
Internet de les Coses
Codi: 105075Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Enginyeria Informàtica | OP | 4 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Marc Codina Barbera
- Correu electrònic :
- marc.codina@uab.cat
Equip docent
- Marc Codina Barbera
- Jordi Carrabina Bordoll
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
L'assignatura és autocontinguda i per tant no hi ha prerequisits específics.
El projecte de sistema IoT que es desenvolupa utilitza les coneixements adquirides a l'assignatura de gestió de projectes.
Aquest any, afegirem (i) EdgeAI com a element essencial de la cadena de valor de l'IoT; (ii) millor comprensió de l’estimació energètic al llarg de la cadena; (iii) un enfocament més orientat a l'aplicació i (iv) noves plataformes de desenvolupament.
Objectius
El món de les TIC s'està estructurant sobre diversos conceptes. Un és el de l'Internet dels Objectes, que es basa en ampliar el domini dels sistemes computacionals connectats als objectes (devices) amb solucions molt petites que interactuen amb el mon real via sensors i actuadors de molt baix consum, en diferents àmbits: personal/wearables, salut, domòtica, medi ambient, seguretat i protecció, distribució de serveis públics (energia, aigua, gas), automoció, etc. Aquests es connecten mitjançant diversos protocols a una plataforma intermèdia fixa o mòbil (edge) que gestiona, filtra i processa una part de les dades de manera local, i que és connecta al núvol (cloud) on s'emmagatzemen, processen i visualitzen les dades. La posta en marxa d'aquests sistemes requereix integrar els diversos conceptes, adquirits als estudis de grau, en aquest nou paradigma device-edge-cloud associat a diferents tipus de plataformes computacionals (single-, multi-, many-core processors) amb diferents requeriments de funcionalitat, energia, latència, amplada de banda i cost; i diferents models de programació i comunicacions, i les diferents solucions cloud de back-end i front-end (per a la interfície d'usuari), per la qual cosa cal un major nivell d'abstracció a nivell de interfases (APIs i Middleware) i virtualització (computació i comunicacions). Tot això amb la necessitat cada dia més important d'aplicar la IA a diferents nivells de la cadena.
- Establir els fonaments de l'internet dels objectes (IoT): dispositiu, perifèria (edge) i núvol (cloud), juntament amb les interfícies d'usuari i la intel·ligència artificial.
- Aprendre a classificar els processadors, sensors, actuadors i sistemes integrats, i a seleccionar protocols de comunicacions.
- Avaluar els requeriments de funcionalitat i les prestacions en termes de cost, temps real i eficiència energètica
- Definir les estructures de dades en funció dels sensors, computació, comunicació, emmagatzematge i visualització i avaluar-ne el cost a cada nivell.
- Seleccionar plataformes encastades i mòbils per a la perifèria (edge) i les solucions cloud per a back-end i front-end.
- Gestionar la virtualització de la computació i les comunicacions.
- Dissenyar un cas d'exemple teòric i pràctic de la cadena IoT d’aplicació específica
Resultats d'aprenentatge
- Utilitzar l'anglès com l'idioma de comunicació i de relació professional de referència.
- Identificar les necessitats de seguretat que han de complir els sistemes empotrats.
- Dissenyar i desenvolupar sistemes de còmput complint les especificacions del sistema i de l'aplicació, en particular en el que fa referència als sistemes empotrats i de temps real.
- Comparar i avaluar les possibles plataformes per a complir els requeriments de les aplicacions.
- Seleccionar la plataforma més adequada per a una aplicació específica i dissenyar i desenvolupar la solució basada en el microprocessador corresponent.
- Comunicar eficientment, oralment o per escrit, coneixements, resultats i habilitats, tant en entorns professionals com davant de públics no experts.
- Gestionar la informació incorporant de manera crítica les innovacions del propi camp professional, i analitzar les tendències de futur.
- Reconèixer i identificar els mètodes, sistemes i tecnologies propis de l'enginyeria informàtica.
- Generar propostes innovadores i competitives en l'activitat professional.
Continguts
Els continguts de les sessions de teoria estan fortament lligats al desenvolupament del projecte i als laboratoris de manera que proporcionen els fonaments necessaris per a les decisions de disseny i el codi d'implementació.
1. Visió global del Internet dels Objectes i Virtualització
- Sistemes IoT: Funcionalitat i Arquitectura. Dispositiu, edge (perifèria), núvol, UI (interfície d'usuari)
- IA & IoT
- La creixent importància del consum d'energia.
2. Com es seleccionen els xips (SoCs i sensors) i es connecten en els dispositius IoT?
- Components de maquinari (HW): processadors, sensors, actuadors, bateries
- Criteris de selecció: cost, temps real (latència, rendiment) i eficiència energètica
- Accés a l'adquisició i conjunt d'informació rellevant disponible (fulls de dades, circuits d'exemple, etc.)
- Protocols integrats (on-board)
- Exemples i Casos d'Ús (Nordic Thingy)
3. Quines són les comunicacions sense fil de Dispositiu a Edge disponibles?
- Xarxes sense fil de Dispositiu a Edge: WBAN, WPAN, WLAN, LPWAN
- Formats de dades i protocols
- El cas del Bluetooth (i BLE)
4. Opcions per a plataformes edge?
- Amb o sense SO/RTOS (Sistema Operatiu / Sistema Operatiu en Temps Real)?
