Промисловий інтернет речей та захист персональних даних
Спеціальність: Інформаційні управляючі системи та технології
Код дисципліни: 7.122.01.E.019
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Автоматизовані системи управління
Лектор: доцент, к.т.н., ст.н.с. Опотяк Ю.В.,
доцент, к.т.н., доц. Дорошенко А.В.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
Загальні компетентності:
1. Здатність навчатися, сприймати знання в предметній області та інтегрувати їх із уже наявними.
2. Здатність продукувати нові ідеї, проявляти креативність, здатність до системного мислення.
3. Набуття гнучкого способу мислення, який дає можливість зрозуміти й розв’язати проблеми та задачі, зберігаючи при цьому критичне відношення до усталених наукових концепцій.
4. Знання та розуміння предметної області та її фахових особливостей.
Фахові компетентності:
1. Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін.
2. Базові знання наукових понять, теорій і методів, необхідних для розуміння принципів роботи та функціонального призначення компонент інформаційних управляючих систем.
3. Уміння класифікувати, систематизувати та описувати процеси пов’язані з функціонуванням інформаційних управляючих систем шляхом використання аналі¬тич¬них методів і методів моделювання;
4. Здатність формулювати раціональні та ефективні за вартістю і часом рішення з використанням методів та засобів інформаційних технологій при проектуванні інформаційних систем.
5. Здатність вибирати і використовувати відповідні моделі процесів і програмне середовище для проектів, пов'язаних з традиційними програмними продуктами, а також новими сферами застосування.
Фахові компетентності професійного спрямування:
1. ФКС 1.1. Здатність використовувати теоретичні та прикладні знання в галузі комп’ютерних наук та інформаційних технологій для розроблення інтегрованих систем управління та їх компонентів, їх реалізації, впровадження та подальшого супроводу.
2. ФКС 1.2. Здатність розробляти моделі інформаційних управляючих систем, моделі складних систем, які забезпечать їх дослідження та оптимізацію та покращать ефективність процесу розроблення та реалізації систем управління.
3. ФКС 1.3. Здатність застосовувати технології промислового інтернету речей при розробленні систем управління з врахуванням проблем захисту персональних даних.
Результати навчання: ЗН1. Володіння достатніми знаннями в галузі інформаційних технологій, що дасть можливість критично аналізувати ситуацію в інформаційно-управляючих системах та технологіях та визначати ключові тенденції їх вдосконалення та розвитку.
ЗН2. Розуміння інструментів та стратегій, що мають відношення до діагностування та аналізу стану розвитку інформаційно-управляючих систем та технологій на рівні, що дозволить працевлаштування за фахом, здатність ефективно використовувати на практиці теоретичні знання при створенні та реалізації інформаційно-управляючих систем та технологій.
ЗН4. Теоретичні та практичні знання з інформаційно-управляючих систем та технологій на рівні новітніх досягнень, які є основою для оригінального мислення та інноваційної діяльності, зокрема в контексті дослідницької роботи.
ЗН5. Знання основ професійно-орієнтованих дисциплін спеціальності 122 «Комп’ютерні науки».
ЗН6. Отримання знань, що забезпечать здатність аналізувати та критично осмислювати проблеми та задачі при розробленні систем промислового Інтернету речей.
УМ1. Обирати за застосовувати засоби та компоненти пристроїв Інтернету речей для вводу даних з давачів і первинної обробки інформації.
УМ2. Забезпечувати розроблення пристроїв Інтернету речей на основі інтегрованого підходу, який охоплює комплексне поєднання апаратної платформи та програмних засобів для реалізації задач збору, обробки та передавання даних на локальні ресурси та хмарні сервіси.
УМ4. Використовувати засоби збереження (бази даних, сховища та хмарні сервіси) для оперативного аналітичного та інтелектуального опрацювання та візуалізації даних.
УМ5. Застосовувати набуті знання і розуміння для ідентифікації, формулювання і вирішення завдань розвитку систем промислового Інтернету речей, використовуючи відомі методи та особливості архітектури і задач відповідних систем.
УМ6. Застосовувати знання для вирішення задач синтезу та аналізу інформаційно-управляючих систем з використанням промислового Інтернету речей.
УМ7. Системно мислити та застосовувати творчі здібності до формування принципово нових ідей в інформаційно-управляючих системах та технологіях.
УМ12. Поєднувати теорію і практику, а також приймати рішення та виробляти стратегію розвитку інформаційно-управляючих систем та технологій з урахуванням загальнолюдських цінностей, суспіль¬них, державних та виробничих інтересів.
