Інженерія систем IoT - 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 | Інтегровані інформаційні системи |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма навчання | очна(денна)/заочна/дистанційна |
| Рік підготовки, семестр | 3 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кредити (120 годин (36 – лекції, 18 – лабораторні, 66 - СРС)) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | екзамен, модульний контроль |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лектор, лабораторні: к.т.н., доцент Сокульський Олег Євгенович, mortimer@ukr.net моб. (063) 427-77-09 |
| Розміщення курсу | https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=250 |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Необхідність вивчення навчальної дисципліни. Інтернет речей (IoT) є однією з найперспективніших технологій останніх років, що створює сотні нових продуктів і призводить до появи нових компаній на ринку. Людство по всьому світу вже не перший рік користуються такими пристроями кожен день. Більше того, у чималій кількості домівок вже встановлені системи "розумного будинку", в які інтегровані десятки датчиків. Переваги інтернету речей, які вже доступні і які ще в процесі розробки, можна побачити в різних сферах використання цієї технології.
Мета дисципліни: сформувати у студентів знання та вміння з питань розробки програмно-апаратних систем інтернету речей.
Предмет дисципліни: концепція обчислювальної мережі фізичних предметів, які оснащені вбудованими технологіями для взаємодії один з одним або з зовнішнім середовищем, що розглядає організацію таких мереж як явище, здатне перебудувати економічні та суспільні процеси, яка частково виключає необхідність участі людини.
Програмні результати навчання
| ЗН 22 | Технології Інтернет. Складу, структури, функціонування та взаємодії компонентів інтегрованих інформаційних систем. |
|---|---|
| УМ 26 | Створювати програмне та апаратне забезпечення для реалізації алгоритмів ІоТ. |
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Пререквізити: вміти користуватися комп’ютером на рівні адміністратора, збирати електронні схеми на макетній платі.
Міждисциплінарні зв’язки. Дисципліна базується на дисциплінах: «Іноземна мова», «Програмування», «Фізика».
Постреквізити. Дисципліни, які будуть використовувати результати навчання даного курсу: «Переддипломна практика», «Технології розроблення програмного забезпечення», «Електроніка та мікропроцесорна техніка», «Проектування інформаційних систем», «Інформаційно-керуючи системи».
Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1.
Тема 1.1. Історія інтернету речей.
Тема 1.2. Архітектура та ключові модулі інтернету речей.
Тема 1.3. Датчики, кінцеві крапки та системи живлення.
Тема 1.4. Теорія комунікації та інформації.
Тема 1.5. Бездротова персональна мережа не на основі IP.
Розділ 2.
Тема 2.1. Бездротова персональна та локальна мережа на базі IP.
Тема 2.2. Системи і протоколи далекого зв’язку.
Тема 2.3. Маршрутизатори і шлюзи.
Розділ 3.
Тема 3.1. Протоколи інтернет речей передачі даних від межевого пристрою в хмару.
Тема 3.2. Топологія хмарних і туманних обчислень.
Тема 3.3. Аналіз даних і машинне навчання в хмарних і туманних платформах.
Тема 3.4. Безпека інтернету речей.
Тема 3.5. Консорціуми і спільноти.
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
1. Горбатий І. В., Бондарєв А. П. Телекомунікаційні системи та мережі. Принципи функціонування, технології та протоколи / Навчальний посібник. - Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2016. - 336 с.
2. Телекомунікаційні системи та мережі : навчальний посібник для студентів спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» / Укладачі : Микитишин А.Г., Митник М.М., Стухляк П.Д. – Тернопіль: Тернопільський нац. техн. ун-т імені Івана Пулюя, 2017 – 384 с.
3. Olivier Hersent, David Boswarthick, Omar Elloumi. The Internet of Things: Key Applications and Protocols. — Willey, 2012. — 370 p. — ISBN 978-1119994350.
4. Perry Lea (2018). Internet of Things for Architects: Architecting IoT solutions by implementing sensors, communication infrastructure, edge computing, analytics, and security. Packt Publishing. p. 526. ISBN 978-1-78847-059-9.
5. Acharjya, D.P.; Geetha, M.K., eds. (2017). Internet of Things: Novel Advances and Envisioned Applications. Springer. p. 311. ISBN 9783319534725.
