Роботизована інтерактивна інфраструктура - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти Перший (бакалаврський)
Галузь знань 12 Інформаційні технології
Спеціальність 126 Інформаційні системи та технології
Освітня програма Інформаційне забезпечення робототехнічних систем
Статус дисципліни Нормативна
Форма навчання очна(денна)/дистанційна/змішана
Рік підготовки, семестр 4 курс, осінній семестр
Обсяг дисципліни 4 кредити
Семестровий контроль/ контрольні заходи Іспит, Індивідуальне завдання, Модульні контрольні роботи
Розклад занять 4 години на тиждень: лекції – 2год; комп’ютерний практикум – 2год
Мова викладання Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів

Лектор, лабораторні: к.т.н., доцент, Тимошин Юрій Афанасійович,

y.timoshin@gmail.com

моб. +38(096) 387 51 74

Розміщення курсу https://campus.kpi.ua

Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Навчальна програма присвячена ознайомленню з новітніми технологіями та складовими Роботизованої інтерактивної інфраструктури, що є частиною особливого Роботизованого середовища, в якому створюються та розвиваються системи і об’єкти Інтернету Роботизованих Речей (IoRT) та Індустріального Інтернету Речей (ІІоТ), як складових частин Інтернету Речей (ІоТ - Internet of Things) – новому напрямку розбудови інтелектуальних систем, які пов’язані з розвитком інфраструктури таких об’єктів, як Smart City, Smart Home, Smart Energy, Smart Water, іншими, які характеризуються значною складністю, розподіленістю та мають особливі ознаки та характеристики, наприклад, велику кількість інтелектуальних систем і пристроїв, генерують великі потоки даних, оперують десятками і сотнями тисяч сенсорів і систем, мають великий розмір вектора параметрів, які треба моніторити та вирисовувати для контролю та управління.

Мета вивчення дисципліни – набуття фахових компетентностей, теоретичних знань і практичних навичок з аналізу і вивчення Роботизованого інтерактивного середовища (RIE-Robotic Interactive Environment) з його інфраструктурою, проектування і розбудови архітектури та структури систем Інтернету Речей та Інтернету роботизованих речей (IoRT), використання Кібер-фізичних Систем (CPS), Кібер-фізичних виробничих систем (CPPS), обґрунтованого вибору критеріїв оптимізації та адаптації до середовища їх функціонування, синхронізації з існуючими системами і об’єктами, з метою гармонізації технічних пристроїв з людьми, створення дружньої взаємодії з інтелектуальними роботами, системами їх дистанційного управління, розвитку відповідної сервісної інфраструктури для покращення умов життя людей та підвищення їх безпеки на рівні мегаполісу.

Предметом вивчення дисципліни є технології, методи та засоби аналізу, проектування і розбудови архітектури та інфраструктури систем Інтернету Роботизованих Речей, особливості побудови відповідних алгоритмів і програм, Нова парадигма взаємодії людей і машин, а також машин між собою на основі технологій типу М2М та М2М2А, синхронізація з Інтернетом людей (IoP – Internet of People) та з новітніми Індустріальними системами (IIoT- Industrial Internet of Things), запобігання зломів і компрометації системи на кожному рівні IoT-додатків.

Завдання вивчення дисципліни:

 – оволодіння основними поняттями нового напрямку розвитку сукупності різноманітних систем штучного інтелекту в межах Розумного міста, Розумного дому, інших інтелектуалізованих середовищ, прогнозування результатів їх поведінки та взаємодії, впливу на покращення систем управління роботизованими системами в інтегрованому середовищі міст України, які є складними об’єктами нового типу з сотнями тисяч та мільйонами об’єктів моніторингу та управління;

– ознайомлення з новітніми інформаційними технологіями такими, як інфраструктура підтримки Інтернету людей (IoP), що управляється за допомогою двох платформ - «соціальні пристрої» і «люди як сервіс» -People as a Service (PeaaS), що відноситься до нових «хмарних» сервісів, аналізу та обробки потоків Big Data, що обчислюються зетабайтами (1021байт), процесами «Великої аналітики», «Глибокий аналіз» та «Глибокого навчання», задачею «Розумний пил» з сенсорами нанорозмірів, а також адаптивними сенсорними мережами, які мають архітектуру, що постійно змінюється, технологіями «розподілених реєстрів» типу «BlockChain», які застосовуються для підвищення безпеки роботи ІоТ мереж і систем;

– набуття практичних навичок використання методів і засобів застосування мультиагентних технологій та систем, їх механізмів поповнення знань і досягання цілі, управління агентом та зміною поведінки агента чи адаптації його до нових умов, використання метазнань для взаємодії з іншими агентами, застосування класифікації агентних програм, що використовують дві основні ознаки - ступінь розвитку внутрішнього уявлення про навколишній світ та спосіб прийняття рішення, як для «макроагентів», що працюють у середовищі Smart City, так і для програмних агентів вузлів обробки даних, а також різноманітних їх архітектурних реалізацій – від простих «рефлексійних» агентів до агентів, що навчаються та взаємодіють для виконання складних завдань, які не під силу монолітним системам чи окремому агенту;

Навчальна дисципліна покликана допомогти студенту отримати:

