Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Aplikacje rozproszone i chmury obliczeniowe internetu rzeczy

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-IRxxx-ISP-PBL6
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Aplikacje rozproszone i chmury obliczeniowe internetu rzeczy
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Projektowanie systemów i urządzeń )-Inżynieria internetu rzeczy-inż.-EITI
( Przedmioty techniczne )---EITI
Punkty ECTS i inne: 12.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

PBL6

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

Studenci zdobędą wiedzę i umiejętności w zakresie tworzenia systemów łączących funkcjonalności związane z rozproszonymi aplikacjami dla zastosowań Internetu Rzeczy, inteligentnym przetwarzaniem danych w chmurze obliczeniowej oraz automatycznym sterowaniem infrastrukturą Internetu Rzeczy. W ramach zajęć projektowych studenci zaprojektują i zbudują własne rozwiązanie, które połączy czujniki Internetu Rzeczy, aplikacje i przetwarzanie danych realizowane lokalnie, na brzegu sieci oraz w chmurze w jeden ekosystem. System ten będzie wykorzystywał zaawansowane techniki sieciowe, takie jak programowalne sterowanie siecią, wirtualizacja, rozproszone przetwarzania danych w sieci, sztuczna inteligencja. Z wymienionymi technikami studenci zapoznają się teoretycznie i praktycznie podczas realizacji warsztatów (zajęcia zintegrowane).

Pełny opis:


Warsztaty – Zajęcia Zintegrowane:


Warsztaty (W) mają na celu zdobycie wiedzy i praktycznych umiejętności w następujących obszarach: technik sieciowych (sieci programowalne – SDN – Software Defined Networking), technik wirtualizacji, technik chmur obliczeniowych. W szczególności:

  • W1-W3: warsztaty technik wirtualizacji (maszyny wirtualne, kontenery) i narzędzi wirtualizacji (KVM, VBox, VMware, Hyper-V, LXC, Docker), uwzględniając zakres ich zastosowania i ich ograniczenia;
  • W4-W6: warsztaty sieci programowalnych SDN i wirtualizacji funkcji sieciowych NFV (ang. Network Function Virtualization) oraz podstawowych narzędzi SDN/NFV (protokół OpenFlow, OpenVSwitch, sterownik ONOS);
  • W7-W8: warsztaty technik chmur obliczeniowych i metod rozproszonego przetwarzania danych w szczególności technik dla centrów danych, obliczeń na brzegu sieci (edge-computing), mgły obliczeniowej (fog-computing), uwzględniając zakres ich zastosowania i ograniczenia;
  • W9: warsztaty architektury i funkcjonalności systemu MEC (Multi-access Edge Computing); narzędzia orkiestracji (sterowania i zarządzania) usługami/aplikacjami w rozproszonym środowisku obliczeniowym (np. OSM/Kubernetes);
  • W10: warsztaty podstaw wykorzystania platform chmurowych Internetu Rzeczy, np.: Microsoft Azure IoT (w tym akceleratory Internetu Rzeczy, IoT Edge, IoT Hub), AWS IoT oraz Google Cloud IoT;
  • W11-W12: warsztaty wykorzystania technik sztucznej inteligencji dla analizy danych, np. analiza obrazów;
  • W13: warsztaty zastosowania narzędzi monitorowania i prezentacji wyników pomiarów komponentów systemu (np. Zabbix, Grafana);
  • W14: warsztaty programowania komunikacji sieciowej w LabVIEW, np. z wykorzystaniem biblioteki MQTT;
  • W15: warsztaty podstaw wykorzystania przemysłowych platform chmurowych, np.: IBM IoT Foundation/ Watson IoT Platform, oraz wybranych brokerów, np.: Mosquitto, RabbitMQ, IBM MessageSight.


