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 (10 – лекції, 10 – лабораторні, 100 - СРС)) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | екзамен, модульний контроль |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua/Schedules/ScheduleGroupSelection.aspx |
| Мова викладання | українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів |
Лектор, лабораторні заняття: Бердник Юрій Михайлович, berdniky@gmail.com моб. (096) 192-66-71 |
| 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
Силабус освітнього компонента «Інженерія систем IoT» складено відповідно до освітньої програми підготовки бакалаврів «Інтегровані інформаційні системи» спеціальності 126 -Інформаційні системи та технології.
Метою навчальної дисципліни є формування та закріплення у студентів наступних компетентностей: (КС3) Здатність до проектування, розробки, налагодження та вдосконалення системного, комунікаційного та програмно-апаратного забезпечення інформаційних систем та технологій, Інтернету речей (ІоТ), комп’ютерно-інтегрованих систем та системної мережної структури, управління ними; (КС12) Здатність управляти та користуватися сучасними інформаційно-комунікаційними системами та технологіями (у тому числі такими, що базуються на використанні Інтернет).
Предмет навчальної дисципліни - концепція обчислювальної мережі фізичних предметів, які оснащені вбудованими технологіями для взаємодії один з одним або з зовнішнім середовищем.
**Програмні результати навчання, на формування та покращення яких спрямована дисципліна: (**ПРН 21) Розуміти знання технології, принципів організації та функціонування ІоТ, вміти проектувати ІоТ-системи, демонструвати знання мікроконтролерів, платформ налаштування, програмування кінцевих пристроїв, створювати вбудоване та серверне програмне забезпечення.
Пререквізити та постреквізити дисципліни
Для успішного засвоєння дисципліни студент повинен володіти освітніми компонентами «Фізика», «Програмування», «Комп’ютерні мережі» та «Електроніка та мікропроцесорна техніка». Компетенції, знання та уміння, одержані в процесі вивчення освітнього компонента є необхідними для подальшого вивчення освітніх компонентів «Інформаційно-керуючи системи» та «Проектування інформаційних систем».
**
**
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.
6. Tripathy B. Іnternet of Things (IoT): TeChnologies, AppliCations, Challenges and Solutions (англ.) / B. Tripathy, J. Anuradha. – Florida: CRC Press, 2017. – 334 с.
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. Thomas, Jayant; Traukina, Alena (2018). Industrial Internet Application Development: Simplify IIoT development using the elasticity of Public Cloud and Native Cloud Services. Packt Publishing. p. 25. ISBN 978-1788298599.
5. Cisco Systems, “The Internet of Things Reference Model,” White Paper, 2014. http://www.iotwf.com/
6. Frahim, J., et al., “Securing the Internet of Things: A Proposed Framework,” CiscoWhite Paper, March 2015.
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. 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. |
| 2 | 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. Тема 1.4. Теорія комунікації та інформації. Теорія комунікації. Теорія інформації. Радіоспектр. Література: базова – 4, 5; додаткова – 2. |
| 3 | Тема 1.5. Бездротова персональна мережа не на основі IP. Стандарти 802.15. Bluetooth. IEEE 802.15.4. Zigbee. Z-Wave. Література: базова – 1; додаткова – 2, 3. |
| 4 | Тема 2.1. Бездротова персональна та локальна мережа на базі IP. Протокол інтернету і протокол управління передачею. WPAN з IP - 6LoWPAN. WPAN з IP - Thread. Протоколи IEEE 802.11 і WLAN. Література: базова – 2, 4; додаткова – 3, 4. |
| 5 | Тема 2.2. Системи і протоколи далекого зв’язку. Функціональна сумісність пристроїв стільникового зв'язку. LoRa та LoRaWAN. Sigfox. Література: базова – 3; додаткова – 1, 4. |
| 6 | Тема 2.3. Маршрутизатори і шлюзи.
|
| 7 | Тема 3.1. Протоколи інтернет речей передачі даних від межевого пристрою в хмару.
|
| 8 | 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. 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. |
| 9 | 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. |
| 10 | Тема 3.5. Консорціуми і спільноти.