 –знання основних понять, методів, засобів, моделей та алгоритмів аналізу, моніторингу та управління об’єктами роботизованого середовища IoRT (Internet of Robotics Things) разом з Intelliges (Smart) Informations, сучасних технологій Intelliges Data Mining таких, як Text Mining, RDF-сховища (RDF-Resource Description Framework), Wiki-технологію та особливості використання Wiki- ресурсів, щодо використання метаданих в системах зберігання, обробки та передачі даних, а також структур обробки інформації з сенсорів у ІоТ мережах Smart City, принципів роботи з Big Data такими, як «Розподіленість», «Горизонтальна масштабованість», «Відмовостійкість», «Локальність первинної обробки даних», «Інтерпретація даних в процесі їх обробки», особливостей технології візуалізації Big Data пов’язані з редукцією та інтелектуальним аналізом даних, використання динамічних мультиекранних інтерфейсів, технології аналізу та обробки неструктурованих даних (НСД), їх властивості (гетерогенність/неоднозначність/контекстна залежність/динаміка значення/ етнокультурна залежність);

–   уміння практично застосовувати методи  –  використовувати розробки та дослідження програмних агентів, їх функціональності та технологій взаємодії, обміну повідомленнями, механізмів кооперації, технологію програмних агентів для проектування та реалізації сервісів в інтелектуальних системах, систему агрегації і уніфікації даних, а також технологій проектування слабкозв’язаних систем і компонентів систем моніторингу і управління об’єктами Smart City, використання віддалених процедур на базі Representational State Transfer (REST) та еталонних протоколів для зв’язування різних за протоколами мереж передачі даних, обміну інформацією між різними інформаційними рівнями Smart City та вузлами ІоТ, особливості БД та сховищ даних для обробки потоків Big Data, розробки захищених IoT додатків, забезпечення стійкості їх роботи.

       КОМПЕТЕНТНОСТІ

Інтегральна компетентність

Здатність розв'язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми у галузі інформаційних систем та технологій для комп’ютеризованих та робототехнічних систем, що характеризується, багатогранністю використання, комплексністю та невизначеністю умов із застосування теорій та методів проектування, впровадження та супроводження інформаційних систем та технологій, появою все зростаючої кількості інтелектуальних пристроїв і систем, які використовують.

Загальні компетентності

КЗ 1 Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу заключається у володінні методологією, базовими поняттями, ідеями концептуального та логічного рівнів, сучасних технологій і методів аналізу складних, розподілених об’єктів і процесів, які потребують нових підходів в задах контролю та управління, обробки великих обсягів даних в реальному часі, проблем їх візуалізації, створення моделей складних інформаційних систем для ІоТ середовища, розуміння нової парадигми взаємодії людей і машин - у міру того як машинний інтелект наближається по загальній ефективності до людського, відбувається прискорення динаміки взаємодії з машинами, результатом чого, швидше за все, буде відмова від нинішніх засобів, алгоритмів і технологій обробки даних, а також інтерфейсів, та їх програмування, сумісного використання Кібер-фізичних Систем (CPS), Кібер-фізичних виробничих систем (CPPS) і Інтернету речей (IoT).
КЗ 2 Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях заключається в тому, що студент повинен вміти використовувати інтелектуальні системи аналізу для конкретної архітектури інформаційних систем чи мереж, обгрутовано обирати набір комунікаційних протоколів для взаємодії від пристроїв рівня сенсорів ІоТ до прикладного рівня Центрів контролю та управління, гармонізувати взаємодію між різними інформаційними рівнями та моделями, застосовувати новітні технології зберігання, обробки та аналізу великих даних (1021байт), використовувати архітектуру «розподілених реєстрів», типу BlockChain, для підвищення безпеки та стійкості роботи вище вказаних систем і процесів, а також мультиагентні технології та системи для їх використання в процесах і алгоритмах моніторингу та управління, як на рівні мегаполісу, так і в програмному середовищі для ІоТ систем.
КЗ 3 Здатність до розуміння предметної області та професійної діяльності заключається у тому, що студент повинен вміти застосовувати відповідні методи аналізу заданих об’єктів і процесів моніторингу та управління в ІоRТ середовищі, визначення їх особливостей та обмежень застосування, здійснювати їх класифікацію, володіти вмінням використовувати для створення їх моделей методи статистичного, кореляційного та факторного аналізу, «глибокого інтелектуального аналізу» та «великої аналітики» Big Data, а також СУБД, що працюють з ними, знати принципи та особливості побудови багаторівневих мереж передачі даних в ІоТ системах, розуміння особливостей застосування в складному середовищі Smart City, Smart Home, Smart Energy, Smart Water, Inteligens (Smart) Informations.
КЗ 4 Здатність спілкуватися державною та іноземною мовами як усно, так і письмово заключається в необхідності використання публікацій і повідомлень на науково-практичних конференціях про новітні досягнення та розробки в області ІоТ технологій, їх розвитку та визначення перспективних напрямків, а також участі в міжнародних проектах типу ErasmusProgramme, Horizon 2020 чи Europe 2030.
КЗ 5 Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями повинна базуватися на бажанні мати компетентності в галузі інформаційних систем та технологій контролю та управління сучасними інтелектуальними об’єктами і процесами в умовах підвищеної безпеки для комфортності людей та середовища проживання.

