INTERNET OF THINGS BASED SMART SYSTEMS

L’obiettivo del corso è fornire agli studenti le conoscenze relative alle metodologie di progettazione di cyber-physical systems in ambito di IoT. In particolare il corso fornirà agli studenti conoscenze relative alle principali architetture dei core embedded, le tecnologie di memoria, le periferiche più comuni in ambito di smart sensors, le principali tecniche di ottimizzazione del consumo di potenza e di efficienza energetica e di energy harvesting. Fornirà inoltre conoscenze sui modelli di descrizione per Smart Things con particolare riferimento a SensorML, ed i principi di virtualizzazione. Il corso fornirà infine le competenze per saper progettare e sviluppare applicazioni in ambito IoT.

L'insegnamento verrà svolto attraverso lezioni frontali, esercitazioni in laboratorio, seminari e presentazione di casi di studio reali.

Architetture dei calcolatori. Linguaggi di programmazione.

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma vivamente consigliata.

Internet of Things Vision

• Embedded Systems, Cyber-Physical Systems, Smart Objects
• IoT Smart-X Applications
• IoT Evolution Macro-Challenges
• Internet of Things and Related Future Internet Technologies
• IoT related Paradigms: IoE, WoT, M2M, Tactile Internet

Smart Systems Case Studies

• Presentation of case studies in application scenarios, including, Smart Health, Smart Homes and Buildings, Smart Energy, Smart Mobility and Transport, Smart Manufacturing and Industrial Internet of Things, Smart Cities Smart Farming.

IoT Protocols

• Protocols for sensors/actuators: IoT protocol stack
• Application Protocols (MQTT, CoAP)
• Infrastructure Protocols (LoRA Alliance: Wide Area Network for IoT, NB-IoT)
• Hands-on (Lab)

Smart Objects

• Definitions
• Description models (e.g., SensorML)
• Access/Usage and Virtualization (Sensing as a Service)
• Hands-on (Lab)

Operating Systems for IoT

• TinyOS, FreeRTOS, Contiki, etc.
• Hands-on (Lab)
• Mobile Applications for Smart Systems
• Mobile platforms and application scenarios
• Android and iOS

Modeling, Design and Verification for CPS

• Modeling
  • Continuous and discrete dynamics
  • Hybrid systems
  • Concurrent models of computation
• Design
  • Sensors and actuators
  • Embedded processors
  • Memory architectures
  • Input/Output
  • Multitasking and scheduling
• Analysis and Verification
  • Invariants and temporal logic
  • Equivalence and refinement
  • Reachability analysis and model checking
• Hands-on (Lab)

Designing for Energy Efficiency

• Performance vs Power vs Cost vs Reliability trade-offs
• Low power design techniques and methodologies
• Approximate/Imprecise computing
• Energy harvesting techniques

[T1] Ovidiu Vermesan and Peter Friess. Building the Hyperconnected Society IoT Research and Innovation Value Chains, Ecosystems and Markets. River Publishers Series in Communications
[T2] Edward A. Lee and Sanjit A. Seshia. Introduction to Embedded Systems, A Cyber-Physical Systems Approach, Second Edition, http://LeeSeshia.org, ISBN 978-1-312-42740-2, 2015.
[T4] Jan Rabaey. Low Power Design Essentials. Springer.
[T5] Materiale fornito dal docente sottoforma di slides, dispense e risorse online.

Il materiale didattico è pubblicato sul portale Studium.UniCT di Ateneo.

La verifica dell’apprendimento verrà effettuata attraverso una prova orale. La prova orale verte sulla discussione di un elaborato/progetto sviluppato dallo studente, e da tre domande inerenti gli argomenti del programma del corso. Lo studente verrà valutato in base alla chiarezza espositiva, la capacità di sintesi, la capacità di analisi del problema, gli strumenti e le tecnologie utilizzate per lo svolgimento del progetto.

Fare riferimento alla pagina del corso su Studium