Παρουσίαση/Προβολή

Περιεχόμενο μαθήματος

Γιατί είναι σημαντική η προσέγγιση που έχουν εισάγει τα συστήματα «Διαδίκτυο των Πραγμάτων»
(ΙοΤ). Εξοικείωση με το τεχνολογικό φαινόμενο IoT. Ποιες είναι οι δυσκολίες/προκλήσεις/
περιορισμοί των ΙοΤ οικοσυστημάτων. Κατανόηση όλων των βασικών πτυχών σχεδίασης/
ανάπτυξης/λειτουργίας/συντήρησης ενός ΙοΤ συστήματος. Ανάλυση των υπηρεσιών νέφους και
διασύνδεση με τα IoT οικοσυστήματα. Αρχιτεκτονική IoT εφαρμογών. ΙοΤ επικοινωνιακά πρωτόκολλα. ΙοΤ επεξεργαστικές μονάδες. Ανασκόπηση της ταξινόμησης της αρχιτεκτονικής ΙοΤ
συστημάτων. Λειτουργικά συστήματα εστιασμένα στις ΙοΤ εφαρμογές. Μελέτη ΙοΤ
αισθητήτων/ενεργοποιητών. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η αρχιτεκτονική την απόδοση ενός ΙοΤ
συστήματος. Με ποιο τρόπο επηρεάζει η αρχιτεκτονική την κατανάλωση ισχύος ενός ΙοΤ. Δίαυλοι
επικοινωνίας με Ι/Οs. Προγραμματισμός ΙοΤ συσκευών.
Οι διαλέξεις της θεωρίας καλύπτουν τις ακόλουθες θεματικές ενότητες:

1. Βασικές έννοιες – Πεδία εφαρμογών Βασικοί ορισμοί, χαρακτηριστικά και εφαρμογές των ΙοΤ.
Γιατί χρησιμοποιούμε ΙοΤ; Προκλήσεις στη Σχεδίαση ΙοΤ συστημάτων και εφαρμογών.
2. Μοντέλα, Αρχιτεκτονικές και Τεχνολογίες για ΙοΤ Μοντέλα διασυνδεσιμότητας ΙοΤ συσκευών.
Κυρίαρχα μοντέλα αναφοράς ΙοΤ πλατφορμών. Διαφοροποιήσεις του ΙοΤ μοντέλου από τα
παραδοσιακά μοντέλα. Πλεονεκτήματα και προκλήσεις.
3. Η στοίβα πρωτοκόλλων του ΙοΤ – Πρωτόκολλα επιπέδου εφαρμογής Αναλυτική παρουσίαση
και μελέτη όλων των επιπέδων του ΙοΤ σωρού και πως διαφοροποιείται από τους κλασικούς
σωρούς όπως OSI/ISO και TCP/IP. Εισαγωγή στα αντίστοιχα πρωτόκολλα και διεπαφές μεταξύ
των επιπέδων.
4. Ενσωματωμένα σύστημα για συσκευές με περιορισμένους πόρους (1) Εισαγωγή σε
αρχιτεκτονικές και σχεδιάσεις ενσωματωμένων συστημάτων χαμηλών επεξεργαστικών,
αποθηκευτικών και ενεργειακών πόρων.
5. Ενσωματωμένα σύστημα για συσκευές με περιορισμένους πόρους (2) Μελέτη
αρχιτεκτονικών από κυρίαρχες οικογένειες όπως ARM, TI, Intel, εστιάζοντας στο
προγραμματισμό, στις διεπαφές, στα Ι/Ο και σε πρακτικές εφαρμογές.
6. Αρχιτεκτονική Πυλών, Edge Computing (1) Από άκρο σε άκρο παρουσίαση της ΙοΤ
αρχιτεκτονικής δίνοντας έμφαση στην σχεδίαση κατάλληλων πυλών προς υλοποίηση των edge.
Έμφαση σε σχετικές επικοινωνιακές προσεγγίσεις όπως MQTT, RestAPI, CoaP κ.α.
7. Αρχιτεκτονική Πυλών, Cloud Computing (2) Από άκρο σε άκρο παρουσίαση της ΙοΤ
αρχιτεκτονικής δίνοντας έμφαση στην σχεδίαση κατάλληλων υποδομών νέφους προς
υλοποίηση cloud computing. Έμφαση σε σχετικές επικοινωνιακές προσεγγίσεις όπως MQTT,
RestAPI, CoaP κ.α.
8. Πρωτόκολλα επικοινωνίας για ΙοΤ, μειονεκτήματα πλεονεκτήματα (1) Σχεδίαση, ανάπτυξη
και λεπτομερειακή παρουσίαση κυρίαρχων επικοινωνιακών πρωτοκόλλων τα οποία εστιάζουν
στην μέγιστη εξοικονόμηση πόρων, δυναμικές τοπολογίες, επεκτασιμότητας,
προσαρμοστικότητα και γενικά στοιχεία που απαιτούνται στα ΙοΤ. Έμφαση στα επίπεδα MAC.
9. Πρωτόκολλα επικοινωνίας για ΙοΤ , μειονεκτήματα πλεονεκτήματα (2) Σχεδίαση, ανάπτυξη
και λεπτομερειακή παρουσίαση κυρίαρχων επικοινωνιακών πρωτοκόλλων τα οποία εστιάζουν
στην μέγιστη εξοικονόμηση πόρων, δυναμικές τοπολογίες, επεκτασιμότητας,
προσαρμοστικότητα και γενικά στοιχεία που απαιτούνται στα ΙοΤ. Έμφαση στα επίπεδα
Δρομολόγησης, Μεταφοράς.
10. ΙοΤ Λειτουργικά Συστήματα (1) Λεπτομερειακή παρουσίαση και ανάλυση εξειδικευμένων
λειτουργικών συστημάτων για ΙοΤ συσκευές τα οποία εστιάζουν στην εξοικονόμηση πόρων,
χρονοπρογραμματισμός εργασιών, preemptive λειτουργία, λειτουργία πραγματικού χρόνου,
προγραμματισμός κ.α. Συγκεκριμένα παραδείγματα βασισμένα σε κυρίαρχες λύσεις όπως
Cooja, TinyOS, FreeRTOS
11. ΙοΤ Λειτουργικά Συστήματα (2) Λεπτομερειακή παρουσίαση και ανάλυση εξειδικευμένων
λειτουργικών συστημάτων για ΙοΤ συσκευές τα οποία εστιάζουν στην εξοικονόμηση πόρων,
χρονοπρογραμματισμός εργασιών, preemptive λειτουργία, λειτουργία πραγματικού χρόνου,
προγραμματισμός κ.α. Συγκεκριμένα παραδείγματα βασισμένα σε κυρίαρχες λύσεις όπως
Cooja, TinyOS, FreeRTOS
12. Δομή, Χαρακτηριστικά και Διασυνδεσιμότητα των ΙοΤ συσκευών Παρουσίαση
συγκεκριμένων κυρίαρχων πλατφορμών με έμφαση σε θέματα όπως ενεργειακής