Спеціальні (фахові, предметні) компетентності

КС 1 Здатність аналізувати об’єкт проектування або функціонування та його предметну область заключається в розумінні складності архітектури вузлів та можливості самоорганізації сенсорних мереж ІоТ, їх індустріальних клонів (ІІоТ) та роботизованих систем (IoRT), що заключається у зміні маршрутів передачі потоків великих даних між вузлами, адаптації до подій в таких мережах, пов’язаних із динамікою зміни числа вузлів, відмов обладнання, технологій розподіленої обробки даних і повідомлень, забезпечення застосування мультиагентних систем (МАС), необхідності безпечного використання та розвитку інтелектуальних роботизованих систем, їх «дружньої взаємодії» з людьми, використання досягнень Інтернету людей (ІоР) та індустріального Інтернету (ІІоТ), знань архітектури та складових «сенсорних мереж» з функціями самоорганізації та адаптації, критеріїв їх оптимізації.
КС 2 Здатність застосовувати стандарти в області інформаційних систем та технологій при розробці функціональних профілів, побудові та інтеграції систем, продуктів, сервісів і елементів інфраструктури повинна базуватися на знаннях існуючих стандартів протоколів для ІоТ мереж різного рівня типу MQTT, OAuth 2.0, CoAP (призначений для міжмашинної взаємодії (М2М та М2М2А), стекі протоколів для WEB (XML, HTTPS, TLS, TCP, Ipv6) та ІоТ (Web Objects, DTLS, UDP, 6LoWPAN, IEEE802.15.4) та їх можливостей забезпечити транспорт потоків даних різних форматів, включаючи відео- та аудіо ряди, неструктуровані дані та можливості їх структуризації, стандарти і команди управління групами пристроїв, стандарти їх фіксації та зберігання в спеціальних (онлайнових) БД та сховищах «приватних хмар» чи Центрів обробки даних типу HyperLedger Fabric фірми ІВМ) чи Distributed Hash Table (DHT- розподілені хеш-таблиці), специфікації Enterprise Ethereum Alliance для розподілених реєстрів, а також стандарти візуалізації даних і результатів моніторингу та управління об’єктами і процесами Smart City, Smart Home, Smart Energy, Smart Water, використовуючи мультівіконні технології типу дешбордів при проектуванні сервісів і прикладних програмних систем.
КС 3 Здатність до проектування, розробки, налагодження та вдосконалення системного, комунікаційного та програмно-апаратного забезпечення інформаційних систем та технологій, Інтернету речей (IoT), Інтернету роботизованих речей (IoRT) та промислових систем (ІІоТ), комп’ютерно-інтегрованих систем та системної мережної структури, їх моніторингу та управління ними.
КС 4 Здатність проектувати, розробляти та використовувати засоби реалізації інформаційних систем, технологій та інфокомунікацій (методичні, інформаційні, алгоритмічні, технічні, програмні та інші), технологій та засобів дистанційного розподіленого управління роботизованими пристроями і системами з інтелектуальними компонентами, створювати моделі для прогнозування їх поведінки та стану, включаючи архітектуру і засоби адаптивного управління багато вузловими сенсорними мережами, моделей і методів обробки Big Data, засобів їх поглибленого аналізу з метою здобування нових знань, а також використання технологій Мультиагентних систем для створення слабкозв’язаних програмних додатків і алгоритмів керування «роєм» роботів, розробки відповідних моделей безпеки і засобів захисту від несанкціонованого доступу до процесів моніторингу та управління роботизованими пристроями і системами, інформаційних ресурсів Центрів обробки даних та вузлів комунікації.

Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Зміст навчальної дисципліни

Розділ 1 Основні положення Роботизованої інтерактивної інфраструктури

1.1. Концепція Роботизованої інтерактивної інфраструктури (RII). Базові складові та характеристики

1.2. Аналіз середовища роботизованої інтерактивної інфраструктури та її функціональних компонентів.

1.3. Internet of Robotic Things – технологія ІоТ для роботизованих систем і пристроїв.

1.4. Інструментарій моніторингу об’єктів в IoRT середовищі.

1.5. Програмно-технічні системи формування даних про події та реєстрації подій роботизованого середовища

1.6. Сервісна структура Роботизованої інтерактивної інфраструктури.

Розділ 2 Інтернет речей, технології та компоненти.

2.1. Концепція Інтернету речей (ІоТ – Internet of Things).

2.2. Від Інтернету речей до Інтернету людей.

Розділ 3. Smart City – об’єкти нового класу інтелектуальних інформаційних систем для задач моніторингу та управління роботизованими пристроями.

*3.1.*Інфраструктура об’єктів управління корпоративного рівня, поняття «периметру» інформаційної мережі організації та організація її безпеки.

3.2. Базові технології для Smart City.

3.3. Складові технологічної структури ІоТ. Системи моніторингу та управління.

3.4. Smart City, як об’єкт масованого застосування технологій ІоТ.

3.5 Інфраструктура «Клієнт-сервер» на рівні підприємства.

Розділ 4. Бездротові сенсорні мережі ІоТ (БСМ).

4.1. Архітектура та компоненти сенсорних мереж.

4.2. Динаміка вузлів бездротових сенсорних мереж (БСМ) та адаптація до зміни архітектури.

4.3. Технологія «Розумний пил» (Smart Dust) та проблеми її розвитку.

Розділ 5. Технології обробки Big Data в ІоТ мережах.

5.1. Структура взаємодії Big Data та ІоТ систем.

5.2. Технології аналізу Big Data в IoRT середовищі.

5.3. Зв’язки та відношення в аналізі ВД. Типові задачі для ВД и результатів їх аналітики.

5.4. Технології та засоби роботи з ВД. Використання метаданих для обробки

5.5. Технології Text Mining. Базові елементи та основні характеристики.

Розділ 6. Розвиток і застосування мультиагентних технологій.

6.1. Мультиагентні технології моніторингу та управління об’єктами IoRT.

6.2. Мультиагентні технології в програмному середовищі.

6.3. Архітектура агентів та їх компоненти.

6.4. Мультиагентні системи (МАС). Види архітектури.

Розділ 7. Технології “розподілених реєстрів” мереж ІоТ.

7.1. Вимоги до БД та організації розподіленої обробки.

7.2. Проблеми стійкості систем обробки ВД та їх аналітики.

7.3. БД класу “Розподілені реєстри”.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

1. Бондарчук А. П. Основи інфокомунікаційних технологій: навчальний посібник [Електронний ресурс] / А. П. Бондарчук, Г. С. Срочинська, М. Г. Твердохліб // Київ, ДУТ. – 2015. – 76 с. – Режим доступу до ресурсу: http://www.dut.edu.ua/ua/lib/1/category/1090/view/840.