Додаткова література
1. Li, S.; Xu, L.D., eds. (2017). Securing the Internet of Things. Syngress. p. 154. ISBN 9780128045053.
2. Stephenson, W. David. (2018). The Future Is Smart: how your company can capitalize on the Internet of Things--and win in a connected economy. HarperCollins Leadership. p. 250. ISBN 9780814439777.
3. Rowland, C.; Goodman, E.; Charlier, M.; et al., eds. (2015). Designing Connected Products: UX for the Consumer Internet of Things. O'Reilly Media. p. 726. ISBN 9781449372569.
4. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологи, протоколы: Ученик для вузов. 5-е узд.– СПб.: Питер, 2016. – 992 с.
5. Пайпер Б. Администрирование сетей Cisco: освоение за месяц / пер. с анг. М. А. Райтмана. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 316 с.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття.
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань |
|---|---|
| 1 | Тема 1.1. Історія інтернету речей. Історія розвитку інтернету речей. Перспективи розвитку інтернету речей. Література: базова – 3, 4; додаткова – 3. |
| 2-3 | Тема 1.2. Архітектура і ключові модулі інтернету речей. Архітектура інтернету речей. Датчики і живлення. Передача даних. Інтернет-маршрутизація і протоколи. Хмарні та граничні обчислення, аналітика і машинне навчання. Загроза та безпека в інтернеті речей. Література: базова – 1,4; додаткова – 2, 5. |
| 3-4 | Тема 1.3. Датчики, кінцеві точки та системи живлення. Сенсорні пристрої. Інтелектуальні кінцеві точки ІоТ. Злиття датчиків. Пристрої введення-виведення. Джерела енергії та управління живленням. Література: базова – 2; додаткова – 1. |
| 5-6 | Тема 1.4. Теорія комунікації та інформації. Теорія комунікації. Теорія інформації. Радіоспектр. Література: базова – 4, 5; додаткова – 2. |
| 7-9 | Тема 1.5. Бездротова персональна мережа не на основі IP. Стандарти 802.15. Bluetooth. Література: базова – 1; додаткова – 2, 3. |
| 10-12 | Тема 1.5. Бездротова персональна мережа не на основі IP. IEEE 802.15.4. Zigbee. Z-Wave. Література: базова – 1; додаткова – 2, 3. |
| 13-14 | Тема 2.1. Бездротова персональна та локальна мережа на базі IP. Протокол інтернету і протокол управління передачею. WPAN з IP - 6LoWPAN. Література: базова – 2, 4; додаткова – 3, 4. |
| 15-16 | Тема 2.1. Бездротова персональна та локальна мережа на базі IP. WPAN з IP - Thread. Протоколи IEEE 802.11 і WLAN. Література: базова – 2, 4; додаткова – 3, 4. |
| 17-18 | Тема 2.2. Системи і протоколи далекого зв’язку. Функціональна сумісність пристроїв стільникового зв'язку. Література: базова – 3; додаткова – 1, 4. |
| 19-20 | Тема 2.2. Системи і протоколи далекого зв’язку. LoRa та LoRaWAN. Sigfox. Література: базова – 3; додаткова – 1, 4. |
| 21-22 | Тема 2.3. Маршрутизатори і шлюзи.
|
| 23-24 | Тема 2.3. Маршрутизатори і шлюзи.
Література: базова – 2; додаткова – 1, 2. |
| 25-26 | Тема 3.1. Протоколи інтернет речей передачі даних від межевого пристрою в хмару.
|
| 27-28 | Тема 3.1. Протоколи інтернет речей передачі даних від межевого пристрою в хмару.
Література: базова – 1; додаткова – 3, 4. |
| 29-30 | Тема 3.2. Топологія хмарних і туманних обчислень. Модель хмарних сервісів. Публічна, приватна і гібридна хмара. Хмарна архітектура OpenStack. Keystone - управління ідентифікацією і обслуговуванням. Обмеження хмарних архітектур для IoT. Туманні обчислення. Література: базова – 1; додаткова – 3, 4. |
| 31-32 | Тема 3.3. Аналіз даних і машинне навчання в хмарних і туманних платформах. Простий аналіз даних в інтернеті речей. Машинне навчання в інтернеті речей. Література: базова – 5; додаткова – 1, 4. |
| 33-34 | Тема 3.4. Безпека інтернету речей. Загальновживані поняття кібербезпеки. Анатомія кібератак на IoT-пристрої. Фізична і апаратна безпека. Криптографія. Периметр, який визначається програмно. Блокчейн і криптовалюта в інтернеті речей. Правове регулювання. Література: базова – 3; додаткова – 1, 2, 3. |
| 35-36 | Тема 3.5. Консорціуми і спільноти.
|
**
**
Лабораторні заняття.
Призначення лабораторних робіт — закріпити, розширити й поглибити знання, здобуті студентами на лекціях та під час самостійного вивчення ними першоджерел.
Основні завдання циклу лабораторних робіт:
- оволодіти технологією зборки прототипів електронних схем на макетній платі;
- познайомитися із електронними елементами різного призначення.
| № з/п | Назва лабораторної роботи |
|---|---|
| 1 | Ознайомлення з середовищем розробки Arduino IDE. |
| 2 | Робота із монітором послідовного інтерфейсу. |
| 3 | Блимаючий світлодіод. |
| 4 | Обробка натискання кнопки. |
| 5 | Широтно-імпульсна модуляція. |
| 6 | 7-сегментний індикатор. |
| 7 | П’єзовипромінювач. |
| 8 | Фоторезистор. |
| 9 | Сервопривід. |
| 10 | Електродвигун. |
| 11 | Аналоговий датчик температури. |
| 12 | LCD-екран. |
| 13 | Ультразвуковий датчик. |
| 14 | ІЧ-приймач та пульт. |
| 15 | PIR-датчик руху. |
Самостійна робота студента/аспіранта
| № з/п | Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Технологія «розумний пил». | 3 |
| 2 | Технологія бездротових сенсорних мереж. | 3 |
| 3 | Системи домашньої автоматизації. | 3 |
| 4 | Стиснення даних в IoT. | 3 |
| 5 | Радіочастотна ідентифікація (RFID). | 3 |
| 6 | Захист інформації в Wi-Fi. | 3 |
| 7 | Інші технології LPWAN (Ingenu, Weight-N, Weightless-W и Weightless-P, MuLTEFire). | 3 |
| 8 | Протоколи маршрутизації мереж IoT. | 3 |
| 9 | Протоколи STOMP та AMQP. | 3 |
| 10 | Вибір моделі хмарних та туманних обчислень. | 3 |
| 11 | Штучний інтелект при аналізі даних інтернету речей. | 3 |
| 12 | Перспективні технології захисту систем IoT. | 3 |
| 13 | Перспективні стандарти світу IoT. | 3 |
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, які ставляться перед студентом:
- відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;
- на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом;
- викладач використовує LMS Moodle для викладання матеріалу поточної лекції, додаткових ресурсів, лабораторних робіт та інше;
- викладач відкриває доступ до певної директорії LMS Moodle для завантаження електронних звітів з лабораторних робіт;
- на лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу. Усі питання студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час;
- лабораторні роботи захищаються студентом особисто. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;
- етапи модульної контрольні роботи та семестровий контроль відбуваються шляхом тестування на лабораторних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.) за допомогою програмного забезпечення для контролю та перевірки знань SunRav TestOfficePro Pro або LMS Moodle;
- заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць, презентацій по одній із тем СРС тощо. Кількість заохочуваних балів - не більше 10;
- студенти повинні сумлінно та самостійно (крім випадків, які санкціоновано передбачають групову роботу) виконувати навчальні та дослідницькі завдання, поважати наукові та навчальні здобутки інших, посилатися на джерела, з яких береться інформація, незалежно від того, в якому вигляді вона опублікована – в електронному чи паперовому, у разі виникнення труднощів під час виконання навчальних чи дослідницьких завдань звертатися за санкціонованою допомогою до колег, викладачів та наукових керівників, робити оригінальну роботу для кожної дисципліни, використовувати у науковій та навчальній діяльності тільки надійні та достовірні джерела інформації, нагадувати колегам про неприпустимість порушення академічної чесності;
- неприйнятними у навчальній та науково-дослідницькій діяльності для студентів є:
1) Плагіат – навмисне чи усвідомлене оприлюднення (опублікування), повністю або частково, чужого твору (тексту або ідей) під іменем особи, яка не є автором цього твору, без належного оформлення посилань.