|
**
**
Лабораторні роботи
№ з/п |
Назва лабораторної роботи |
|---|---|
| 1 | Лабораторна робота № 1. Ознайомлення з середовищем розробки Arduino IDE. Мета роботи - ознайомитися з середовищем розробки Arduino IDE, застосуванням послідовного інтерфейсу та роботою з GPIO. |
| 2 | Лабораторна робота № 2. Широтно-імпульсна модуляція. Мета роботи – навчитися використовувати широтно-імпульсну модуляцію в проектах інтернету речей. |
| 3 | Лабораторна робота № 3. 7-сегментний індикатор. Мета роботи – навчитися використовувати 7-сегментний індикатор в проектах інтернету речей. |
| 4 | Лабораторна робота № 4. П’єзовипромінювач. Мета роботи – навчитися використовувати п’єзовипромінювач в проектах інтернету речей. |
| 5 | Лабораторна робота № 5. Сервопривід. Мета роботи – навчитися використовувати сервопривід в проектах інтернету речей. |
| 6 | Лабораторна робота № 6. Електродвигун. Мета роботи – навчитися використовувати електродвигун в проектах інтернету речей. |
| 7 | Лабораторна робота № 7. Датчики в системах інтернету речей. Мета роботи – навчитися використовувати аналоговий датчик температури, фоторезистор, ультразвуковий датчик відстані в проектах інтернету речей. |
| 8 | Лабораторна робота № 8. LCD-екран. Мета роботи – навчитися використовувати LCD-екран в проектах інтернету речей. |
| 9 | Лабораторна робота № 9. ІЧ-приймач та пульт. Мета роботи – навчитися використовувати ІЧ-приймач та пульт в проектах інтернету речей. |
| 10 | Лабораторна робота № 10. PIR-датчик руху. Мета роботи – навчитися використовувати PIR-датчик руху в проектах інтернету речей. |
Самостійна робота студента
| № з/п | Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Підготовка до лабораторних робіт. | 45 |
| 2 | Підготовка до МКР | 20 |
| 3 | Підготовка до екзамену | 35 |
Контрольна робота
Метою контрольної роботи є закріплення та перевірка теоретичних знань із освітнього компонента. Модульна контрольна робота (МКР) складається з трьох етапів і проводиться після вивчення матеріалу відповідного розділу та виконання відповідних лабораторних робіт. Вона проводиться шляхом тестування у середовищі LMS Moodle.
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)
Поточний контроль: МКР, виконання та захист лабораторних робіт (10 робіт).
Семестровий контроль: екзамен.
Умови допуску до семестрового контролю: виконані та захищені лабораторні роботи.
Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:
| 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 | Не допущено |
Загальна рейтингова оцінка студента після завершення семестру складається з балів, отриманих за:
виконання та захист лабораторних робіт (15 робіт);
виконання модульної контрольної роботи (МКР) (3 етапи);
результат тестування на екзамені.
| Лабораторні роботи | МКР | Екзамен |
| 40 | 18 | 42 |
Лабораторні роботи
Ваговий бал. Лабораторні роботи 1-10 мають ваговий бал 4. Максимальна кількість балів за всі лабораторні роботи складає 4 бали * 10 робіт = 40 балів.
Критерії оцінювання лабораторних робіт:
бездоганна робота – 4 бали;
є несуттєві недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 3 бали;
є певні недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 2 бал;
є суттєві недоліки у підготовці та/або виконанні роботи – 1 балів;
робота не виконана, не захищена або здана невчасно – 0 балів.
Модульна контрольна робота
Ваговий бал. Модульна контрольна робота має ваговий бал 20. Максимальна кількість балів за МКР складає 20 балів. Вона виконуються після вивчення розділів №№ 1-3 на одному з занять.
Критерії оцінювання модульної контрольної роботи: На етапі модульної контрольної роботи студент відповідає на 30 запитань в середовищі тестування MLS Moodle. Кожне запитання оцінюється від 0 до 0,6 балів. Середній час відповіді – 30 с на одне питання. Питання тесту передбачають одиночну або множинну відповідь.
Форма семестрового контролю – екзамен
Необхідною умовою допуску до екзамену виконані та захищені лабораторні роботи. Ваговий бал екзамену 42 бали.
Критерії оцінювання екзамену: На екзамені студент відповідає на 105 питань в середовищі тестування MLS Moodle. Кожне запитання оцінюється від 0 до 0,4 балів. Середній час відповіді – 30 с на одне питання. Питання тесту передбачають одиночну або множинну відповідь
Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):
Складено доцент, к.т.н., Сокульський Олег Євгенович, асистент Бердник Юрій Михайлович
Ухвалено кафедрою інформаційних систем та технологій (протокол № 21 від 29.06.2023 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету (протокол № 11 від 29.06.2023 р.)