2. Жураковский Б. Ю. Комп’ютерні мережі. Частина 1. Навчальний посібник [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, І. О. Зенів // КПІ ім. Ігоря Сікорського. – 2020. – 336 с. – Режим доступу до ресурсу: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/36615

3. Жураковський Б. Ю. Комп’ютерні мережі. Частина 2 Навчальний посібник [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, І. О. Зенів // КПІ ім. Ігоря Сікорського. – 2020. – 372 с. – Режим доступу до ресурсу: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/36641

4. Інтернет речей і сучасні технології А. Й. Наконечний , З. Є. Верес Національний університет “Львівська політехніка” кафедра комп’ютеризованих систем автоматики, 2016, УДК 551.568.85.

5. Жураковський Б.Ю. Системи доступу. Навчальний посібник. [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, Н. В. Коршун // Київ, Державний університет телекомунікацій. – 2015. – 58 с.– Режим доступу до ресурсу: http://ir.nmapo.edu.ua:8080/jspui/bitstream/lib/277/1/l_841_81364872.pdf.

Додаткова література

1. Интернет вещей – технология будущего, которая меняет реальность сегодня [ Електронний ресурс ]: https://robo- sapiens.ru/stati/ internetveshhey/

2. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. — 4-е изд. — СПб.:Питер, 2010. — С. 438. — 4500 экз. — ISBN 978-5-49807-389-7.

3. Что такое Интернет вещей (IoT)? [ Електронний ресурс ]: https://riot.org/2016/04/04

4. Інтернет речей. Новомодне захоплення чи технологія, що змінює світ?

[ Електронний ресурс ]: https://www.epravda.com.ua/publications/

5. How Energy Technology Is Evolving [ Електронний ресурс ]: https://www.pewtrusts.org/en/research-and-analysis/issuebriefs/2016/02/the-smart-grid-how-energy-technology-is-evolving.

6. Жураковський Б.Ю. Комп’ютерні мережі. Навчальний посібник для виконання лабораторних робіт [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, І. О. Зенів // КПІ ім. Ігоря Сікорського. – 2020. – 213 с. – Режим доступу до ресурсу: https://classroom.google.com/u/0/c/MTQ1MDk5NzA3OTQ1?hl=ru

7. Автоматизована система обліку електричної енергії з контролем якості показників якості. Васильченко В.І., Гриб О.Г., Светелик О.Д., Тесик Ю.Ф. Енергетика та електрифікація, №11, 2013.

8. Впровадження інтелектуальних систем вимірювань електроенергії: європейський досвід, В.І. Попович, В.Д. Старинець, О.В. Старинець. 2013-2014.

9. Проектування ІоТ [ Електронний ресурс ]: https://www.slideshare.net/ssuserf405bc/iot-79608563

10. Кулаков Ю.О., Луцький Г.М. Комп’ютерні мережі. Підручник. – Київ.: «Юніор», 2005. – 396 с.

11. Жураковський Б.Ю. Системи доступу. Навчальний посібник. [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, Н. В. Коршун // Київ, Державний університет телекомунікацій. – 2015. – 58 с.– Режим доступу до ресурсу: http://ir.nmapo.edu.ua:8080/jspui/bitstream/lib/277/1/l_841_81364872.pdf.

12. Беркман Л.Н. Теорія передачі та обробки даних в інфокомунікаціях: навчальний посібник / Л.Н. Беркман, Б.Ю. Жураковський, А.О. Макаренко//. − К.: ДУТ, 2015. – 160 с. – Режим доступу до ресурсу: http://www.dut.edu.ua/ru/lib/1/category/1090/view/859

13. Жураковский Б. Ю. Кінцеві пристрої абонентського доступу. Навчальний посібник [Електронний ресурс] / Б. Ю. Жураковский, Г. С. Срочинська, Н. М. Довженко // Київ, Державний університет телекомунікацій. – 2015. – 65 с. – Режим доступу до ресурсу: http://www.dut.edu.ua/ru/lib/118/category/96/view/903

14. A. Koubâa, A. Allouch, M. Alajlan, Y. Javed, A. Belghith and M. Khalgui, "Micro Air Vehicle Link (MAVlink) in a Nutshell: A Survey," in IEEE Access, vol. 7, pp. 87658-87680, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2924410.

15. Yuncheng Lu, Zhucun Xue, Gui-Song Xia & Liangpei Zhang (2018) A survey on vision-based UAV navigation, Geo-spatial Information Science, 21:1, 21-32, DOI: 10.1080/10095020.2017.1420509

16.James Manyika, Michael Chui, Peter Bisson, Jonathan Woetzel, Richard Dobbs, Jacques Bughin, Dan Aharon. Unlocking the potential of the Internet of Things (Report McKinsey Global Institute June 2015). URL: http://www.mckinsey.com/business-functions/business-technology/our-insights/the-internet-of-things-the-value-of-digitizing-the-physical-world (дата обращения: 18.05.2016).

17. Сергиевский М.В., Беспроводные сенсорные сети. – [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.compress.ru/Article.aspx?id=17950.

18.The Next Industrial Revolution: A Manufacturing Leadership White Paper Sponsored by Microsoft How the Internet of Things and Embedded, Connected, Intelligent Devices will Transform Manufacturing — A Manufacturing Leadership White Paper, Frost&Sullivan. — 2016. — P. 1–12.

19. Павел Храмцов. Быть или не быть стандартам Интернета вещей? // Открытые системы.СУБД. — 2015. — № 2. — С. 24–26. URL: http://www.osp.ru/os/2015/02/13046275 (дата обращения: 18.08.2016).

