Інтернет речей та повсюдний комп'ютинг
Спеціальність: Системне адміністрування телекомунікаційних мереж
Код дисципліни: 7.172.02.E.017
Кількість кредитів: 7.00
Кафедра: Телекомунікації
Лектор: д.т.н., професор Іван Демидов
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
Інтегральна - здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми під час професійної діяльності у галузі телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів проектування програмних платформ телекомунікацій та характеризуються комплексністю та невизначеністю умов.
Загальні компетентності:
ЗК1. Здатність удосконалювати й розвивати свій інтелектуальний і культурний рівень, будувати траєкторію професійного розвитку й кар’єри;
ЗК2. Здатність вчитися і оволодівати сучасними новими знаннями як в колективі, так і самостійно;
ЗК3. Здатність формулювати чи виявляти сутність наукової чи практичної проблеми у професійній сфері, знаходити адекватні шляхи її розв’язання;
ЗК7. Здатність досліджувати проблему з використанням системного аналізу, синтезу та інших методів;
ЗК8. Здатність аналізувати, верифікувати, оцінювати повноту інформації в ході професійної діяльності, при необхідності доповнювати й синтезувати відсутню інформацію й працювати в умовах невизначеності;
ЗК9. Здатність вести професійну, у тому числі науково-дослідну діяльність у міжнародному середовищі;
ЗК10.Здатність до пошуку, оброблення та критичного аналізу інформації з різних джерел;
Фахові компетентності:
ФКС 1.3. Знання засобів та інструментів адміністрування інфокомунікаційних мереж
ФКС 1.6. Вміння розгортати програмне забезпечення у інформаційно-телекомунікаційних мережах підприємств, дата центрах та cloud-середовищах;
ФКС 1.7. Вміння застосовувати cloud-технології для розгортання розподілених сервісних систем;
Результати навчання: Результати навчання даної дисципліни деталізують такі програмні результати навчання:
ПР3. Аргументувати вибір програмних та технічних засобів для створення телекомунікаційних та радіотехнічних систем на основі аналізу їх властивостей, призначення і технічних характеристик з урахуванням вимог до системи і експлуатаційних умов; мати навички налагодження та тестування програмних і технічних засобів телекомунікаційних та радіотехнічних систем та мереж;
ПР4. Знання технологій побудови та функціонування систем та мереж мобільного зв'язку 3-6 поколінь у обсязі, достатньому для їх розрахунку та планування;
ПР9. Здатність працювати в команді та презентувати результати своєї діяльності;
ПР10. Розуміти і враховувати соціальні, екологічні, етичні, економічні аспекти, вимоги охорони праці, виробничої санітарії, пожежної безпеки та існуючих державних і закордонних стандартів під час формування технічних завдань та рішень.
ПР11. Демонструвати вміння розробляти техніко-економічне обґрунтування розроблення інформаційних систем та технологій та вміти оцінювати економічну ефективність їх впровадження.
ПРН1.3. Уміння проводити дослідження у галузі інформаційних мереж зв'язку в обсязі, достатньому для виявлення закономірностей їх поведінки та підвищення ефективності їх функціонування;
ПРН1.4. Уміння розробляти спеціалізовані програмні системи та комплекси в обсязі, достатньому для здійснення професійної діяльності;
ПРН1.5. Уміння планувати, розробляти та досліджувати розподілені гетерогенні сервісні системи із застосуванням елементів cloud-технологій;
ПРН1.6. Уміння планувати, розробляти та досліджувати системи ІоТ із застосуванням технологій повсюдного комп'ютингу.
КОМ 1. Уміння спілкуватись на різних рівнях комунікацій, включаючи усну і письмову комунікацію українською мовою та однією з іноземних мов (англійською, німецькою, французькою, іспанською), зокрема уяснити поставлені завдання, сформулювати оцінку можливості його виконання, задати запитання та висловити зауваження, доповісти про результати роботи, зробити публічний виступ/презентацію тощо;
КОМ 2. Здатність використання різноманітні методи та засоби комунікацій, зокрема передових інформаційних технологій у професійному та соціальному спілкуванні.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
1.Програмування (за професійним спрямуванням), частина 1 (бакалаврат)
2.Програмування (за професійним спрямуванням), частина 2 (бакалаврат)
3.Програмне забезпечення телекомунікацій (бакалаврат)
4.Технології розробки програмних платформ
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
1.Практика за темою МКР
2.Виконання МКР
Короткий зміст навчальної програми: Інтернет речей (англ. Internet of Things, IoT) — це мережа, що складається з взаємозв'язаних фізичних об'єктів (речей) або пристроїв, які мають вбудовані давачі (сенсори), а також програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати передачу і обмін даними між фізичним світом і комп'ютерними системами, за допомогою використання стандартних телекомунікаційних протоколів у рамках розподіленої інфокомунікаційної сервісної платформи. Крім давачів або сенсорів, така мережна система може мати виконавчі пристрої, вбудовані в фізичні об'єкти і пов'язані між собою через телекомунікаційні мережі різного типу (як правило – безпровідні). Ці взаємопов'язані об'єкти (речі Інтернету речей) мають можливість зчитування їх стану та приведення в дію, функцію програмування та ідентифікації (зокрема RFID), а також дозволяють виключити необхідність участі людини, за рахунок використання інтелектуальних інтерфейсів.