АіВ2. Здатність усвідомлювати відповідальність за розвиток професійних знань і практичних навичок, необхідність навчання впродовж усього життя.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
Проблемно-орієнтовані та вбудовані системи,
Інноваційні інформаційні технології,
Мережі наступного покоління та захист даних.
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
Хмарні технології,
Моделі систем управління
Короткий зміст навчальної програми: У дисципліні "Промисловий Інтернет речей та захист персональних даних" викладається класифікація та базові компоненти побудови пристроїв Інтернету речей, розглядається задачі, базові структури, сучасні апаратні та програмні засоби для їх побудови. Вивчаються особливості побудови систем промислового Інтернету речей. Розглядаються основні принципи, завдання, особливості впровадження промислового Інтернету речей як засобу реалізації АСУ, актуальні проблеми модернізації виробництва шляхом впровадження засобів промислового Інтернету речей. У результаті вивчення відбувається формування комплексу знань з теоретичних аспектів і прикладних технологій створення пристроїв Інтернету речей, на основі якого фахівець зможе забезпечувати розробку, застосування і експлуатацію систем Інтернету речей на виробництві, в науковій сфері, у сфері екології. При вивченні дисципліни промисловий Інтернет речей основний акцент робиться на розумінні фундаментальних концепцій і механізмів, які лежать в основі функціонування Інтернету речей. У дисципліні викладається історія та перспективи розвитку Інтернету речей, аспекти його реалізації на виробництві; загальна характеристика архітектури, ключових складових Інтернету речей та підходи до практичної їх реалізації; основні поняття та характеристики хмарних технологій; структура та особливості інформаційних, вимірювальних систем та систем управління як складових Інтернету речей, беручи до уваги особливі вимоги промислового. Окремим питанням, яке вивчається в межах даного курсу є захист даних в системах Інтернету речей. Це і кіберзахист систем від зовнішніх атак (DDoS-атак, експлойту програмного забезпечення, МІТМ-атак (атак посередника), фізичного втручання, брутфорс атак тощо.
Також важливою частиною курсу є вивчення захисту персональних даних, які збираються та опрацьовуються розумними пристроями відповідно до вимог Загальноєвропейського регламенту з захисту персональних даних (GDPR), Закону України про захист персональних даних, HIPPA та CCPA. Розуміння відповідальності за зібрані дані та законність їх обробки є особливо актуальною проблемою в системах розумних пристроїв, будинків, міст тощо, адже їх втрата може призвести до дуже великих ризиків для користувачів, а для розробників таких систем це загрожує величезними штрафами. Дисципліна «Промисловий Інтернет речей та захист персональних даних» є за своєю суттю інтегральною, що поєднує у єдине ціле набуті у процесі навчання знання з основ схемотехніки, сенсорів та інтерфейсів систем управління, мікроконтролерів, створення програмного забезпечення та функціонування хмарних технологій.
Опис: 1) Вступ: Індустріальна революція, Індустрія 4.0. Автоматизовані системи управління. Історія та перспективи розвитку Інтернету речей. Основні принципи, завдання, особливості впровадження промислового Інтернету речей як засобу реалізації АСУ. Актуальні проблеми модернізації виробництва шляхом впровадження засобів промислового Інтернету речей.
2) Складові системи передачі даних: Архітектури Інтернету речей. Підходи до класифікації. Особливості побудови, специфічні вимоги та відмінності концепцій Інтернету речей та промислового Інтернету речей.
3) Ключові компоненти архітектури: сенсори, засоби обробки інформації, пристрої Інтернету речей, мережі передачі даних, шлюзи, платформи Інтернету речей. Технологічні рішення для проектування і реалізації систем Інтернету речей, особливі вимоги до систем промислового Інтернету речей.
4) Основні типи сенсорів та принципи їх роботи: Класифікація та основні характеристики сенсорів та вимірювальних перетворювачів. Базові принципи перетворення аналогової інформації. Аналогово-цифрове перетворення. Використання сенсорів у автоматизованих системах. Виконавчі пристрої у Інтернеті речей.
5) Мікропроцесори, мікроконтролери та мікрокомп’ютери як базові засоби обробки інформації для промислового Інтернету речей: Особливості будови, класифікації, структури. Апаратні інтерфейси. Безпроводові мікроконтролери. Промислові модулі як основа побудови.
6) Програмування пристроїв Інтернету речей: Апаратно-програмні комплекси, інтегровані середовища розробки. Мови програмування. Методи програмування. Засоби візуального програмування. Хмарні середовища проектування. Мікрокомп’ютери як основа пристроїв Інтернету речей, програмування.