20. Ting D., Haiping H., Yang L., Ruchuan W., Xinxing P. Research on Migration Strategy of Nobile Agent in Wireless Sensor Network//International Journal of Distri-buted Sensor Networks – 2013. – article ID 642986.

Інформаційні ресурси

http://tc.kpi.ua/content/ RIE; GOOGLE Disc викладача

Навчальний контент

Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

лекції

Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС)

Розділ 1 Основні положення Роботизованої інтерактивної інфраструктури

Тема 1.1. Концепція Роботизованої інтерактивної інфраструктури (RII). Базові складові та характеристики RIE. Робот у Smart Home. РІС у Smart City.

РІС в сфері індустрії. Принципи формування Інтернету роботизованих речей (IoRT), як частини Інтернету речей (ІоТ).

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4: ДЛ: 4,9], де «БЛ» - базова література; «ДЛ» -додаткова.

Тема 1.2. Аналіз середовища роботизованої інтерактивної інфраструктури та її функціональних компонентів. Функціональність роботизованих систем і пристроїв інженерної, транспортної та сервісної груп в зоні мегаполіса, що взаємодіють між собою. Взаємозв'язки між різними частинами інфраструктури, інформаційні рівні та їх типи. Проблеми безпечного функціонування роботизованих систем і пристроїв. Запобіжні засоби безпечного використання роботів.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2/ ДЛ: 1,3,12]

Тема 1.3. Internet of Robotic Things – технологія ІоТ для роботизованих систем і пристроїв. Інтелектуальні роботи, як динамічні об’єкти моніторингу та управління Internet of Robotic Things. Питання організації кооперації роботів і безпеки в роботизованому просторі.

Тема 1.4. Інструментарій моніторингу об’єктів в IoRT середовищі. Засоби реалізації інформаційно-управляючих процесів взаємодії роботів і систем між собою типу М2М, М2М2А та D2D. Об’єкти моніторингу та управління в середовищі Smart City. Типові компоненти систем моніторингу. Інтерактивні компоненти та засоби взаємодії.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2; 4/ ДЛ: 4,9,11]

Контрольна робота 1

Тема 1.5. Програмно-технічні системи формування даних про події та реєстрації подій роботизованого середовища та засоби оцінювання стану роботизованої системи чи пристрою. Системи перевірки та тестування. ПЗ дистанційного управління роботизованими пристроями та системами. Засоби та системи навігації роботизованих пристроїв (забезпечуючі та сигнальні). Обмін повідомленнями між пристроями та між ними і вузлами обробки даних з використанням міжмережевих протоколів ІоТ, М2М та М2М2А.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2; 4/ ДЛ: 4,9,11]

Тема 1.6. Сервісна інфраструктура Роботизованого інтерактивного середовища. Обладнання систем забезпечення стоянок, місць паркування та зберігання роботизованих пристроїв. Станції зарядки батарей живлення та обслуговування. Логістичні центри запчастин. Роботизований Центр капітального ремонту та утилізації роботизованих пристроїв і систем. Евакуація роботизованих пристроїв.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4/ ДЛ: 4,14]

Контрольна робота 2

Розділ 2 Інтернет речей, технології та компоненти.

Тема 2.1. Концепція Інтернету речей (ІоТ – Internet of Things). Новий напрямок розвитку інтелектуальних систем – Smart City, Smart Home, Smart Energy. Визначення сфери застосування ІоТ. 3-я та 4-а промислові революції. Інформаційні потреби «Інтернету речей». Використання технологій Big Data, сенсорних та індустріальних мереж (ІІоТ), інтелектуальних технологій аналізу та обробки.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2; 4/ ДЛ: 4,9,11]

Тема 2.2. Від Інтернету речей до Інтернету людей. Інфраструктура та складові ІоТ та Інтернету людей (ІоР- Internet of People). Маніфест ІоР. Дві платформи ІоР – «соціальні пристрої» та «люди, як сервіс» (PeaaS - People as a Service). «Оркестровка» сервісів та пристроїв, брокери управління та сервісів. Роботизоване середовище IoRT.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2, 5/ ДЛ: 3,4,12,18]

Розділ 3. Smart City – об’єкти нового класу інтелектуальних інформаційних систем для задач моніторингу та управління роботизованими пристроями.

Тема 3.1. Інфраструктура об’єктів управління корпоративного рівня, поняття «периметру» інформаційної мережі організації та організація її безпеки. Пристрої інфраструктури ІоТ. Особливості організації безпеки та стійкої роботи розподілених систем Розумного міста. Інфраструктура систем збору даних, моніторингу та управління Smart City.

Тема 3.2. Базові технології для Smart City. Пов’язаність технологій ІоТ , Big Data, Intelligens Robotics, Intelligens Data Mining, Intelligens (Smart) Informations, розподілені реєстри типу BlockChain, «Розумний пил».

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4-5/ ДЛ: 1,3,9,16]

Тема 3.3. Складові технологічної структури ІоТ. Системи моніторингу та управління. Джерела Великих даних. Технології збору даних з джерел об’єктів моніторингу. Ієрархічність і розподіленість мережі збору, передачі та обробки інформації. Критичні об’єкти моніторингу та управління ІоТ. Програмні системи «Клієнт-сервер».

Тема 3.4. Smart City, як об’єкт масованого застосування технологій ІоТ. Складові технологічної структури «Розумного міста». Технології Smart Home, Smart Energy, Smart Resourses, особливості їх моніторингу як об’єктів ІоТ. інфраструктура передачі даних ІоТ, яка б пов'язала додатки з об'єктами міської інфраструктури.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2; 4/ ДЛ: 3,11,12, 19]

Контрольна робота 3

Розділ 4. Бездротові сенсорні мережі ІоТ (БСМ).