Сьогодні Інтернет речей став популярним терміном для опису сценаріїв, методів та технологій, в яких інфокомунікаційна платформа і обчислювальна здатність (повсюдний комп’ютинг) поширюються на величезну множину об'єктів, пристроїв, давачів і повсякденних речей (зокрема побутового характеру).
Основною концепцією IoT є можливість підключення всіляких об'єктів (речей), які людина може використовувати в повсякденному житті, наприклад: холодильник, кондиціонер, автомобіль, велосипед і навіть кросівки. Всі ці об'єкти (речі) повинні бути оснащені вбудованими давачами або сенсорами, які мають можливість обробляти інформацію, що надходить з навколишнього середовища, обмінюватися нею і виконувати різні дії в залежності від отриманої інформації. Прикладом впровадження такої концепції є система «розумний будинок» або «розумна ферма». Ця система аналізує дані навколишнього середовища і, в залежності від показників, для прикладу, регулює температуру в приміщенні. У зимовий період регулюються інтенсивність опалення, а в разі спекотної погоди будинок має механізми відкривання і закривання вікон, завдяки чому провітрюється будинок, і все це відбувається без втручання людини.
Опис: Лекційні заняття:
1. Вступ до Інтернету речей та повсюдного комп’ютингу. Огляд сучасних підходів та концепцій. Основні виклики та проблематика застосування Інтернету речей і повсюдного комп’ютингу. Майбутнє Інтернету речей. Особливості викладання дисципліни та методи оцінювання.
2.Технологія радіочастотної ідентифікації (RFID). Потенційні застосування, протоколи, програмне забезпечення middleware. Безпека та приватність.
3.Безпровідні мережні платформи. Системи мобільного зв’язку в IoT. Особливості застосування фізичного та канального рівнів ЕМВВС ISO/OSI. TCP в IoT.
4.Ефективність та безпека безпровідних інфокомунікаційних платформ.
5.Сенсорні мережі та безпровідні сенсорні мережні системи. Основні визначення та базові технології.
6.Труднощі та проблеми у використанні сенсорних мережних систем. Основні обмеження та проблематика.
7.Технології локалізації пристроїв у концепції IoT. Принципи та методи визначення місцезнаходження. Системи геолокації.
Лабораторні заняття:
1.Вступне заняття.
2.Встановлення операційної системи Linux для підтримки віртуальних машин.
3.Моделювання комутації пакетів при реалізації IoT. Передавання даних між пристроями IoT за допомогою протоколу FTP.
4.Встановлення і налаштування IoT пристроїв.
5.Реалізація «розумного будинку» на основі концепції ІоТ.
6.Налаштування та конфігурування мережі «розумного будинку».
7.Налаштування систем охоронно-пожежної сигналізації на основі концепції IoT.
8.Впровадження IoT в електронній медицині.
Методи та критерії оцінювання: Під час навчання студенти виконують лабораторний практикум, що містить десятки різноманітних практично-орієнтованих завдань, розв’язання яких вимагає вагомої теоретичної підготовки відповідно до цієї програми. Оцінювання результатів виконання лабораторних робіт передбачене в якості основної форми поточного контролю. Передбачене також бліц-тестування на лекційних та лабораторних заняттях, написання контрольної роботи. Оцінювання результатів виконання індивідуального науково-дослідного завдання шляхом їх захисту дозволяє мотивувати студентів з метою більш якісного навчання та отримання додаткових балів. Семестровий екзаменаційний контроль проводиться в письмовій формі на основі розробленого комплекту екзаменаційних білетів, який затверджується на відповідному засіданні кафедри.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль (ПК) - максимально можна отримати 40 балів. Ці бали розподіляються між трьома елементами:
1.Оцінювання лабораторних занять: до 25 балів.
2.Потокове бліц-тестування або контрольна робота: до 10 балів.
3.Оцінювання індивідуального науково-дослідного завдання (захист): до 20 балів.
Екзаменаційний контроль - складається з двох компонент:
1.Письмова компонента: 45 балів.
