IoT Politechnika Warszawska

Arduino Day już jutro!
Zbuduj swoje mini projekty razem z nami!
Link do wydarzenia:
https://fb.me/e/41q14LIIz

P6: Aplikacje rozproszone i chmury obliczeniowe Internetu Rzeczy

Czego się nauczysz

Poznasz metody tworzenia systemów teleinformatycznych dla zastosowań Internetu Rzeczy. Nauczysz się:
• projektowania i programowania systemów Internetu Rzeczy, w tym aplikacji rozproszonych z elementami sztucznej inteligencji, przetwarzaniem danych w chmurze obliczeniowej oraz automatycznym sterowaniem infrastrukturą Internetu Rzeczy;
• korzystania z zaawansowanych technik sieciowych, takich jak:
o programowalne sterowanie siecią (SDN),
o wirtualizacja (Docker / KVM),
o rozproszone przetwarzanie danych w sieci (prywatne oraz publiczne chmury obliczeniowe).

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

• W ramach zajęć projektowych zaprojektujesz i zrealizujesz własne rozwiązanie, które połączy czujniki, aplikacje i przetwarzanie danych lokalnie oraz w chmurze w jeden ekosystem.
• Będziesz miał do dyspozycji laboratoria projektowe z dostępem do zasobów krajowej sieci eksperymentalnej PLLAB 2020, wyposażonej w serwery, czujniki, sterowniki programowalne oraz sieciowe przyrządy pomiarowe.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Motto: Nie bujaj w obłokach, stwórz swoją chmurę domową

Zaprojektujesz i zrealizujesz chmurę domową wraz z aplikacjami i usługami Internetu Rzeczy na bazie:
• czujników oraz infrastruktury dla równoległych obliczeń, np. Raspberry PI,
• bezprzewodowego podłączenia czujników oraz sieci centrum danych,
• chmur – dla równoległych obliczeń,
• aplikacji – multimedia w domu – sterowanych za pomocą smartfona.

P5: Usługi i aplikacje Internetu Rzeczy

Czego się nauczysz
Zazwyczaj systemy Internetu Rzeczy składają się z czterech urządzeń: urządzenie wbudowane, brama agregująca, serwer aplikacji oraz urządzenie klienckie. W tym module nauczysz się:
• jak zaprojektować oraz zaimplementować cały system Internetu Rzeczy od urządzenia wbudowanego do urządzenia klienckiego, aby umożliwiać zdalne monitorowanie oraz sterowanie Twoją aplikacją, z uwzględnieniem różnych ograniczeń sprzętowych oraz wymagań użytkownika końcowego,
• jak podłączyć Twoją aplikację do innych aplikacji w Internecie, aby była w stanie podejmować samodzielne decyzje na podstawie danych z innych systemów.
Poznasz także metody modelowania problem, wyboru właściwej platformy, określania pożądanego zestawu usług związanych z monitorowaniem stanu środowiska i wpływaniem na nie, zapewniania bezpieczeństwa oraz integracji systemu z innymi systemami.

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

Unikatowym aspektem realizowanego projektu będzie możliwość zbudowania i uruchomienia całościowego systemu Internetu Rzecz (end-to-end), poczynając od wbudowanego węzła mikrokontrolerowego, pobierającego przy użyciu sensorów wiedzę o fizycznym otoczeniu i modyfikującego jego stan, poprzez komunikację (protokoły sieciowe), aż do centralnego serwera i aplikacji klienckich dla użytkownika końcowego.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Przykładowe tematy projektów:
• system kontroli świateł: studenci zbudują system kontroli świateł „od końca do końca”, integrując sieci sensorowe i moduły zarządzania w chmurze oraz programując wszystkie moduły zarządzające systemem;
• system inteligentnego domu: studenci będą wdrażać system zarządzający wybranymi funkcjami domu inteligentnego na podstawie sieci sensorowej centralizowanej w tzw. gateway; ten gateway będzie kontrolował funkcje sieci sensorowej, takie jak oszczędzanie energii, komunikację z Internetem (bezpieczeństwo, adresacja) oraz komunikację wewnątrz sieci sensorowej; gateway będzie także komunikował się z podstawowymi modułami zarządzania znajdującymi się w chmurze;
• system kontroli środowiskowej na bazie technologii LoRa: studenci zbudują system, w którym sensory środowiskowe będą połączone do sieci LoRa, która będzie zarządzała połączeniami z systemem zarządzania w chmurze; studenci będą wdrażać wszystkie moduły umożliwiające zarządzania taką siecią.

