Інженерія систем IoT - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

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

Опис дисципліни

Дисципліна Інженерія систем IoT надає студентам повне розуміння принципів, методів та інструментів парадигми ІоТ. Курс призначений для того, щоб оволодіти компетентностями для управління великомасштабними ІоТ системами, проєктування ефективних та безпечних ІоТ застосунків. Завдяки поєднанню лекцій і лабораторних робіт студенти отримають практичний досвід побудови надійної інфраструктури ІоТ і освоєння основних концепцій проектування таких систем.

Предмет навчальної дисципліни

Предмет - методи та принципи проектування ІоТ застосунків, інтеграції даних, основи “хмарних” та edge обчислень, безпека та конфіденційність даних і масштабовані рішення для створення високопродуктивних систем ІоТ.

Міждисциплінарні зв’язки

Дисципліна Інженерія систем IoT базується на дисциплінах:

• Програмування. Частина 1. Основи програмування
• Бази даних
• Комп'ютерні мережі
• Електроніка та мікропроцесорна техніка. Частина 1. Комп'ютерна електроніка
• Електроніка та мікропроцесорна техніка. Частина 2. Мікропроцесорні системи

Мета навчальної дисципліни

Метою є надання студентам передових знань і практичних навичок з розробки ІоТ застосутнків, що дозволить їм ефективно проектувати, впроваджувати та керувати системами та інфраструктурою ІоТ.

Основні завдання навчальної дисципліни

Завдання вивчення дисципліни – підготувати студентів до кар’єри в галузі ІоТ, де вони можуть сприяти розробленню систем, керованими датчиками та виконавчими механізмами для автоматизації процесів усіх рівнів, від домашніх до виробничих.

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

Пререквізити

Для успішного засвоєння дисципліни студент повинен володіти освітніми компонентами «Програмування. Частина 1. Основи програмування», «Бази даних», «Комп'ютерні мережі», «Електроніка та мікропроцесорна техніка. Частина 1. Комп'ютерна електроніка», «Електроніка та мікропроцесорна техніка. Частина 2. Мікропроцесорні системи».

Постреквізити

Компетенції, знання та уміння, одержані в процесі вивчення освітнього компонента є необхідними для подальших освітніх компонентів «Інформаційно-керуючі системи. Частина 1. Локальні інформаційно-керуючі системи» та «Інфраструктура інформаційних технологій».

Зміст навчальної дисципліни

Очна форма

Лекційні заняття

• Розділ 1.
  • Тема 1.1. Уведення в ІоТ.
  • Тема 1.2. Компоненти ІоТ.
• Розділ 2.
  • Тема 2.1. Мікроконтролери в IoT.
  • Тема 2.2. Одноплатні комп'ютери в IoT.
  • Тема 2.3. Датчики в IoT.
  • Тема 2.4. Виконавчі механізми в IoT.
• Розділ 3.
  • Тема 3.1. Протокол MQTT.
  • Тема 3.2. Інші види протоколів та стандартів в IoT.
  • Тема 3.3. Як датчики спілкуються з пристроями IoT.
• Розділ 4.
  • Тема 4.1. Шифрування даних IoT застосунків.
  • Тема 4.2. Збереження даних IoT застосунків.
  • Тема 4.3. Edge обчислення

Лабораторні заняття

1. Налаштування IoT пристрою локально.
2. Використання датчиків.
3. Використання виконавчих механізмів.
4. Протокол MQTT.
5. Збереження даних IoT пристроїв.
6. Використання реле в IoT застосунках.
7. Міграція IoT інфраструктури в хмару.
8. Міграція IoT коду в хмару.
9. Захист IoT застосунків.

Заочна форма

Лекційні заняття

• Розділ 1.
  • Тема 1.1. Уведення в ІоТ.
  • Тема 1.2. Компоненти ІоТ.
• Розділ 2.
  • Тема 2.1. Мікроконтролери в IoT.
  • Тема 2.2. Одноплатні комп'ютери в IoT.
  • Тема 2.3. Датчики в IoT.
  • Тема 2.4. Виконавчі механізми в IoT.

Лабораторні заняття

1. Налаштування IoT пристрою локально.
2. Використання датчиків.
3. Використання виконавчих механізмів.
4. Протокол MQTT.
5. Збереження даних IoT пристроїв.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

1. Шостак В. І. Інтернет речей: Принципи, технології та перспективи розвитку / Навчальний посібник. - Київ: Наукова думка, 2022. - 280 с.
2. Лисиця В. П. Інтернет речей: Архітектура, протоколи та сервіси / Навчальний посібник. – Харків: Видавництво ХНУРЕ, 2021. - 320 с.
3. Bahga A., Madisetti V. Internet of Things: A Hands-On Approach / Textbook. - VPT, 2014. - 520 p.
4. Uckelmann D., Harrison M., Michahelles F. (Eds.) Architecting the Internet of Things / Textbook. - Springer, 2011. - 353 p.
5. Kranz M. Building the Internet of Things: Implement New Business Models, Disrupt Competitors, Transform Your Industry / Textbook. - Wiley, 2016. - 272 p.

