Διαδίκτυο των Πραγμάτων

Γενικά

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να καλύψει το θεωρητικό υπόβαθρο που απαιτείται για την κατανόηση των αρχιτεκτονικών και προκλήσεων του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things – IoT). Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα είναι σε θέση:

  • Να διακρίνουν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και τις αρχιτεκτονικές του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things – IoT)
  • Να διακρίνουν και να εξηγούν τα βασικά χαρακτηριστικά/λειτουργίες των ΙοΤ συσκευών και των ΙοΤ πρωτοκόλλων επικοινωνίας
  • Να σχεδιάζουν και να αναπτύσσουν απλές IoT εφαρμογές
  • Να εξετάζουν και να σχεδιάζουν Συστήματα Κινητού και Διάχυτου Υπολογισμού
  • Να διακρίνουν και να εξηγούν τα χαρακτηριστικά ΙοΤ υπηρεσιών και εφαρμογών
  • Να διακρίνουν τις μελλοντικές εξελίξεις σε όλα τα επιμέρους αντικείμενα/στοιχεία που περιλαμβάνει το ΙοΤ
Γενικές Ικανότητες
  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη με την πρακτική εξάσκηση στο εργαστήριο
  • Αυτόνομη εργασία
  • Ομαδική εργασία: Υλοποίηση (σε ομάδες των δύο ατόμων) η οποία προβλέπει την ανάπτυξη πλήρως λειτουργικής IoT εφαρμογής
  • Εργασία σε διεθνές περιβάλλον
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής: Οι φοιτητές κρίνουν και αξιολογούν εργασίες των άλλων ομάδων
  • Σχολιασμός στην τάξη συνηθισμένων περιπτώσεων λαθών στις ασκήσεις του μαθήματος
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

Εισαγωγή στο IoT: Ορισμός, βασικά χαρακτηριστικά και αρχιτεκτονικές IoT, προκλήσεις του IoT όπως προτυποποίηση (standardization), κλιμάκωση (scalability), μέγεθος συσκευών, κατανάλωση ενέργειας, διευθυνσιοδότηση (addressing) καθώς και ζητήματα ασφάλειας/ιδιωτικότητας (security/privacy), ποιότητας υπηρεσιών, εξοικονόμησης ενέργειας και διαχείρισης κινητικότητας.

ΙοΤ και υλικό: Έξυπνες συσκευές, αισθητήρες και ενεργοποιητές (sensors and actuators), Κυβερνοφυσικά συστήματα (Cyber-Physical systems), πλατφόρμες Arduino και RaspberryPi.

ΙοΤ και επικοινωνίες: Πρωτόκολλα και αρχιτεκτονικές ασυρμάτων και κινητών επικοινωνιών προηγμένης γενιάς με έμφαση στη χαμηλή κατανάλωση (IEEE 802.11ac/ad/ah, LoRaWAN, Sigfox), αδόμητα δίκτυα, ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, πρωτόκολλα ΙΕΕΕ 802.15.4 και ZigBee, Radio Frequency Identification (RFID), Επικοινωνία Μηχανής-με-Μηχανή (Machine-to-Machine), πρωτόκολλα 6LoWPAN και RPL.

IoT και λογισμικό: Λειτουργικά συστήματα για συσκευές περιορισμένων πόρων (Contiki, TinyOS), πρωτόκολλα εφαρμογών για IoT όπως Constrained Application Protocol (CoAP), Message Queue Telemetry Transport (MQTT), Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), Representational State Transfer (RESTFUL Services), Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), Websockets.

IoT και Συστήματα Κινητού και Διάχυτου Υπολογισμού (ΣΚΔΥ): Αρχιτεκτονικές και ζητήματα σχεδίασης ΣΚΔΥ, εφαρμογές ΣΚΔΥ, εντοπισμός θέσης (localization).

Υπηρεσίες, εφαρμογές και μελέτη περιπτώσεων για το IoT: Απτό Διαδίκτυο (Tactile Internet), Έξυπνες Πόλεις (Smart Cities), έξυπνα δίκτυα διαχείρισης ενέργειας (Smart Grid), έξυπνες μεταφορές, υπηρεσίες υγείας, έξυπνα περιβάλλοντα (σπίτι, γραφείο), έξυπνη γεωργία, βιομηχανία.

Δεδομένα μεγάλου όγκου (Big Data), υπολογιστική νέφους (cloud computing) και data centers: Συλλογή, crowdsourcing, διαλειτουργικότητα, έξυπνη αποθήκευση, επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων.

Το μέλλον του ΙοΤ: Απαιτήσεις, αρχιτεκτονική, υποδομές και εφαρμογές 5ης Γενιάς (5G). Τέταρτη Βιομηχανική Επανάσταση (Industry 4.0).

