Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Kommunikációs hálózatok 1. (VIHIAB01) vagy Informatika 2 (VIAUAB01) tárgyak valamelyike. Programozási alapismeretek.

A tárgy célkitűzése, hogy az IoT rendszereket az ipari alkalmazás-példákon keresztül is megismerjék a hallgatók. Itt a meglévő, működő rendszerek átalakítása mellett kihívás a feltörekvő keretrendszerekhez és platformokhoz történő illeszkedés, hiszen ez lehetővé teszi a nagy rendszerek együttműködését is – ami pedig ettől jóval több lesz, mint egyedi ipari alkalmazások halmaza. A jelenlegi IoT keretrendszerek sajátosságainak megismerésével a tárgy lehetőséget teremt a jövőbeli alkalmazások átgondolt, megfontolt, mégis gyors és hatékony tervezésére és megvalósítására. A kurzus elvégzésével a hallgatók saját tervezésű eszközöket (szoftver, vagy szoftverrel támogatott hardver) tudnak illeszteni már létező, a gyakorlatokon bemutatott IoT rendszerekhez.

1. hét előadás

Bevezetés. Követelmények az IoT rendszerekkel kapcsolatban – felhasználási területek alapján. Üzembe helyezési és karbantartási sajátosságok. Motivációk az IoT keretrendszerek alkalmazására. Fejlesztési platformok – futási időben alkalmazott platformok. Az IoT és a CPS (Cyber-Physical Systems) viszonya.

2. hét gyakorlat

Ipari alkalmazás-esetek megismerése működő példákon keresztül: elektromos autók, elektromos haszongépjárművek, energia-hálózati (smart grid) alkalmazások, gyártósorok, raktárak, bányaipari alkalmazások, szolgáltatás-brókerek.

3. hét előadás

Rendszerek rendszerei: System of systems. Szolgáltatás-alapú architektúrák. Átmenet a DCS és SCADA-alapú modellekből az IoT és CPS modellek felé. Valós idejű követelmények. A helyi automatizálási felhő architektúra alapjai.

4. hét gyakorlat

Szolgáltatás-alapú architektúrák megismerése, és használata; REST alapú információ-csere: esettanulmány a gyakorlatban (I). Bevezetés. Service discovery, late binding, loose coupling.

5. hét előadás

IoT keretrendszerek: irányelvek, protokollok, szabványok. Globális és lokális koncepciók. Adat- esemény- és igényvezérelt architektúrák. Az IPSO Alliance keretrendszere. Az IoTivity stack. Az AllJoyn rendszer. A Thread csoport. Az OMA – LWM2M szabványcsoport. Egyéb keretrendszerek. Rétegek, funkciót, adatstruktúrák, kommunikáció. Átjárhatóság a rendszerek között.

6. hét gyakorlat

Szolgáltatás-alapú architektúrák megismerése, és használata; REST alapú információ-csere: esettanulmány a gyakorlatban (II). Összetettebb szolgáltatás-példák.

7. hét előadás

Az Arrowhead keretrendszer I. Kötelező szolgáltatások: Orchestration, Service Registry, Authorization. Segéd-szolgáltatások. Fekete- és fehér-doboz szemlélet a keretrendszeren belül. Dokumentációs struktúra: szolgáltatások, rendszerek, rendszerek rendszere. Interfész-specifikációk, kontextusok, szemantikus-profilok, kommunikációs profilok. Arrowhead cookbook.

8. hét gyakorlat

Rendszerek rendszere (System of System) tervezése Arrowhead alapokon. Egyedi alkalmazások – rendszerek és szolgáltatások – tervezése és fejlesztése.

9. hét előadás

Az Arrowhead keretrendszer II. Helyi felhőn belüli, felhők közötti, valamint végponttól-végpontig működő biztonsági szolgáltatások. Ticketing és Certificate alapú biztonsági megoldások. Technológiák közötti átjárás: interoperibility layer, és „Translation as a service”. Szemantikus fordítás kihívásai és megoldásai. Felhők közötti szolgáltatás-nyújtás. QoS kívánalmak egyezetése és biztosítása.

10. hét gyakorlat

Ticketing és Certificate-alapú megoldások. Felhők közötti biztonságtechnikai megoldások. IoT keretrendszerek alkalmazása az ipari gyakorlatban. Alkalmazás-esetek: energia-optimalizálás; autonóm konfigurációjú gyártósorok; rendszerek magas biztonsági követelményekkel; rendszerek real-time követelményekkel. Üzembe helyezési és üzemeltetési kérdések és megoldások.

11. hét előadás

Ember-gép-interfész (HCI) szempontok IoT alkalmazásokhoz (I). A mobil intelligens személyi asszisztensek felépítése és az IoT integrációjának kérdései. IoT szenzor-alapú tevékenység becslés megoldási lehetőségei.

12. hét gyakorlat

Intelligens otthon felhasználói felületének és funkcióinak tervezése.

13. hét előadás

Ember-gép-interfész (HCI) szempontok IoT alkalmazásokhoz (II). Beszédtechnológia és IoT. Mély tanulás és IoT.

14. hét gyakorlat

Akusztikus környezet automatikus meghatározása és kijelzése (hallássérültek számára esetleg kiterjesztés pl. önvezető autókra).

Előadás és gyakorlatok keretében. A gyakorlatokon a hallgatók, amennyiben rendelkeznek hordozható számítógéppel, úgy a kiosztott szoftver-eszközök segítségével nem csak követhetik, hanem maguk is együtt csinálhatják a feladatokat a gyakorlatvezetővel.

b. A zárthelyi dolgozaton kívül a hallgatók részteljesítmény értékelő otthoni feladatot kapnak, melynek során egy, a tárgyhoz kapcsolódó témát kell feldolgozniuk és esszé vagy prototípus formájában benyújtaniuk.

Az otthoni munka és a zárthelyi dolgozatok azonos súllyal vesznek részt a végső érdemjegy kialakításában.

A zárthelyi és az otthoni feladat pótlása a pótlási időszakban lehetséges. Az otthoni feladatok pótlólagos leadása a pótlási időszakban kijelölt időpontig lehetséges. 

Igény szerint, az oktatóval egyeztetve.

-       Hasan Derhamy, Jens Eliasson, Jerker Delsing, Peter Priller - A survey of commercial frameworks for the Internet of Things, in Proceedings of IEEE 20th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 2015.

-       Thomas Erl - SOA Principles of Service Design (The Prentice Hall Service-Oriented Computing Series from Thomas Erl). Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall PTR, 2007.

-       A. Bassi, M. Bauer, M. Fiedler, T. Kramp, R. van Kranenburg, S. Lange, S. Meissner (Eds.) -  Enabling Things to Talk - Designing IoT solutions with the IoT Architectural Reference Model (IoT-ARM), 2013.

-       Jerker Delsing (ed.) - IoT Automation: Arrowhead Framework, CRC Press, 2017.