P4: Inteligentne urządzenia Internetu Rzeczy
Czego się nauczysz
Poznasz – od strony praktycznej – proces projektowania inteligentnego urządzenia - komponentu Internetu Rzeczy: od pomysłu do zbudowania i uruchomienia prototypu z wykorzystaniem samodzielnie zaprojektowanego obwodu drukowanego. Nauczysz się
• opracowywania koncepcji i projektowania inteligentnego urządzenia IoT
• doboru podzespołów i budowania prototypu
• projektowania obwodów drukowanych i zlecania ich wytworzenia
• tworzenia oprogramowania mikrokontrolera na potrzeby konkretnego urządzenia, z uwzględnieniem wymagań takich jak np. minimalizacja poboru prądu czy zapewnienie stabilnej pracy
• montażu, uruchamiania i weryfikacji zgodności parametrów urządzenia z założeniami projektu

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

Studenci realizują inteligentne urządzenie IoT, przechodząc przez pełny cykl projektowy – od koncepcji przez projekt, wykonanie i uruchomienie po weryfikację i ostatecznie analizę możliwości wprowadzenia urządzenia na rynek.
Unikatowe elementy zajęć to:
• projekt obwodu drukowanego i przygotowanie dokumentacji do produkcji,
• przygotowanie oprogramowania na potrzeby realizowanego projektu z uwzględnieniem łączności bezprzewodowej, sterowania przetwornikiem i przetwarzania danych.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Przykładowe tematy projektów:
• inteligentny czujnik do hodowli roślin w doniczce (mierzący temperaturę, wilgotność, nasłonecznienie, generujący decyzję o podlaniu roślinki),
• wykrywacz obecności osób w pomieszczeniu z pomiarem naturalnych warunków oświetleniowych, generujący informację o konieczności włączenia oświetlenia sztucznego (światło "chodzi" za człowiekiem).

Potencjalnym źródłem tematów mogą być też instytucje zewnętrzne, które wyraziłyby chęć współpracy

P3: Komunikacja przewodowa i bezprzewodowa

Czego się nauczysz?

Poznasz – od strony teoretycznej i praktycznej – problematykę projektowania skalowalnych sieci IoT wykorzystujących komunikację przewodową i bezprzewodową. Nauczysz się:
• przeprowadzania analizy wymagań stawianych skalowanej sieci, która ma realizować określone zadania,
• podstaw działania sieci pakietowych oraz reguł konfiguracji urządzeń sieciowych (routery, przełączniki, karty sieciowe),
• realizacji niezawodnej komunikacji przy wykorzystaniu popularnych protokołów (np. HTTP, MQTT, CoAP),
• wykorzystania urządzeń łączności bezprzewodowej, takich jak LTE NB IoT, WiFi, BlueTooth, LoRa oraz ich praktycznych właściwości,
• badania zachowania sieci przy użyciu specjalistycznych narzędzi diagnostycznych.

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

Studenci zrealizują prototyp sieci węzłów IoT, spełniającej wymagania wynikające ze specyfiki danego projektu. Unikatowe elementy zajęć to:
• zadanie projektowe bazujące na realnym problemie, którego rozwiązanie już istnieje na rynku (analiza i projekt na zasadzie: „jak oni to zrobili?”) lub nie istnieje (tzw. „jazda bez trzymanki” ;) ),
• stworzony od podstaw prototyp sieci składający się z samodzielnie oprogramowanych i skonfigurowanych węzłów (np. komputerki klasy Raspberry Pi) oraz niezbędnej infrastruktury sieciowej (routery, wirtualne przełączniki Open vSwitch, serwer centralny itp.),
• wykorzystanie specjalistycznej aparatury pomiarowej, np. analizator ruchu sieciowego, analizator widma radiowego.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Przykładowe tematy projektów:
• sieć stacji meteo monitorująca warunki atmosferyczne na terenie całego kraju (temperatura, wilgotność, prędkość i kierunek wiatru itp.),
• sieć monitorująca bieżące pozycje pojazdów komunikacji miejskiej, pociągów, wypożyczanych rowerów, kontenerów, pracowników itp.
• sieć śledząca bagaże w transporcie lotniczym.
Wynikiem pracy zespołu studentów będzie projekt sieci obejmujący analizę wymagań, implementację prototypu oraz wnioski z wyników badań prototypowej sieci.

P2: Systemy wbudowane i oprogramowanie

Czego się nauczysz

• poznasz i nauczysz się wykorzystywać w praktyce systemy sprzętowe, oprogramowanie narzędziowe, system operacyjny Linux i system operacyjny czasu rzeczywistego oraz z cyfrową komunikacją szeregową programowe, komunikacyjne i obliczeniowe typowe dla Internetu Rzeczy
• nauczysz się programować systemy mikroprocesorowe z użyciem języków C i Python oraz projektować i uruchamiać systemy wbudowane

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

• Projekty są realizowane z wykorzystaniem modułów i środowisk programowych firm Texas Instruments, Nordic Semiconductor i ST Microelectronics oraz komputera jednopłytkowego Raspberry Pi. Są to wiodące rozwiązania dające pełny i stosunkowo łatwy wgląd praktyczny w zagadnienia typowe dla systemów Internetu Rzeczy.
• Rezultatem końcowym projektu jest uruchomienie i przetestowanie kompletnego urządzenia dla Internetu Rzeczy pracującego w czasie rzeczywistym.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Popatrz na przykładowy projekt tego typu: „Sensor IoT”, zrealizowany przez studentów: element sieci pomiarowej jakości powietrza w laboratoriach Wydziału (opis i strona z pomiarami na portalu Akademia Internetu Rzeczy https://iot.pw.edu.pl/Akademia.html)

IIR - Inżynieria Internetu Rzeczy Akademia Internetu Rzeczy jest inicjatywą środowiska uniwersyteckiego w celu przybliżenia zagadnień najszybciej rozwijającej się dziedziny elektroniki i informatyki. W ramach Akademii Internetu Rzeczy będą otwarte seminaria, darmowe warsztaty laboratoryjne i hakatony. Już teraz jest dostęp...

P1: Moduły i systemy Internetu Rzeczy

Czego się nauczysz
Zostaniesz wprowadzony w świat Internetu Rzeczy (IoT), a jednocześnie poznasz zasady i metody pracy inżyniera. Nauczysz się:
• jak budować komponenty systemu IoT przy użyciu gotowych modułów i rozwiązań, a także jak tworzyć i uzupełniać je własnymi pomysłami,
• jak wybrać właściwe narzędzia do efektywnego zaprojektowania i wykonania urządzenia oraz stworzenia oprogramowania,
• jak prawidłowo używać narzędzi i programów inżynierskich do stworzenia własnego unikatowego projektu,
• jak dzielić się pracą w grupie, jak nią zarządzać, a także jak skutecznie zaprezentować efekty swojej pracy innym.

Na co chcielibyśmy zwrócić Twoja uwagę

• Będziesz miał możliwość bezpośredniego zapoznania się z rozwiązaniami IoT, dzięki dużej bazie elementów i urządzeń dostępnych dla studentów.
• Będziesz się uczył wymyślając i realizując – w postaci fizycznych obiektów – rozwiązania praktycznych problemów inżynierskich występujących w systemach Internetu Rzeczy.

Co zaprojektujesz i zrealizujesz

Przykładowe tematy projektów:
• elementy inteligentnego mieszkania/budynku,
• system oszczędzanie energii w biurze: wykrywanie użytkownika i wyłącznie oświetlenia, gdy go nie ma, sterownie ogrzewaniem, klimatyzacją i otwieraniem okien, wizualizacja zużycia energii
• inteligentny system rozładowywania kolejki studentów do dziekanatu

W planie studiów na kolejnych semestrach (I – VI) najbardziej widocznymi przedmiotami są moduły PBL (P1 – P6). Terminu PBL (project-based learning) używa cały świat, więc i my korzystamy z tego angielskojęzycznego określenia. Moduły PBL są to zajęcia, w trakcie których studenci realizują zespołowo projekty. Liczba punktów ECTS przypisanych tym zajęciom (10 – 12), a także innym przedmiotom, odpowiada oszacowaniu nakładu pracy studenta. Widać zatem, że w każdym semestrze co najmniej 1/3 Waszego wysiłku będzie wiązać się z „dużym” projektem. Nie oznacza, że w ramach innych przedmiotów projektów nie będzie – będą, ale „mniejsze”.

