IoT keretrendszerek és ipari alkalmazásaik

A tantárgy angol neve: IoT Frameworks and Industrial Applications

Adatlap utolsó módosítása: 2016. november 9.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak

Villamosmérnöki szak

Szabadon választható tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMAV23   1/1/0/f 2  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Varga Pál,
4. A tantárgy előadója

 Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
 Dr. Varga Pál, PhD
 egyetemi docens
 TMIT
 Dr. Németh Géza, PhD.
 egyetemi docens
 TMIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

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

6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
nincs
7. A tantárgy célkitűzése

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.

8. A tantárgy részletes tematikája

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).

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

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.

10. Követelmények a. 1 db összegző típusú zárthelyi sikeres megírása.

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.

11. Pótlási lehetőségek

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

12. Konzultációs lehetőségek

Igény szerint, az oktatóval egyeztetve.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

-       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.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra28
Félévközi készülés órákra 
Felkészülés zárthelyire 10
Házi feladat elkészítése 22
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés 
Összesen 60
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
 Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
 Dr. Varga Pál, PhD
 egyetemi docens
 TMIT
 Dr. Németh Géza, PhD.
 egyetemi docens
 TMIT