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης
  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
  • Εργαστηριακή εκπαίδευση και ασκήσεις πράξης σε μικρές ομάδες φοιτητών.
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών.
  • Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές.
Οργάνωση Διδασκαλίας
Δραστηριότητα Φόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52
Συγγραφή και παρουσίαση υποχρεωτικής εργασίας60
Εργαστηριακές ασκήσεις10
Ατομική Μελέτη και ανάλυση βιβλιογραφίας58
Σύνολο 180
Αξιολόγηση φοιτητών

Α. Γραπτή Εργασία και Δημόσια Παρουσίαση (ΓΕΔΠ) (50%)
- Ανατίθεται σε ομάδες δύο φοιτητών ή κατ’ εξαίρεση ατομικά.
- Απαιτεί διερεύνηση και μελέτη σύγχρονης και αξιόπιστης βιβλιογραφίας, συγγραφή κειμένου 2500-3000 λέξεων και παρουσίαση διάρκειας 15 λεπτών.
- Το αντικείμενο, οι προδιαγραφές και τα κριτήρια αξιολόγησης της εργασίας καθορίζονται περί την 2η εβδομάδα.

Β. Γραπτή τελική εξέταση (ΤΕ) (50%)
- Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
- Ερωτήσεις σύντομης απάντησης
- Ερωτήσεις ανάπτυξης

Για την απονομή των πιστωτικών μονάδων ο συνολικός βαθμός του μαθήματος (ΓΕΔΠ*0,5+ ΤΕ*0,5) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5). Επιπλέον, ο ανεξάρτητος βαθμός σε κάθε μια από τις μεθόδους αξιολόγησης A και B πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές στην ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος και ανακοινώνονται στο πρώτο μάθημα.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"
  1. Δ. Γαβαλάς, Β. Κασαπάκης και Θ. Χατζηδημήτρης, «Κινητές Τεχνολογίες», ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΝΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ, 2015, ISBN: 978-960-578-007-4, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50657185.
  2. Π. Λ. Παπάζογλου, «Ανάπτυξη Εφαρμογών με το Arduino», 2η έκδοση, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 2018, ISBN: 978-960-418-550-4, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 77106817.
Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία
  1. Hakima Chaouchi, “The Internet of Things: Connecting Objects”, Wiley, ISBN 978-1-84821-140-7, May 2010.
  2. Β. Arshdeep and M. Vijay, “Internet of Things: A Hands-On Approach”, ISBN 978-0-99602-552-2, September 2014.
  3. D. Norris, “The Internet of Things: Do-It-Yourself at Home Projects for Arduino, Raspberry Pi and BeagleBone Black”, McGraw-Hill Education, ISBN 978-00718-352-0, January 2015.
  4. M. Schwartz, “Internet of Things with the Raspberry Pi: Build Internet of Things Projects Using the Raspberry Pi Platform”, Kindle Edition, Amazon Digital Services, May 2015.
  5. M. Schwartz, “Internet of Things with Arduino: Build Internet of Things Projects With the Ar-duino Platform”, Kindle Edition, Amazon Digital Services, March 2015.
  6. P. Waher, “Learning Internet of Things”, Packt Publishing, ISBN 978-178355-353-2, January 2015.
  7. C. Rowland, E. Goodman, M. Charlier, A. Light, A. Lui, “Designing Connected Products: UX for the Consumer Internet of Things”, O'Reilly Media, ISBN 978-144937-256-9, May 2015.
  8. C. W. Chen, P. Chatzimisios, T. Dagiuklas and L. Atzori, "Multimedia Quality of Experience (QoE): Current Status and Future Requirements", Wiley, ISBN 978-1-118-48391-6, December 2015.
  9. V. Karagiannis, P. Chatzimisios, F. Vazquez-Gallego and J. Alonso-Zarate, “A Survey on Appli-cation Layer Protocols for the Internet of Things”, Transactions on Internet of Things and Cloud Computing, vol. 1, no. 1, January 2015.
  10. IEEE Internet of Things (IoT) Initiative, http://iot.ieee.org
  11. Internet of Things Europe, http://www.internet-of-things.eu/resources/footerresources/eu-initiatives
  12. ITU-T Internet of Things Global Standards Initiative, http://www.itu.int/en/ITU-T/gsi/iot/Pages/default.aspx
  13. IEEE IoT Standards, http://standards.ieee.org/innovate/iot
Συναφή επιστημονικά περιοδικά
  1. IEEE Internet of Things journal
  2. ΙΕΕΕ Communications Magazine
  3. IEEE Wireless Communications
  4. IEEE Transactions on Communications
  5. IEEE Transactions on Wireless Communications
  6. IEEE Communications Surveys and Tutorials