2.Усна компонента: 15 балів.
Загалом, сума балів, яку студент може отримати за дисципліну, становить 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення:
1. Munindar P. Singh and Amit K. Chopra. The Internet of Things and Multiagent Systems. Tutorial. North Carolina State University, Lancaster University. - July 2016. [Електронний ресурс]. Режим доступу до ресурсу: https://www.csc.ncsu.edu/faculty/mpsingh/tutorials/IoT/, pdf слайди: http://www.csc.ncsu.edu/faculty/mpsingh/papers/tmp/notes-IoT.pdf.
2. Віртуальне навчальне середовище Національного університету «Львівська поілтехніка», зокрема електронний конспект лекцій: Інтернет речей та повсюдний комп’ютинг. Електронний навчально-методичний комплекс. [Електронний ресурс]. Режим доступу до ресурсу ЕНМК: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=2024. - Львів: Нац. ун-т "Львів. політехніка", 2016.
3. Лабораторний практикум. Методичні вказівки до лабораторних робіт №1-7 з курсу “Інтернет речей та повсюдний комп’ютинг” для студентів спеціальності 172 “Телекомунікації та радіотехніка ”. - Львів, 2017. - 60 стор. Сертифіковано (№ 04523).
Рекомендована література
Базова:
1. Junaid Farooq; Quanyan Zhu, "Internet of Things?Enabled Systems and Infrastructure," in Resource Management for On-Demand Mission-Critical Internet of Things Applications , IEEE, 2021.
2. Tausifa Jan Saleem; Mohammad Ahsan Chishti, "Big Data Analytics for the Internet of Things," Big Data Analytics for Internet of Things, 2021.
3. Deepika Gupta1; Asmita Singh; Anand Sharma; Gurpreet Singh, "An Analysis of the Internet of Things (IoT) as the Defining Technology of a Generation," Trust-Based Communication Systems for Internet of Things Applications, 2022.
4. Muhammad Azhar Iqbal; Sajjad Hussain; Huanlai Xing; Muhammad Ali Imran, "Internet of Things (IoT) Fundamentals," in Enabling the Internet of Things: Fundamentals, Design and Applications , IEEE, 2021.
5. Ahmed Banafa, "2 The Industrial Internet of Things (IIoT): Challenges, Requirements, and Benefits," Introduction to Internet of Things (IoT) , River Publishers, 2023.
6. Tanuja Patgar; Ripal Patel, "Predictive Analysis of Intelligent Sensing and Cloud?Based Integrated Water Management System," Big Data Analytics for Internet of Things , 2021.
7. Junaid Farooq; Quanyan Zhu, "Challenges and Opportunities in the IoT Space," Resource Management for On-Demand Mission-Critical Internet of Things Applications , IEEE, 2021.
8. Reuben Binns, Tracking on the Web, Mobile and the Internet of Things , 2022.
9. E.M. Roopa Devi; R. Shanthakumari; R. Rajadevi; D. Kayethri; V. Aparna, "Decentralized, Distributed Computing for Internet of Things?Based Cloud Applications," Automated Secure Computing for Next-Generation Systems , 2024.
10. Qi Hong Lai; Chun Sing Lai; Loi Lei Lai, "Smart Health Based on Internet of Things (IoT) and Smart Devices," Smart Energy for Transportation and Health in a Smart City, 2023
11. Y. Liu, K. Wang, K. Qian, M. Du and S. Guo, "Tornado: Enabling Blockchain in Heterogeneous Internet of Things Through a Space-Structured Approach," IEEE Internet of Things Journal, Feb. 2020.
12. D. C. Nguyen et al., "6G Internet of Things: A Comprehensive Survey," IEEE Internet of Things Journal, Jan. 2022.
13. C. -M. Kim, S. -K. Lim, J. -D. Jeong, Y. Choi and S. -J. Koh, "6LoWPAN Over Optical Wireless Communications for IPv6 Transport in Internet of Things Networks," IEEE Wireless Communications Letters, June 2022.
14. S. K. Jagatheesaperumal, Q. -V. Pham, R. Ruby, Z. Yang, C. Xu and Z. Zhang, "Explainable AI Over the Internet of Things (IoT): Overview, State-of-the-Art and Future Directions," IEEE Open Journal of the Communications Society, 2022.
15. B. Nour et al., "Internet of Things Mobility Over Information-Centric/Named-Data Networking," IEEE Internet Computing, Jan.-Feb. 2020.
16. H. Tran-Dang, N. Krommenacker, P. Charpentier and D. -S. Kim, "Toward the Internet of Things for Physical Internet: Perspectives and Challenges," IEEE Internet of Things Journal, June 2020.
