2 BLE 7 20 oct. 2021 Examen intra 8 27 oct. 2021 6\. Capteurs, accès au support 9 3 nov. 2021 7\. Routage Quiz 3 10 10 nov. 2021 8\. Zigbee Zigbee 11 17 nov. 2021 9\. Transport Quiz 4 12 24 nov. 2021 10\. La question de l'énergie 13 1 déc. 2021 11\. Services et applications Quiz 5 14 8 déc. 2021 12\. Internet et systèmes embarqués: 6LoWPAN 15 15 déc. 2021 Examen final --------------------------------------------------------------------------------- Formules pédagogiques ===================== Pour favoriser l'intégration des nombreux concepts au menu, nous suivrons essentiellement le modèle suivant : - Exposés magistraux en classe, où les étudiant(e)s sont fortement encouragés à contribuer par leurs questions et commentaires. - Mini-tests hebdomadaires (quiz) à teneur formative, qui permettront aux étudiant(e)s de mesurer concrètement leur compréhension des concepts explorés, et qui seront autocorrigés à l'aide d'une grille de vérification. Ces quiz seront notés mais sont surtout importants comme moyens d'évaluation formative, afin de bien suivre et maintenir le rythme d'acquisition des connaissances et compétences. - Des questions de réflexion sur une base quasi hebdomadaire permettront de revenir sur les contenus et d'apporter les explications nécessaires. Modalités d'évaluation ====================== Pondération ----------- Description sommaire Date Pondération ----------------------- --------------------------- ------------- Quiz et participation Périodiques 10% Examen intra Semaine 7 25% Travaux pratiques Spécifié dans les énoncés 30% Examen final Semaine 15 35% Outils d'évaluation ------------------- ### Quiz De façon périodique au cours du trimestre, les étudiants devront répondre de façon individuelle à un mini-test (quiz) en ligne via *Moodle*. Un quiz est accessible pendant une période déterminée (normalement de quelques jours). Pour les premiers quiz, les étudiants auront droit à deux tentatives, sans rétroaction; pour les derniers quiz, une seule tentative sera permise. Une fois un quiz fermé, les réponses sont publiquement accessibles. Avec $n$ quiz soumis, les résultats des $n-1$ meilleurs quiz seront comptés. ### Travaux pratiques La mise en pratique des concepts vus en classe se fera par la réalisation de travaux pratiques, faisant appel à différents environnements de développement et de simulation. Ces travaux seront réalisés par équipes de quelques étudiants. La matériel nécessaire aux travaux pratiques (kits individuels) devra être emprunté par chaque étudiant au début du trimestre et rendu à la fin du trimestre. L'auxiliaire d'enseignement sera en mesure de fournir de l'assistance (à distance) pour la réalisation des expérimentations. Ses disponibilités seront conformes à l'horaire établi pour la séance de laboratoire du cours. Un forum *Moodle* permettra de poser des questions spécifiques aux manipulations à l'auxiliaire ou au professeur. ### Remise des rapports Les travaux et rapports doivent être rendus électroniquement par l'intermédiaire du site *Moodle* du cours. Les travaux remis en retard seront pénalisés, à raison de 20 % de la note globale par jour (incluant samedi, dimanche et congés) de retard. Exceptionnellement (par ex., panne de *Moodle*), une copie pourra être rendue par courriel régulier. Chaque fichier doit être NOMMÉ de façon à ce qu'on puisse **IDENTIFIER LES MEMBRES DE L'ÉQUIPE** (par exemple, par l'utilisation d'initiales), de même que le **TITRE DU TRAVAIL, DE LA MANIPULATION / SIMULATION**. Si plusieurs versions d'un même rapport sont remises, un numéro de version significatif doit être inclus dans le nom. Attention : des erreurs de titres pourraient faire que des copies ne soient pas corrigées, ou que des résultats soient confondus par mégarde. Le format de fichier pour les documents doit **ABSOLUMENT ÊTRE PDF** (Portable Document Format), ce qui assure que ce qui est corrigé est conforme à la version de l'étudiant et ne risque pas d'être modifié par la suite. Un rapport doit normalement être présenté en un seul fichier, avec annexes, le cas échéant, pour les codes sources, etc. Un guide détaillé disponible sur le site du cours, donne davantage d'information sur la présentation des rapports de laboratoire. Les règlements concernant le plagiat seront strictement appliqués. ### Examens Les examens seront réalisés pendant les séances de cours. L'utilisation de documentation personnel (notes de cours, manuel) n'est pas permise pendant l'examen. Seul un résumé personnel de 20 pages sera autorisé. Une moyenne d'au moins 50 % aux examens est exigée pour réussir le cours. ### Modalités en cas de reconfinement Dans l'éventualité où les autorités sanitaires imposerait un reconfinement en cours de trimestre, il serait possible de poursuivre toutes les activités pédagogiques prévues. Seule la remise (en fin de trimestre) des kits de matériel empruntés devra être organisée différemment. Les informations à cet effet seront transmises par les canaux habituels, le cas échéant. Médiagraphie ============ Site web du cours via Moodle http://www.moodle.uqam.ca - *VC* KUROSE, J. & ROSS, K. -- Analyse structurée des réseaux. -- 2003. - *VC* PECKOL, J.K. -- Embedded Systems: A Contemporary Design Tool -- 1st Edition. 2008. - *VC* PARET, D., & RIESCO, R. -- Multiplexed Networks for Embedded Systems -- 2007. - *VC* ELAHI, A. -- ZigBee Wireless Sensor and Control Network -- 2010. - *VC* EADY, F. -- Hands-On ZigBee: Implementing 802.15.4 with Microcontrollers -- 2007. - *VC* KRIEF, F. ed. -- Communicating Embedded Systems -- 2010. - *VC* SOHRABY, K., MINOLI, D., & ZNATI, T. -- Wireless sensor networks: technology, protocols and applications -- 2007. - *VC* DARGIE, W., & POELLABAUER, C. -- Fundamentals of wireless sensor networks: theory and pratice -- 2010. - *VC* SHELBY, Z., & BORMANN, C. -- 6LoWPAN: The wireless Embedded Internet -- 2007. - *VC* RAM MURTHY, C. SIVA, MANOJ, B.S. -- Ad Hoc Wireless Networks: Architectures and Protocols -- 2004. *VC*: Volume Conseillé Autres lectures --------------- D'autres documents pourront être soumis pour lecture durant la session. La liste sera tenue à jour sur le site Web du cours.