Тема 4.1. Архітектура та компоненти сенсорних мереж. Базові фактори, що впливають на ІоТ. Стекі протоколів сенсорних мереж. Зв’язування сенсорних та Інтернет мереж. Модель опрацювання даних із сенсорів. Структура обробки інформації з сенсорів ІоТ у Smart City. Розподіленість вузлів обробки даних і повідомлень. Проблема редукції потоків даних.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 3;4/ ДЛ: 2,6,10,11,17]

Тема 4.2. Динаміка вузлів бездротових сенсорних мереж (БСМ) та адаптація до зміни архітектури. Самоорганізація і переваги БСМ. Координація роботи пристроїв сенсорної мережі. Базові компоненти БСМ. Особливості управління БСМ і топологія. Протоколи маршрутизації. Підсистеми апаратної частини вузла. Шлюзи та стоки (хаби). Координація роботи БСМ.

Тема 4.3. Технологія «Розумний пил» (Smart Dust) та проблеми її розвитку. Функціональність та структура пристроїв. Реалізація технології “Розумний пил” – проект «Michigan Micro Моті». Компоненти та функціональність мікромодуля. Проблеми реалізації технології.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 3; 4/ ДЛ: 2,10,11,17,20]

Розділ 5. Технології обробки Big Data в ІоТ мережах.

Тема 5.1. Структура взаємодії Big Data та ІоТ систем. Призначення, ознаки та етапи обробки Великих даних (ВД). Класи задач Великої аналітики. Етапи задач процесу аналітики ВД. Класифікація ВД.

Тема 5.2. Технології аналізу Big Data. Процеси «великої аналітики» та «глибокого аналізу». Методи «глибокого навчання». Методи репрезентації знань та візуалізації багатовимірних даних. Глибокий аналіз ВД. Система задач Великої аналітики та їх результати. Задача відкриття знань.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2/ ДЛ: 1,3,4,9,14,15,19]

Тема 5.3. Зв’язки та відношення в аналізі ВД. Типові задачі для ВД и результатів їх аналітики. Казуальні мережі. Методи аналізу ВД. Методи класу Data Mining. Кластеризація об’єктів і її особливості для ВД. Аналіз джерел ВД.

Тема 5.4. Технології та засоби роботи з ВД. Використання метаданих для обробки зображень, аудіо-відео рядів, подій, оповіщень, даних соціальних мереж та сховищ даних. Проблеми візуалізації ВД. Етапи життєвого циклу ВД. Засоби та методи аналізу неструктурованих даних.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4/ ДЛ: 4,9,17]

Тема 5.5. Технології Text Mining. Базові елементи та основні характеристики. Використання «фонових знань» та RDF(Resource Description Framework) – сховищ. Технологія Wiki, основні компоненти та проблеми. Використання технології для аналізу неструктурованих даних.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 2/ ДЛ: 15,18]

Розділ 6. Розвиток і застосування мультиагентних технологій.

Тема 6.1. Мультиагентні технології моніторингу та управління об’єктами IoRT. Технологія інтелектуальних агентів для проектування та реалізації сервісів в інтелектуальних системах Internet of Robotic Things. Інтелектуальні роботи – як критичні об’єкти моніторингу та управління з точки зору безпеки.

Тема 6.2. Мультиагентні технології в програмному середовищі. Типи програмних агентів, універсальні агенти та вузько функціональні агенти. Головні характеристики та особливості агентів.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4/ ДЛ: 3,4,9,14-15]

Тема 6.3. Архітектура агентів та їх компоненти. Простий «рефлексійний агент». «агент, що діє з урахуванням внутрішнього стану», «агент, що діє на основі цілей», «агент, що начається». Базови види взаємодії, причини і форми взаємодії. Проблеми координації поведінки агентів.

Тема 6.4. Мультиагентні системи (МАС). Види архітектури. МАС для підтримки процесів прийняття рішень на підприємстві. МАС для пошуку інформації. Інструментальні засоби для побудови МАС. Загальна структура системи моніторингу на базі МАС.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4/ ДЛ: 1,3,4,8,13, 15]

Контрольна робота 4

Розділ 7. Технології “розподілених реєстрів” мереж ІоТ та IoRT.

Тема 7.1. Вимоги до БД та організації розподіленої обробки. Особливі вимоги Smart City до систем обробки та БД. Розподіленість обробки даних в ІоТ та IoRT мережах для безпеки систем та їх стійкості до несанкціонованих втручань.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1; 4/ ДЛ: 3-4,9,14-15]

Тема 7.2. Проблеми стійкості систем обробки ВД та їх аналітики. Використання брокерів для координації роботи вузлів ієрархічної мережі.

Тема 7.3. БД класу “Розподілені реєстри”. Технології на базі BlockChain для підвищення безпеки ІоТ мереж. Загальна модель та прикладне використання BlockChain у середовищі Smart City. Інфраструктура BlockChain для прикладного застосування. Корпоративні блокчейн на базі платформи Hyperledger.

Дидактичні матеріали: презентація Power Point, комп’ютер, проектор.

Література: [БЛ: 1;4/ ДЛ: 1,3,9,17,20]

Календарне планування лекційних та практичних занять

Номер лекції Номер практичного заняття Дата проведення
Лекція 1 Заняття 1 За розкладом
Лекція 2 Заняття 2 За розкладом
Лекція 3 Заняття 3 За розкладом
Лекція 4 Заняття 4 За розкладом
Лекція 5 Заняття 5 За розкладом
Лекція 18 Заняття 18 За розкладом

**
5. Комп'ютерний практикум**

З даної дисципліни передбачається проведення зі студентами комп’ютерного практикуму. Основними цілями занять є:

  • засвоєння студентами знань з основних тем дисципліни та їх закріплення;

  • формування у студентів навичок і вмінь з аналізу роботизованого інтерактивного середовища.