- EdgeAI (IA a la perifèria): entrenament i desplegament
- Exemples i Casos d'Ús (Arduino UNO Q)
5. Què necessites saber sobre la virtualització?
- Contenidors.
- Bases de dades.
- Màquines virtuals.
Projecte guiat: Disseny d'un sistema IoT (original)
- P1. Idees originals per al disseny d'un sistema IoT i estudi de mercat preliminar
- P2. Especificacions funcionals i de prestacions del projecte
- P3. Arquitectura de blocs i comunicacions del sistema IoT i alternatives d'implementació
- P4. Implementació del sistema. Selecció de components i plataformes
- P5. Estimació de planificació, costos, prestacions i model de negoci
- P6. Document,presentació i defensa del projecte
Laboratori: Prototip del sistema IoT (original) - Projecte de 6 sessions en equip a ritme lliure construeix una solució IoT completa pas a pas:
- Dispositiu: Programació del microcontrolador (MCU) i dels sensors per capturar variables físiques de l'entorn.
- Processament Edge: Extracció de les dades via BLE cap a un mòbil o microprocessador per processar-les localment i empaquetar-les (JSON) abans de pujar-les a la xarxa.
- Núvol (Cloud): Implementació del back-end per emmagatzemar les dades i, si cal, aplicar computació avançada o Intel·ligència Artificial (IA).
- Interfície d'Usuari (UI): Desenvolupament del front-end perquè l'usuari final pugui visualitzar i entendre la informació processada.
- Presentació Final: Demostració pràctica de tot el sistema integrat funcionant en temps real, des del sensor fins a la pantalla.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Classes magistrals i seminaris | 30 | 1,2 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 |
| Estudi i treball fora de l'aula | 90 | 3,6 | 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |
| Laboratoris i Projecte de Disseny | 28 | 1,12 | 1, 3, 6, 8 |
La metodologia d’aprenentatge combinarà: classes magistrals, activitats en sessions tutoritzades; casos d’ús; exercicis utilitzant exemples reals i aprenentatge basat en projectes; debats i altres activitats col·laboratives; i sessions de laboratori amb plataformes actuals.
Hi ha tres formes de triar un projecte:
- Per acord entre els membres del grup. A les fases inicials es promourà un brainstorming amb els professors a partir dels quals hauran d’escollir el que trobin més viable.
- Escollir a partir de propostes de reptes oferts pels professors.
- Escollir a partir de propostes de reptes proposats per entitats externes. Actualment, tenim propostes de l’Ajuntament de Molins de Rei, vehiculades a través del Parc de Recerca de la UAB (PRUAB). Per participar en aquestes propostes, caldrà fer, complementàriament a l’activitat al curs, una formació de 6-8 hores en emprenedoria al PRUAB, i presentar el treball a l’Ajuntament de Molins en un acte públic el dia 11 de Desembre de 2026. A canvi, els estudiants rebran 3 crèdits de lliure elecció i poden guanyar un premi.
L’assistència és obligatòria per a les activitats: projecte de disseny IoT i les pràctiques de laboratori, que es faran amb els mateixos grups multidisciplinaris de 2 o 3 persones de les diferents titulacions que cursen l'assignatura.
Les sessions de laboratori es faran en format supervisat (no guiat) per oferir major autonomia als estudiants i un suport més personalitzat.
Qualsevol falta d'assistència ha de ser comunicada amb antelació al professor responsable adjuntant els motius justificats raonables corresponents.
S’utilitzarà el campus virtual de la UAB a https://cv.uab.cat.
Es permet l'ús de la IA en aquesta assignatura i es recomana validar el seu resultat abans de lliurar qualsevol informe atès que pot cometre errors greus que poden implicar valoracions negatives.Els estudiants hauran d'informar quines eines d' IA han utilitzat i amb quina finalitat.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Activitats individuals (tipus exercicis) | 20% | 0 | 0 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 |
| Informe i presentació del projecte de disseny | 40% | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |
| Avaluació d'activitats desenvolupades en sessions tutoritzades (laboratoris) | 40% | 0 | 0 | 3, 6, 8 |
Aquesta assignatura no preveu el sistema d’avaluació única (no hi ha examen).
L'avaluació dels alumnes utilitzarà l'avaluació continuada i la nota final del curs es calcula de la següent manera:
- A - 20% de la nota obtinguda per l'avaluació de les activitats proposades (tipus exercicis). Quan es programi una activitat d’avaluació s’indicarà quins indicadors s'usaran per avaluar i el seu pes en la qualificació.
- B - 40% de la nota obtinguda per l'avaluació del treball de disseny d'un sistema IoT (original).
- C - 40% de la nota obtinguda per l'estudiant dels treballs de laboratori. Cal superar el 5 (sobre 10) en aquest ítem per aprovar l'assignatura.
Totes les activitats requeriran el lliurament d' informe a través del campus virtual.