7) Організація системи передачі даних промислового Інтернету речей: Основні типи каналів передачі (проводові, оптичні, безпроводові). Безпроводові технології Інтернету речей, їх класифікація.
8) Мережі передачі даних для Інтернету речей: Персональні мережі та мережі малого радіусу дії. Радіочастотна ідентифікація. Безпроводові сенсорні мережі. Локальні мережі. Новітні мережі великого радіусу дії (LoRaWAN, Sigfox). Мережі для Інтернету речей на основі стільникових технологій (NB-IoT). Шлюзи Інтернету речей.
9) Протоколи Інтернету: Еталонна модель OSI. Стек протоколів TCP/IP. Протоколи управління передачею даних для Інтернету речей. Протоколи HTTP, MQTT та інші. Вимоги до протоколів промислового Інтернету речей.
10) Основні поняття та характеристика хмарних технологій: Моделі хмарного розміщення даних. Види хмарних сервісів. Платформи Інтернету речей, призначення та застосування. Накопичення, візуалізація даних, віддалене керування масивами пристроїв Інтернету речей. Поняття прикладного програмного інтерфейсу (АРІ).
11) Верхній рівень хмарної архітектури: Споживання інформації, користувацькі додатки. Геоприв’язка. Аналіз даних в Інтернеті речей та його застосування у промисловості та моніторингу.
12) Специфічні проблеми застосування пристроїв Інтернету речей: Енергоспоживання та управління живленням. Режими роботи (енергозбереження). Вибір каналів передачі даних, територіально розподілені системи. Платформи промислового Інтернету речей. Проблематика забезпечення безпеки промислового Інтернету речей. Нормативно-технічне регулювання.
13) Проблема безпеки IoT: Безпека і стійкість Інтернету речей, діапазон уразливості пристрою. Унікальні проблеми безпеки пристроїв IoT. Шифрування даних в ІоТ-системах.
14) Інформаційна безпека і захист персональних даних в ІоТ: визначення механізмів реалізації принципу попередньої згоди на використання та знищення персональних даних; правовий вплив на регулювання транскордонних потоків персональних даних; використання персональних даних інтелектуальними комплексами, що функціонують без участі суб’єктів (юридичних або фізичних осіб).
Методи та критерії оцінювання: Екзамен, поточний контроль, реферати та презентації.
Критерії оцінювання результатів навчання: Максимальна оцінка в балах - 100.
Поточний контроль (Лабораторні заняття) - 40.
Екзаменаційний контроль (письмова компонента - 50, усна компонента - 10) - 60.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Інтернет речей для індустріальних і гуманітарних застосунків. У трьох томах. Том 1. Основи і технології / За ред. В. С. Харченка. – Міністерство освіти і науки України, Національний аерокосмічний університет ХАІ, 2019. – 605 с.
2. Інтернет речей для індустріальних і гуманітарних застосунків. У трьох томах. Том 2. Моделювання і розроблення / За ред. В. С. Харченка. – Міністерство освіти і науки України, Національний аерокосмічний університет ХАІ, 2019. – 547 с.
3. Інтернет речей для індустріальних і гуманітарних застосунків. У трьох томах. Том 3. Оцінювання та впровадження / За ред. В. С. Харченка. – Міністерство освіти і науки України, Національний аерокосмічний університет ХАІ, 2019. – 918 с
4. Николайчук Я.М., Возна Н.Я., Пітух І.Р. Проектування спеціалізованих комп’ютерних систем / Навчальний посібник – Тернопіль: ТзОВ "Терно-граф", 2010. – 392 с.
5. Схемотехніка електронних схем: У 3 кн. Кн. 2. Цифрова схемотехніка: Підручник / В.І. Бойко, А.М. Гурджій, В.Я. Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк., 2004. – 423 с.: іл.
6. Бабич М.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка: Навчальний посібник.- Вища школа, 2004.-399 с.: іл..
7. М. Бем, І. Городиський «Захист персональних даних: правове регулювання та практичні аспекти», 2021 https://rm.coe.int/handbook-pers-data-protect-2021-web/1680a37a69
8. Офіційний переклад General Data Protection Regulation (GDPR) https://www.kmu.gov.ua/storage/app/media/uploaded-files/es-2016679.pdf
9. Internet of Things for Architects: Architecting IoT solutions by implementing sensors, communication infrastructure, edge computing, analytics, and security. – Publisher: Packt Publishing Limited, ISBN: 9781788470599
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).