№ з/п Назва теми заняття
1 Інтерактивні режими управління роботизованими системами
2 Моделювання мережі з топологією зірка на базі шлюзу і HUBу
3 Аналіз інтерактивної інфраструктури робота. Канали інтерактивної взаємодії
4 Аналіз приклада інтерактивної інфраструктури роботизованого БПЛА
5 Аналіз інфраструктури системи обробки відеоданих комп’ютерного зору
6 Синхронні та асинхронні процеси обміну даними і повідомленнями.
7 Структура обробки відеоданих наземного центру моніторингу та управління БПЛА
8 Схема загоризонтного управління БПЛА з центру моніторингу та управління
9 Інфраструктура наземного центру управління повітряним роботом
10 Інфраструктура серверів і шлюзів системи обробки відеоданих та телеметрії
11 Побудова бездротових сенсорних мереж, критерії адаптивності архітектури
12 Налагодження та дослідження роботи протоколу сенсорних мереж
13 Вивчення динамічної маршрутизації на протоколах XMPP, MQTT, СоАР, 6LoWPN, 802.15.4
14 Дослідження Веб-сервісів Amazon Web Services - PeaaS
15 Периферійні вузли і пристрої інфраструктури IoRT та IoT
16 Створення та налаштування бездротової мережі сенсорів

Самостійна робота студента/аспіранта

Самостійна робота студентів складається з:

  • підготовки до аудиторних занять (лекцій та практик),

Самостійна робота

Назви тем і питань, що виноситься на самостійне опрацювання та посилання на навчальну літературу

Кількість годин СРС

1

2

3

1

Системний опис мережевої архітектури [3, стор.40]

1

2

Об’єкти роботизованого середовища та їх особливості

1

3

Типи характеристик ліній зв’язку і способи їхнього визначення [3, стор.81]

2

4

Комплекс базових профілів комп’ютерних мереж [3, стор.118]

2

5

Середовище Smart City [1, стор.46]

6

Методи боротьби з фальшивими маршрутами в протоколі RIP [3, стор.230]

2

7

Специфікації обладнання середовища ІоТ [4, стор.49]

2

8

Об’єкти середовища індустріальних мереж - ІІоТ [1, стор.100]

4

9

Джерела великих даних (Big Data) [4, стор.78]

2

10

Центри обробки даних в структурі Smart City [D3, стор.130]

2

11

Шлюзи Інтернет мереж [3, стор.188]

2

12

Хмарні сервіси PaaS, IaaS, SaaS [D9, стор.102]

2

13

Технологія інтерактивного управління БПЛА [14, стор. 8]

2

14

Технології стацiонарного радiодоступу [3, стор.252]

2

15

Індустріальні революції 3.0 та 4.0 [4, стор.16]

2

16

Бездротова сенсорна мережа [D20, стор.32]

2

17

Модель BlockChain – розподілені реєстри [2, стор.62]

2

18

Задача управління роєм БПЛА [D17, стор.4]

2

Всього:

36

Політика та контроль

Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Форми організації освітнього процесу, види навчальних занять і оцінювання результатів навчання регламентуються Положенням про організацію освітнього процесу в Національному технічному університеті України «Київському політехнічному інституті імені Ігоря Сікорського».

Політика виставлення оцінок: кожна оцінка виставляється відповідно до розроблених викладачем та заздалегідь оголошених студентам критеріїв, а також мотивується в індивідуальному порядку на вимогу студента; у випадку не виконання студентом усіх передбачених навчальним планом видів занять (атестаційних контрольних робіт, реферату) до екзамену він не допускається; пропущені заняття обов’язково мають бути відпрацьовані.

**Відвідування є обов'язковим (**за винятком випадків, коли існує поважна причина, наприклад, хвороба чи дозвіл працівників деканату). Якщо студент не може бути присутніми на заняттях, він все одно несете відповідальність за виконання завдань, що проводились в комп’ютерному класі.

Порядок зарахування пропущених занять. Відпрацювання пропущеного заняття з лекційного курсу здійснюється шляхом додаткових контрольних робіт чи захисту реферату за відповідною темою у вигляді презентації. Відпрацювання пропущеного лабораторного заняття здійснюється шляхом самостійного виконання завдання і його захисту відповідно до графіку консультацій викладача.

Реферати реалізуються шляхом підготовки і захисту реферату за відповідною темою у вигляді презентації, а сам реферат пересилається для перевірки викладачу через E-mail.

Політика академічної поведінки та доброчесності: конфліктні ситуації мають відкрито обговорюватись в академічних групах з викладачем, необхідно бути взаємно толерантним, поважати думку іншого. Плагіат та інші форми нечесної роботи неприпустимі. Всі індивідуальні завдання та курсову роботу студент має виконати самостійно із використанням рекомендованої літератури й отриманих знань та навичок. Цитування в письмових роботах допускається тільки із відповідним посиланням на авторський текст. Недопустимі підказки і списування у ході захисту лабораторних робіт, на контрольних роботах, на іспиті.

Норми академічної етики: дисциплінованість; дотримання субординації; чесність; відповідальність; робота в аудиторії з відключеними мобільними телефонами. Повага один до одного дає можливість ефективніше досягати поставлених командних результатів. При виконанні лабораторних робіт студент може користуватися ноутбуками. Проте під час лекційних занять та обговорення завдань лабораторних робіт не слід використовувати ноутбуки, смартфони, планшети чи комп’ютери. Це відволікає викладача і студентів групи та перешкоджає навчальному процесу. Якщо ви використовуєте свій ноутбук чи телефон для аудіо- чи відеозапису, необхідно заздалегідь отримати дозвіл викладача.