Ta unikatowa forma organizacji studiów – uczenie się przez realizację projektów jest nowością - porównajcie proszę z innymi kierunkami studiów. Dlatego chcemy ją Wam przybliżyć, pokazując, czego się nauczycie na zajęciach PBL, a także jakiego typu projekty będziecie realizować.

Program studiów jest zgodny ze standardami światowymi, uwzględnia potrzeby pracodawców i oczekiwania studentów
- Zakres wiedzy i umiejętności absolwenta został określony m.in. na podstawie analizy podobnych programów oferowanych przez uczelnie zagraniczne oraz wymagań zdefiniowanych przez amerykańską agencję akredytująca programy studiów inżynierskich – Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET).
- W pracach programowych – w całym 10-miesięcznym okresie ich trwania – uczestniczyli studenci Wydziału, których opinie, dotyczące zarówno treści programowych, jak i form realizacji zajęć, wpłynęły w znacznym stopniu na ostateczny kształt programu.
- Przy projektowaniu programu uwzględniono uwagi przekazane przez przedstawicieli kilkunastu działających w kraju instytucji zainteresowanych zatrudnieniem absolwentów studiów na kierunku Inżynieria Internetu Rzeczy: firm informatycznych, firm elektronicznych, operatorów sieci telekomunikacyjnych i instytucji administracji centralnej.
- Program uzyskał patronat honorowy Ministerstwa Cyfryzacji.

Nastawienie na kształcenie oparte na realizacji projektów w naturalny sposób ogranicza liczbę zajęć wykładowych, jest mniej „nauczania” w klasycznym wydaniu, a więcej zdobywania wiedzy poprzez samodzielne wyszukiwanie informacji i ich krytyczną analizę, rozwiązywanie problemów i projektowanie. Wykorzystujemy dobre doświadczenia związane z realizacją uruchomianych w 2019 r. studiów na kierunku Cyberbezpieczeństwo, niezwykle wysoko ocenianych przez studentów, którzy podjęli te studia. W szczególności część podstawowych przedmiotów jest wspólna dla obu kierunków.

• Koncepcja kształcenia oparta jest na realizacji projektów (ang. project-based learning – PBL). Program studiów w każdym semestrze (z wyjątkiem ostatniego, przeznaczonego głównie na pracę dyplomową) obejmuje „duży” zespołowy projekt realizowany w wymiarze ok. 10 godzin zajęć w tygodniu. Tematy projektów, zwłaszcza na wyższych semestrach, będą dotyczyły problemów występujących w praktyce firm wspierających realizację naszego programu i będą realizowane w nowoczesnych laboratoriach we współpracy z tymi firmami. W ten sposób studenci od początku studiów będą nabywali umiejętność praktycznego wykorzystywania wiedzy zdobywanej na „tradycyjnych” przedmiotach oraz samodzielnego kształcenia w celu zdobycia dodatkowej wiedzy warunkującej realizację projektu. Pozyskają w ten sposób także tak bardzo cenione przez pracodawców kompetencje „miękkie”, takie jak umiejętność pracy w zespole, umiejętność zarządzania projektem i planowania zadań, umiejętność komunikowania się, kreatywność, czy poczucie współodpowiedzialności.

Co wyróżnia studia na kierunku Inżynieria Internetu Rzeczy?
Innowacyjność – w dwóch zasadniczych aspektach:
- tematyka
żadna polska uczelnia publiczna nie oferuje jeszcze studiów na takim kierunku, a zapotrzebowanie na specjalistów w tej dziedzinie jest na całym świecie ogromne i rośnie w bardzo szybkim tempie
- struktura programu studiów/koncepcja kształcenia
oparta na realizacji począwszy od pierwszego semestru – we współpracy z firmami – dużych zespołowych projektów; żadna polska uczelnia nie kształcie jeszcze w ten sposób