Warsztaty będą się odbywać w sali laboratoryjnej z dostępem do sieci badawczej PLLAB 2020 i urządzeń Internetu Rzeczy. Wiedza i umiejętności zdobyte przez studentów podczas warsztatów stanowią element uzupełniający dla zajęć projektowych i są konieczne dla realizacji poszczególnych zadań projektowych.


Zakres projektu


Liczba zadań/projektów realizowanych przez studenta w ciągu semestru: 1 duży projekt podzielony na 4 ściśle ze sobą powiązane etapy (zadania) realizowane w semestrze.

Zakładana liczba studentów realizujących jeden projekt: 4-5 studentów.


Przykładowe tematy projektów, to:

  • Twoja chmura domowa,
  • Twoja chmura przemysłowa.


Przykład 1: Twoja chmura domowa.


Motyw przewodni: Nie bujaj w obłokach, stwórz swoją chmurę domową.


Wynik realizacji projektu: zbudowanie chmury domowej wraz z aplikacjami i usługami Internetu Rzeczy na bazie następujących komponentów/zadań: (1) elektroniczny – czujniki, oraz infrastruktura dla równoległych obliczeń, np. Raspberry PI, (2) komunikacyjny – radio podłączenia czujników oraz sieć centrum danych, (3) chmur – infrastruktura dla równoległych obliczeń, (4) aplikacyjny – multimedia w domu (monitoring wizyjny), rozszerzona rzeczywistość, inteligentny dom, wraz z aplikacją sterującą opracowana przez studenta na smartfonie.


Zadania 1, 2 bazują na wcześniej wykonanych projektach. Głównym celem jest zbudowanie rozproszonej infrastruktury chmurowej (cloud/edge/fog). W zadaniach 3, 4 studenci rozszerzają funkcjonalność wykonanych wcześniej aplikacji i dostosowują ją do środowiska chmurowego. Aplikacja zostanie przeniesiona do samodzielnie zbudowanej chmury obliczeniowej, co wymaga zdekomponowania jej na (mikro-) usługi (kontenery) i odpowiednich metod orkiestracji (sterowania i zarządzania) jej cyklem życia.


Aplikacja będzie zawierać elementy sztucznej inteligencji, m.in. dla analizy obrazów, wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości (VR/AR) oraz elementy metod strumieniowania obrazów wideo (MPEG DASH). Powinna posiadać klienta na urządzenie mobilne. Smartfon może pełnić funkcję urządzenia AR (lub okulary AR).


Chmura jest budowana na kilku platformach – cloud (serwery x86 z GPU CUDA), edge (serwer MEC ARM CAVIUM z GPU CUDA), fog (RPi) - połączonych siecią SDN w jeden system. Wybór platformy dla uruchomienia komponentów aplikacji jest dokonywany przez orkiestrator zgodnie z opracowaną logiką zarządzania zasobami i wymagań aplikacji.


Przykład 2: Twoja chmura przemysłowa.


Wynikiem realizacji projektu jest rozproszony system przemysłowy zbudowany z wykorzystaniem chmury przemysłowej wraz z aplikacjami i usługami Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT). Elementami systemu są rekonfigurowane systemy akwizycji danych i sterowania cRIO z systemem RTOS, komunikujące się z przemysłową chmurą przez sieć Internet oraz aplikacje użytkownika, np. do monitorowania procesu produkcyjnego uruchamiane na urządzeniu mobilnym.


Zadania 1, 2 są związane odpowiednio z oprogramowaniem rekonfigurowanych układów kondycjonowania i oprogramowaniem aplikacji czasu rzeczywistego do komunikacji sieciowej z chmurą przemysłową, np. z wykorzystaniem protokołu MQTT, architektury OPC UA lub DDS. Zadanie 3 będzie polegało na stworzeniu własnej chmury przemysłowej w środowisku wirtualnym Hyper-V, MS Azure, Docker pobierającej dane z węzłów Internetu Rzeczy (brokery: Mosquitto, RabbitMQ, IBM MessageSight), alternatywnie wykorzystanie przemysłowej chmury np. IBM IoT Foundation/Watson IoT Platform, przetwarzającej i prezentującej dane, z elementami sztucznej inteligencji. Zaawansowana część realizacji tego zadania będzie polegała na stworzenie modelu rozległej wirtualnej sieci przemysłowej (bazującej na technice SDN) oraz dołączeniu do niej węzłów systemu (urządzeń Internetu Rzeczy i chmury). Zadanie 4, to stworzenie aplikacji na urządzenie mobilne współpracującej z ww. chmurą.