2) Шахрайство, а саме:
- фальсифікація або фабрикація інформації, наукових результатів та наступне використання їх в академічній роботі;
- підробка підписів в офіційних документах (залікових книжках, актах, звітах, угодах тощо);
- використання під час контрольних заходів заборонених допоміжних матеріалів або технічних засобів (шпаргалки, мікронавушники, телефони, планшети тощо);
- посилання на джерела, які не використовувалися в роботі;
- списування (реплікація) при складанні будь-якого виду підсумкового або поточного контролю;
- проходження процедур контролю знань підставними особами;
- здавання або репрезентація різними особами робіт з однаковим змістом як результату навчальної чи наукової діяльності.
3) Несанкціонована співпраця, а саме:
- надання допомоги для здійснення акту академічної нечесності − навмисна чи усвідомлена допомога або спроба допомоги іншому вчинити акт академічної нечесності;
- придбання в інших осіб чи організацій з наступним поданням як власних результатів навчальної та наукової діяльності (звітів, рефератів, контрольних, розрахункових, курсових, дипломних та магістерських робіт, есе, статей, монографій, навчальних посібників тощо).
4) Пропонування чи отримання неправомірної винагороди при оцінюванні результатів успішності, виконання навчальних чи дослідницьких завдань.
5) Використання родинних або службових зв’язків для отримання позитивної або вищої оцінки при складанні будь-якого виду підсумкового контролю або переваг у роботі.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
1. Рейтинг студента з кредитного модуля розраховується виходячи із 100-бальної шкали, з них 48 балів складає стартова шкала. Стартовий рейтинг (протягом семестру) складається з балів, що студент отримує за:
виконання лабораторних робіт (15 робіт);
виконання модульної контрольної роботи (3 етапи).
2. Критерії нарахування балів:
2.1. Виконання лабораторних робіт:
бездоганна робота – 2 бали;
є несуттєві недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 1,5 бали;
є певні недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 1 бал;
є суттєві недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 0,5 балів;
робота не виконана, не захищена або здана невчасно – 0 балів.
Кожна невдала спроба здачі лабораторної роботи - -0,5 балів.
2.2. Виконання модульної контрольної роботи (МКР):
- перший етап – 0-6 балів;
- другий етап – 0-6 балів;
- третій етап – 0-6 балів.
3. Умовою позитивної першої атестації є отримання не менше 8 балів та виконання лабораторних робіт №№ 1-5. Умовою позитивної другої атестації – отримання не менше 16 балів та виконання лабораторних робіт №№ 1-10.
4. Допуском до певного етапу модульного контролю є виконані та захищені лабораторні роботи (1-ого - №№ 1-5, 2-ого – №№ 1-10, 3-ого - №№ 1-15). Умовою допуску до екзамену є зарахування всіх лабораторних робіт та стартовий рейтинг не менше 24 балів.
5. Екзамен та етапи модульного контролю проводяться шляхом електронного тестування за допомогою програми Sunrav TestOfficePro 5 або LMS Moodle, які використовується для створення тестів, проведення тестування і обробки його результатів.
Ваговий бал екзамену – 52 бали.
1. Правильна відповідь на питання – 1 бал.
2. Неправильна відповідь на питання – 0 балів.
6. Сума стартових балів та балів за екзаменаційну контрольну роботу переводиться до екзаменаційної оцінки згідно з таблицею:
| Бали | Оцінка |
|---|---|
| 100…95 | Відмінно |
| 94…85 | Дуже добре |
| 84…75 | Добре |
| 74…65 | Задовільно |
| 64…60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| є не зараховані лабораторні роботи або загальний рейтинг менше 24 балів | Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
• для забезпечення якісного контролю рівня знань перелік питань, які виносяться на модульний та семестровий контроль, студентам не надається;
• на початку семестру викладач аналізує існуючі курси по тематиці дисципліни та пропонує пройти відповідні безкоштовні курси студентам. Після отриманням студентом сертифікату проходження дистанційних чи онлайн курсів за відповідною тематикою, викладач додає до рейтингу студента певну кількість балів за попередньою домовленістю з групою.
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено доцент, к.т.н., Сокульський Олег Євгенович
Ухвалено кафедрою АУТС (протокол № 1 від 27.08.2020 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету (протокол № 1 від 02.09.2020 р.)