- Al llarg del curs es proposaran activitats individuals de tipus A per als diferents temes.
- Les activitats grupals de tipus B, requeriran el lliurament d'informes parcials d'un document de projecte d'IoT global cada 2 setmanes.
- Les activitats grupals de tipus C, requeriran l'entrega de dos informes parcials (un a meitat de semestre i un 2n al final).
Per obtenir MH caldrà que els alumnes tinguin una qualificació global superior a 9 amb les limitacions de la UAB (1MH/20alumnes). Com a criteri de referència, s'assignaran per ordre descendent.
Una nota final ponderada no inferior al 50% és suficient per superar el curs, sempre que s’assoleixi una puntuació superior a un terç de la gamma en els 2 primers ítems (A i B).
No es tolerarà el plagi. Tots els estudiants implicats en una activitat de plagi seran suspesos automàticament. S'assignarà una nota final no superior al30%.
Es pot utilitzar SW de codi obert o llibreries disponibles, però s'han de referenciar en els informes corresponents.
Un estudiant que no hagi aconseguit una nota mitjana ponderada suficient,pot optar per sol·licitar activitats de recuperació (treballs individuals o prova de síntesi) de l'assignatura en les següents condicions:
- l'estudiant ha d'haver participat en els treballs de laboratori i projecte de disseny,
- l'estudiant ha de tenir una mitjana ponderada final superior al 30%, i
- l'estudiant no ha fallat en cap activitat per culpa del plagi.
L’estudiant rebrà una nota de “No Avaluable” en cas que:
- l'estudiant no hagi pogut ser avaluat en les activitats de laboratori per no haver-hi assistit o no haver entregat els corresponents informes sense causa justificada.
- l'estudiant no hagi realitzat un mínim del 50% de les activitats proposades.
- l'estudiant no hagi realitzat el treball de disseny.
Per a cada activitat d’avaluació, es donarà a l'estudiant o al grup, els comentaris corresponents. L'alumnat podrà fer reclamacions sobre la nota de l’activitat, que seran avaluades pel professorat responsable de l’assignatura.
L'alumnat té dret a sol·licitar la reprogramació de les proves d'avaluació exclusivament en els casos de malaltia greu, situació excepcional justificada o quan la prova afectada suposi més del 20% de la nota final (o sigui imprescindible per aprovar). Per acollir-se a aquest dret, cal tramitar una sol·licitud a la gestió acadèmica de referència.
Els estudiants repetidors podran "guardar" la seva qualificació en les activitats de laboratori.
Nota: Atès que aquesta assignatura pertany a un grau de caire no lingüístic, els estudiants matriculats tenen dret a sol·licitar un reconeixement acadèmic addicional d'1,5 crèdits ECTS un cop hagin superat la matèria. Aquests crèdits s'incorporaran a l'expedient com a matèria optativa (amb qualificació d'Apte), respectant sempre el topall màxim normatiu de la UAB de 12 crèdits totals per coneixement de llengües (6 crèdits en el cas d'estudiants de doble grau). Per a més informació sobre els terminis i la taxa associada, cal adreçar-se directament a la Gestió Acadèmica.
Bibliografia
- C. Pfister. Getting Started with the Internet of Things: Connecting Sensors and Microcontrollers to the Cloud (Make: Projects) . O'Really. 2011.
- A. McEwen, H. Cassimally. Designing the Internet of Things.2014. Willey.
- A. Bahga, V. Madisetti. Internet of Things: A Hands-on Approach. VTP. 2015.
- S. Greengard, The Internet of Things. The MIT Press Essential Knowledge series.
- V. Zimmer. Development Best Practices for the Internet of Things.
- 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. Springer.
- J. Olenewa, Guide to Wireless Communications, 3rd Edition, Course Technology, 2014.
- P. Raj and A. C. Raman, The Internet of Things: Enabling Technologies, Platforms and Use Cases, CRC Press 2017.
- H. Geng (Ed.), Internet of the Things and Data Analytics Handbook, Wiley 2017.
- Y. Noergaard, \"Embedded Systems Architecture\" 2nd Edition, 2012, Elsevier
- K. Benzekki, Softwaredefined networking (SDN): a survey, 2017, https://doi.org/10.1002/sec.1737
- https://blogs.cisco.com/innovation/barcelona-fog-computing-poc
- https://aws.amazon.com/
- A.K. Bourke et al. Evaluation of waist-mounted tri-axial accelerometer based fall-detection algorithms during scripted and continuous unscripted activities, Journal of Biomechanics, Volume 43, Issue 15, 2010, pp. 3051-3057
- N. Jia. Detecting Human Falls with a 3-Axis Digital Accelerometer. Analog Devices. http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/detecting-falls-3-axis-digital-accelerometer.html
Programari
- S'utilitzarà la plataforma SoC-BLE de Nordic Semiconductors com a device; el mòbil amb Android com a Edge; i qualsevol opció (a triar pels alumes) de servidor cloud amb front-end i back-end.
- Es possible que hi hagi millores en aquesta cadena (que es mantindrà la mateixa estructura).
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 410 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 411 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 412 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |