Felhőszolgáltatások intelligens eszközök támogatására
A tantárgy angol neve: Cloud Services integration for Intelligent Devices
Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 19.
Villamosmérnök szak
Dr. Simon Csaba (egyetemi docens, BME TMIT)
Dr. Maliosz Markosz (egyetemi docens, BME TMIT)
A digitalizációs folyamat sajátossága, hogy számos iparágban, az iparágra jellemző eszközöket összekötik a felhőbe telepített alkalmazásokkal. Ennek eredményeképpen elmosódik a határ a villamosmérnöki rendszerek és az információs infrastruktúra között és megvalósul a felhő rendszerrel integrált okos eszközök által képzett digitalizált környezet. Egy ilyen rendszer tervezése, megvalósítása és üzemeltetése során egyaránt fontos a villamosmérnökök számára megérteni az informatikai infrastruktúra meghatározó elemének, a felhő alapú hálózatnak a sajátosságait. További feladat az okos eszközök felhő rendszerbe történő integrációjának alternatíváinak megismerése. A tantárgy célja a fenti ismeretek átadása, felhasználási esetek segítségével történő szemléltetése, gyakorlása.
A tárgy első részében a felhő rendszerek tulajdonságai kerülnek ismertetésre, különös tekintettel egy felhő alapú infrastruktúrára és a felhő hálózatra. A második részben ezen elvek gyakorlati megvalósítása kerül bemutatásra, a fókusz a rendszer elemeinek megismerésén és használatán lesz. A harmadik részben a tanszéki kutatási és fejlesztési projektekben használt IoT alkalmazásokon keresztül konkrét esettanulmányokon keresztül lesznek tárgyalva az okos eszközök felhő rendszerbe történő integrációjának kérdései.
1. Bevezető
Motiváció: az iparágak digitalizációja. Felhasználási környezet: az Dolgok Internetje (Internet of Things - IoT) eszközei, a hálózatba kapcsolt eszközök lehetőségei, kommunikációs igényei. Okos eszközök: az intelligencia feladata és szerepe IoT rendszerekben. Trendek.
2. Felhő rendszerek alapjai
A felhő alapú rendszerek kialakításának háttere, motiváció. A felhő rendszerek definíciója, kategóriái, felhasználási esetek, biztonság, monitorig.
3. Felhő szolgáltatások
A felhő szolgáltatási modellek: IaaS, PaaS, SaaS. A mikroszolgáltatások modellje (microservices). Virtuális gép és konténer alapú rendszerek. Orkesztráció funkciói, komplex szolgáltatások kialakítása, szolgáltatás láncok.
4. Felhő szolgáltatók
Felhő rendszerek és adatközpontok. Felhő rendszer architektúrájának bemutatása, szemléltetése egy OpenStack felhőn keresztül. A nagy nyilvános szolgáltatók (hyperscaler: AWS, Google Cloud és Azure) és funkciói.
5. Konténer alapú rendszerek
Konténer alapú virtuálizáció (Docker, Podman, Containerd). Konténer menedzsment keretrendszerek (Kubernetes). Kubernetes és a felhő rendszerek viszonya (Amazon EKS).
6. IoT platformok a felhőben
Felhő alapú IoT platformok szerepe, jellemző funkciói. Esetpélda: Amazon IoT Device Management és Amazon IoT Core szolgáltatások bemutatása és összehasonlítása.
7. Okos eszközök Edge környezetben
A peremhálózati számítási modell (Edge Computing). Edge computing az IoT szolgáltatások számára.
8. Okos eszközök vezérlésének mobil hálózati feltételei
Okos eszközök távoli vezérlésének minőségi követelményei. Az 5G hálózatok tulajdonságai, gépi kommunikáció számára nyújtott feltételei.
9. IoT támogatás 5G hálózatokban
IoT támogatás 5G rendszerekben a virtualizált funkciók és MEC segítségével. Okos eszközök, ipari alkalmazások 5G privát hálózatokba telepítésének szempontjai.
10. Eszközvezérlés ipari környezetben
Esettanulmány: vezérlési feladatok IoT Ipar 4.0 munkavégzése során. A feladatvégzés feltételei, a kommunikációs és számítási igények.
11. Felhő alapú eszközvezérlés
Távoli eszközvezérlés kommunikációs feltételeinek bemutatása. A QoS követelmények elemzése.
12. Orkesztrációs feladatok
Erőforrás- és szolgáltatás orkesztrációs feladatok bemutatása. Távoli eszközvezérlés erőforrásigényeinek biztosítása dinamikus környezetben. Szolgáltatás minőség fenntartása, automatikus adaptáció biztosítása a felhő rendszerben.
13. Valós idejű feladatok megvalósítása felhő rendszerekben
Valós idejű feladatok megvalósítási problémái a felhő rendszerekben. A valós idejű kommunikáció megvalósítási lehetősége a felhő hálózati környezetben. Késleltetés-érzékeny hálózati (Time-Sensitive Networking - TSN) integrálása a felhő rendszerekbe.
A gyakorlatok/laborok részletes tematikája:
1. AWS rendszer megismerése2. Konténerek kezelése AWS-ben, Amazon Elastic Container Service (ECS). Egy konténer létrehozása és kezelése.3. Kubernetes és AWS: Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS). Egy pod létrehozása és kezelése.4. Elosztott eseménykezelés a felhő rendszerekben: AWS IoT Core.5. Tanszéki 5G hálózat bemutatása. Egy konténer alapú szolgáltatás megvalósítás ebben a hálózatban.6. Ipari IoT esetpélda. Az intelligencia kiszervezése az eszközből.7. A felhő alapú valós vezérlés követelményeinek elemzése, feladat ütemezésének beállítása.
Szorgalmi időszakban
1 nagyzárthelyi eredményes megírása a félév közepén.
Vizsgaidőszakban
Írásbeli vizsga, melybe 25%-ig beleszámít az NZH eredménye (elméleti kérdések, egyszerű feladatok).
A felkészülést az erre a célra készített kibővített előadásfóliák, valamint az alább megadott irodalmak segítik:
· Dinesh G. Dutt, Cloud Native Data Center Networking: Architecture, Protocols, and Tools, O'Reilly Media; 1st edition (December 10, 2019)