αποθήκευσης σε μπαταρίες, διάυλη επικοινωνίας SPI, I2C κ.α., δομή και λειτουργία ADC/DAC,
ρολόγια κ.α.
13. Ολοκληρωμένες εφαρμογές ΙοΤ (υγεία , έξυπνο σπιτι , έξυπνη πόλη, γεωργία ακριβείας
κλπ.) Παρουσίαση, αξιολόγηση και μεθοδική ανάλυση ολοκληρωμένων και πετυχημένων ΙοΤ
λύσεων σε διάφορους χώρους εφαρμογές τόσο από τον ακαδημαϊκό όσο και τον βιομηχανικών
(εμπορικό) τομέα

Μαθησιακοί στόχοι

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές στις βασικές έννοιες των συστημάτων
που χαρακτηρίζονται σαν «Διαδίκτυο των πράγματων» (ΙοΤ), τις βασικές τεχνολογίες και στα
πρακτικά θέματα σχεδιασμού τους. Στα πλαίσια αυτά θα παρουσιαστούν και αναλυθούν πολλές και
διαφορετικέ πτυχές των συστημάτων που σχετίζονται με επικοινωνιακές, επεξεργαστικές,
προγραμματιστικές, ενεργειακές κ.α. προκλήσεις. Παράλληλα θα γίνει εκπαίδευση στη χρήση
κυρίαρχων σχετικών τεχνολογιών αλλά και στον προγραμματισμό αναπτυξιακών πλακετών μέσω
των οποίων οι φοιτητές θα έχουν την ευκαιρία να εστιάσουν σε πρακτικά θέματα σχεδίασης ΙοΤ
συστημάτων.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
1. Να περιγράφουν τα βασικά δομικά στοιχεία ενός σύγχρονου ΙοΤ συστήματος
2. Να κατανοούν την αρχιτεκτονική και το τρόπο λειτουργίας ενός ΙοΤ συστήματος
3. Να γνωρίζουν τις δυνατότητες διασύνδεσης μεταξύ των συστατικών στοιχείων ενός ΙοΤ
συστήματος
4. Δυνατότητα ανάλυσης απόδοσης ενός ΙοΤ συστήματος
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων:
1. Εξοικείωση με περιβάλλοντα ανάπτυξης ΙοΤ συστημάτων
2. Εκπαίδευση στον προγραμματισμό από άκρο σε άκρο ΙοΤ συστημάτων με χρήση σύγχρονων
πλατφορμών/περιβαλλόντων ανάπτυξης
3. Εκπαίδευση στη χρήση εξειδικευμένου λογισμικού για το σχεδιασμό/ανάπτυξη ΙοΤ
συστημάτων
Σε επίπεδο Ικανοτήτων:
1. Να επιλέγουν τα κατάλληλα συστατικά στοιχεία κατά το σχεδιασμό ενός ΙοΤ συστήματος με
βάση τις απαιτήσεις χρήσης (λειτουργικές και μη λειτουργικές)
2. Να επιλύσουν πρακτικά προβλήματα που ανακύπτουν κατά το σχεδιασμό ΙοΤ συστημάτων
3. Να αξιολογούν τις ιδιότητες, δυνατότητες και χαρακτηριστικά ενός ΙοΤ συστήματος
4. Να μπορούν να αναλυθούν και αξιολογηθούν πλήρη και από άκρο-σε-άκρο ΙοΤ πλατφόρμες
για συγκεκριμένες εφαρμογές.