Допоміжна література

1. Кравченко О. М., Поляков О. В. Системи Інтернету речей: архітектура, технології та безпека / Навчальний посібник. - Київ: Видавництво КНУ, 2021. - 256 с.
2. Савчук І. П. Технології Інтернету речей: сучасний стан і перспективи розвитку / Монографія. - Одеса: Одеська національна академія зв'язку, 2020. - 200 с.
3. Greengard S. The Internet of Things / Textbook. - MIT Press, 2015. - 232 p.
4. Buyya R., Dastjerdi A. V. (Eds.) Internet of Things: Principles and Paradigms / Textbook. - Morgan Kaufmann, 2016. - 378 p.
5. Minoli D. Building the Internet of Things with IPv6 and MIPv6: The Evolving World of M2M Communications / Textbook. - Wiley, 2013. - 408 p.

Навчальний контент

Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Очна форма

Лекційні заняття

Лабораторні заняття

Заочна форма

Лекційні заняття

Лабораторні заняття

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;
• лабораторні роботи захищаються у два етапи – перший етап: студенти виконують завдання на допуск до захисту лабораторної роботи; другий етап – захист лабораторної роботи. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;
• модульні контрольні роботи пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.); результат пересилається у файлі;
• 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 дисципліни тощо. Кількість заохочуваних балів не більше 10;
• штрафні бали виставляються за: невчасну здачу лабораторної роботи. Кількість штрафних балів не більше 10.

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

• виконання та захист 9 лабораторних робіт;
• виконання 2 модульних контрольних робіт (МКР);
• заохочувальні та штрафні бали.

Система рейтингових балів та критерії оцінювання

Лабораторні роботи

• «відмінно», повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 90% потрібної інформації) та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 4 бали;
• «добре», достатньо повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 75% потрібної інформації) та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 3 бали;
• «задовільно», неповна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 60% потрібної інформації), незначні помилки та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 2 бали;
• «незадовільно», незадовільна відповідь та/або не оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 1 бал.

За кожне заняття запізнення з поданням лабораторної роботи до захисту від встановленого терміну оцінка знижується на 1 бал.

Модульні контрольні роботи

• «відмінно», повна відповідь (не менш ніж 90% потрібної інформації) – 10-12 балів;
• «добре», достатньо повна відповідь (не менш ніж 75% потрібної інформації), або повна відповідь з незначними помилками – 7-9 балів;
• «задовільно», неповна відповідь (але не менш ніж 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 4-6 бали;
• «незадовільно», незадовільна відповідь (неправильний розв’язок задачі), потребує обов’язкового повторного написання в кінці семестру – 0-3 балів.

Заохочувальні бали

• за виконання творчих робіт з кредитного модуля (наприклад, участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць тощо); за активну роботу на лекції (питання, доповнення, зауваження за темою лекції, коли лектор пропонує студентам задати свої питання) 1-2 бали, але в сумі не більше 10;
• презентації по СРС – від 1 до 5 балів.

Міжсесійна атестація

За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів максимально можлива кількість балів – 35 бал (4 лабораторні, МКР-1, 7 заохочувальних балів). На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 15 балів.

За результатами 13 тижнів навчання максимально можлива кількість балів – 72 балів (7 лабораторних, МКР-2, 13 заохочувальних балів). На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 25 балів.

Максимальна сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:

RD = 9*r_лаб + 2*r_мкр + (r_з - r_ш) = 9*4 + 2*12 + (r_з - r_ш) = 60 + (r_з - r_ш), де r_лаб – бал за лабораторну роботу (0…4); r_мкр – бал за написання МКР (0…12); r_з – заохочувальні бали за активну участь на лекціях, презентації, участь в олімпіадах, конкурсі роботи, наукові роботи за тематикою дисципліни (0…10); r_зш – штрафні бали.

Екзамен

Умовою допуску до екзамену є зарахування всіх лабораторних робіт, написання обох модульних контрольних робіт та стартовий рейтинг не менше 25 балів.

На екзамені студенти виконують письмову контрольну роботу. Кожен білет містить два теоретичних запитання (завдання) та два практичних завдання. Кожне запитання (завдання) оцінюється у 10 балів.

Система оцінювання питань

• «відмінно», повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 9-10 балів;
• «добре», достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації, або незначні неточності) – 7-8 балів;
• «задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки) – 5-6 балів;
• «незадовільно», незадовільна відповідь – 0-4 балів.

Сума набраних балів RD або балів за залікову роботу переводиться до залікової оцінки згідно з таблицею:

Таблиця 1. Переведення рейтингових балів до оцінок за університетською шкалою

Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус): Складено Ph.D., Головатенко Ілля Анатолійович Ухвалено кафедрою ІСТ (протокол ...) Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 1 від 02.09.2020 р.)

[1] Методичною радою університету – для загальноуніверситетських дисциплін.