W trakcie realizacji projektu studenci zastosują metodę pracy Double Diamont, zastosowanie narzędzia Confluence do współpracy w ramach zespołów projektowych.

Literatura:

Literatura:

  1. Slajdy do warsztatów.
  2. Wybór dokumentów standaryzacyjnych i zaleceń dotyczących przedstawianych zagadnień, m.in.: IEEE Cloud WG P230x, P2032, ISO27, ETSI MEC.
  3. Książki i raporty:
    • T. Erl, R. Puttini, Z. Mahmood, “Cloud Computing: Concepts, Technology & Architecture”, Prentice Hall, 2013.
    • R. Buyya, J. Broberg, A. Goscinski, “Cloud computing: principles and paradigms”, Wiley.
    • Z. Fryźlewicz, Ł. Leśniczek, “Usługi Microsoft Azure: programowanie aplikacji”, Warszawa 2015.
    • W. Burakowski, A. Beben et al., “Traffic Management for Cloud Federation” in Autonomous Control for a Reliable Internet of Services: Methods, Models, Approaches, Techniques, Algorithms and Tools, LNCS, Springer 2018.
    • T. Teleb, “On Multi-Access Edge Computing: A Survey of the Emerging 5G Network Edge Cloud Architecture and Orchestration”, IEEE Communications Surveys & tutorials, Vol.19, Issue 3, 2017.
    • NIST Cloud Computing Security Reference Architecture, NIST 2013.
  4. Wybór bieżących artykułów naukowych dotyczących przedstawianych metod, które zostały opublikowane na wiodących konferencjach lub w czasopismach.
  5. Dokumentacja techniczna wykorzystywanego oprogramowania.

Oprogramowanie:

  • Narzędzia pomiarowe (generator/analizator): Spirent, Avalanche Virtual, IXIA.
  • Narzędzia do wirtualizacji: pełnej KVM, XEN, VMWare, Hyper-V, VBox, i kontenerowej LXC, Docker.
  • Narzędzia do równoległego przechowywania i przetwarzania danych: HADOOP, Spark.
  • Narzędzia do zarządzania i orkiestracji: OpenStack, Kubernetess, Cloudify, OSM.
  • Środowisko programowe LabVIEW.

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2023/2024 - sem. letni" (w trakcie)

Okres: 2024-02-19 - 2024-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Projekt, 60 godzin, 18 miejsc więcej informacji
Zajęcia zintegrowane, 120 godzin, 18 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Halina Tarasiuk
Prowadzący grup: Andrzej Bęben, Karol Kuczyński, Robert Łukaszewski, Jan Palimąka, Maciej Sosnowski, Halina Tarasiuk, Piotr Wiśniewski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103600 - Instytut Telekomunikacji

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2022/2023 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2023-02-20 - 2023-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Projekt, 60 godzin, 16 miejsc więcej informacji
Zajęcia zintegrowane, 120 godzin, 16 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Halina Tarasiuk
Prowadzący grup: Andrzej Bęben, Karol Kuczyński, Robert Łukaszewski, Jan Palimąka, Maciej Sosnowski, Halina Tarasiuk, Piotr Wiśniewski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103600 - Instytut Telekomunikacji

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.
pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa tel: (22) 234 7211 https://pw.edu.pl kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.0.0-7 (2024-03-18)