Дотримання академічної доброчесності студентів й викладачів регламентується кодекс честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут», положення про організацію освітнього процесу в КПІ ім. Ігоря Сікорського

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Розподіл балів, які отримують студенти на заняттях

Види контролю бали
Додаткові контрольні роботи (4 роботи) 5
Атестаційні контрольні (2 роботи) 20

R=(4*5+40)*0,6=36

Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів максимально можлива кількість балів – 10 балів. На першій атестації (8-й та 9-й тиждень) студент отримує “зараховано ”, якщо його поточний рейтинг не менше 20 балів.

За результатами 13 тижнів навчання максимально можлива кількість балів – 40 балів. На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує “зараховано ”, якщо його поточний рейтинг не менше 45 балів. За зарахований реферат

  • 20 балів.

Семестровий контроль: екзамен

Умови допуску до семестрового контролю: семестровий рейтинг мінімум 30 балів.

На екзамені студент може отримати максимум 50 балів.

повна відповідь - 50;

часткова відповідь - 10…49;

незадовільна відповідь - 0.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Кількість балів Оцінка
100-95 Відмінно
94-85 Дуже добре
84-75 Добре
74-65 Задовільно
64-60 Достатньо
Менше 60 Незадовільно
Не виконані умови допуску (<30) Не допущено

Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Теми рефератів по курсу Р І І

  1. Система виявлення та ідентифікації подій в роботизованому середовищі

    Smart City. Моделі подій.

  2. Система планування і видачі завдань для роботизованих засобів та

    моніторингу їх виконання.

  3. Роботизована система управління транспортними потоками міста.

  4. Роботизована система моніторингу надзвичайних ситуацій в місті.

  5. Роботизована система контролю та управління безпекою міста.

  6. Принципи та засоби обміну даними між роботизованими засобами та

    людьми чи між собою.

  7. Концепція середовища для роботизованої інтерактивної інфраструктури

    мегаполіса, його структура та обмеження.

  8. Аналіз видів і типів інтелектуальних систем керування ресурсами

    мегаполіса.

  9. Аналіз середовища роботизованої інтерактивної інфраструктури Smart

    City та її функціональних компонентів.

  10. Архітектура інформаційного забезпечення систем моніторингу стану та

    управління об’єктами в роботизованому середовищі.

  11. Аналіз можливих станів роботизованих пристроїв та інтелектуальних

    систем моніторингу для Smart City, обґрунтування рівнів інтерактивності.

  12. Аналіз можливих подій в роботизованому середовищі. Сучасні засоби їх

    моніторингу при використанні технологій IoRT та Big Data.

  13. Аналіз та обґрунтування застосування багаторівневого зв’язку в

    роботизованій інтерактивній інфраструктурі;

  14. Розробка принципів надання сервісів для механізмів роботизованої

    інтерактивної інфраструктури Smart City в розрізі безпеки;

  15. Аналіз та класифікація рівнів безпеки в роботизованій інтерактивній

    інфраструктурі «Розумного міста», їх архітектура.

  16. Аналіз способів організації безпечного використання сервісів

    роботизованих пристроїв в мегаполісі з застосуванням технологій IoT.

  17. Методи та рівні інформаційної взаємодії роботизованих систем між

    собою та системами управління і моніторингу, проект структури;

  18. Аналіз архітектури програмно-апаратних засобів для систем

    моніторингу інтерактивної інфраструктури Smart City з використанням технології IoT.

  19. Використання технологій IoRT для систем управління механізмів

    роботизованої інтерактивної інфраструктури Smart City.

  20. Архітектура системи моніторингу та управління групою механізмів

    роботизованої інтерактивної інфраструктури в Smart City.

  21. Використання технологій Smart Stream Data для обробки даних при

    забезпеченні інформаційних потреб «Інтернету речей».

  22. Застосування технологій IoT та Big Data в роботизованій

    інтерактивній інфраструктурі «Розумного дому».

  23. Проектування інформаційних сервісів в роботизованій інтерактивній

    інфраструктурі «Розумного міста».

  24. Аналіз застосування технологій Intelliges Data Mining для

    інфраструктури Smart City.

  25. Аналіз та обґрунтування розподілу рівнів обробки значних потоків

    даних при використанні технологій IoT в роботизованій інтерактивній інфраструктурі «Розумного міста».

  26. Інформаційні сервіси для інтелектуальних роботизованих систем

    наступного рівня промислової революції «Індустрія 4.0».

  27. Аналіз особливостей інформаційних сервісів збору та обробки даних в

    середовищі інтелектуальних роботів промислового середовища (IIoT).

  28. Аналіз технологій обробки інформації та даних і обґрунтування їх

    використання в “Інтернеті речей».

  29. Застосування технологій ІоТ та Блокчеін для реалізації їх у проектах

    «Smart Home».

  30. Опис характеристик середовища технологій Big Data для застосування в

    інтерактивній інфраструктурі «Розумного міста».

  31. Порівняльний аналіз сервісів технологій ІоТ та Big Data для

    середовища «Smart City».

  32. Архітектура сервісів управління інтелектуальними роботизованими

    пристроями від несанкціонованого використання в умовах мегаполіса.

  33. Сервіси інформаційної безпеки в технологіях «Smart Home» та «Smart

    City».

  34. Аналіз технологій проектування інформаційно слабко-зв’язаних

    технічних систем.

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):

Складено доцентом кафедри ІСТ, к.т.н., доцент, Тимошин Юрій Афанасійович

Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол №1 від 30.08.2021р)

Погоджено Методичною комісією факультету (протокол №1 від 30.08.2021 р)