17. J. A. Ansere, G. Han, L. Liu, Y. Peng and M. Kamal, "Optimal Resource Allocation in Energy-Efficient Internet-of-Things Networks With Imperfect CSI," IEEE Internet of Things Journal, vol. 7, June 2020.
18. S. Ma et al., "Graph Convolutional Network Aided Virtual Network Embedding for Internet of Thing," IEEE Transactions on Network Science and Engineering, Jan.-Feb. 2023.
19. Y. Wu, "Cloud-Edge Orchestration for the Internet of Things: Architecture and AI-Powered Data Processing," IEEE Internet of Things Journal, Aug. 2021.
20. S. M. Muzammal, R. K. Murugesan and N. Z. Jhanjhi, "A Comprehensive Review on Secure Routing in Internet of Things: Mitigation Methods and Trust-Based Approaches," IEEE Internet of Things Journal, March 2021.
Допоміжна:
21. Y. -B. Lin and M. -Z. Shieh, "To Learn Programming through Internet of Things," IEEE Internet of Things Magazine, 2022.
22. Afroj Alam; Sahar Qazi; Naiyar Iqbal; Khalid Raza, "Fog, Edge and Pervasive Computing in Intelligent Internet of Things Driven Applications in Healthcare: Challenges, Limitations and Future Use," Fog, Edge, and Pervasive Computing in Intelligent IoT Driven Applications, 2021.
23. J. Pei, W. Liu, L. Wang, C. Liu, A. K. Bashir and Y. Wang, "Fed-IoUT: Opportunities and Challenges of Federated Learning in the Internet of Underwater Things," IEEE Internet of Things Magazine, March 2023.
24. E. Muhati, D. B. Rawat and B. M. Sadler, "A New Cyber-Alliance of Artificial Intelligence, Internet of Things, Blockchain, and Edge Computing," IEEE Internet of Things Magazine, March 2022.
25. T. Zhang, L. Gao, C. He, M. Zhang, B. Krishnamachari and A. S. Avestimehr, "Federated Learning for the Internet of Things: Applications, Challenges, and Opportunities," IEEE Internet of Things Magazine, March 2022.
26. M. Aazam, S. u. Islam, S. T. Lone and A. Abbas, "Cloud of Things (CoT): Cloud-Fog-IoT Task Offloading for Sustainable Internet of Things," IEEE Transactions on Sustainable Computing, Jan.-March 2022.
27. L. Xing, "Reliability in Internet of Things: Current Status and Future Perspectives," IEEE Internet of Things Journal, Aug. 2020.
28. T. Wang, M. Z. A. Bhuiyan, G. Wang, L. Qi, J. Wu and T. Hayajneh, "Preserving Balance Between Privacy and Data Integrity in Edge-Assisted Internet of Things," IEEE Internet of Things Journal, April 2020.
29. W. Yanez, R. Mahmud, R. Bahsoon, Y. Zhang and R. Buyya, "Data Allocation Mechanism for Internet-of-Things Systems With Blockchain," IEEE Internet of Things Journal, April 2020.
30. A. Montazerolghaem and M. H. Yaghmaee, "Load-Balanced and QoS-Aware Software-Defined Internet of Things," IEEE Internet of Things Journal, April 2020.
31. X. Wu, X. Yang, S. Ma, B. Zhou and G. Yang, "Hybrid Channel Estimation for UPA-Assisted Millimeter-Wave Massive MIMO IoT Systems," IEEE Internet of Things Journal, Feb. 2022.
32. I. Priyadarshini, B. Bhola, R. Kumar and C. So-In, "A Novel Cloud Architecture for Internet of Space Things (IoST)," IEEE Access, 2022.
33. I. Kahraman, A. Kose, M. Koca and E. Anarim, "Age of Information in Internet of Things: A Survey," IEEE Internet of Things Journal, 15 March, 2024.
34. L. Chettri and R. Bera, "A Comprehensive Survey on Internet of Things (IoT) Toward 5G Wireless Systems," IEEE Internet of Things Journal, Jan. 2020.
35. S. Li, S. Zhao, G. Min, L. Qi and G. Liu, "Lightweight Privacy-Preserving Scheme Using Homomorphic Encryption in Industrial Internet of Things," IEEE Internet of Things Journal, Aug. 2022.
Інформаційні ресурси:
1. https://www.csc.ncsu.edu/faculty/mpsingh/tutorials/IoT/
2. http://www.csc.ncsu.edu/faculty/mpsingh/papers/tmp/notes-IoT.pdf
3. http://www.cse.ust.hk/~qianzh/FYTGS5100/fall2013/index.html
4. http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=2024
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).