हमने IoT प्रशिक्षण पाठ्यक्रम कैसे किया

जब आप एक पाठ्यक्रम डिजाइन करना शुरू करते हैं तो पाठ्यक्रम में क्या शामिल किया जाए, इसका सवाल पूरी तरह से गैर-तुच्छ है। खासकर अगर यह एक IoT कोर्स है। आज हम अपने अनुभव को साझा करना चाहते हैं कि हमने सैमसंग IoT अकादमी के लिए प्रशिक्षण कार्यक्रम कैसे विकसित किया, हमने कौन से लक्ष्य अपनाए और हमने क्या किया।

हमारा मुख्य लक्ष्य विश्वविद्यालयों को चीजों के इंटरनेट के विषय को बढ़ाने में मदद करना था, और उन क्षेत्रों में जहां विश्वविद्यालयों के लिए इसे अपने दम पर करना मुश्किल है। वास्तव में, चीजों की इंटरनेट के क्षेत्र में मौजूदा समस्याएं, अस्पष्ट शब्दावली के साथ शुरू, सामान्य मानकों की कमी और उपकरणों का एक "चिड़ियाघर", रूसी विश्वविद्यालयों के पाठ्यक्रम में इस विषय की अनुपस्थिति के साथ समाप्त हो गया, आवश्यकताओं के निर्माण का आधार बन गया:

1. कार्यक्रम की सामग्री को आधुनिक बाजार की जरूरतों को पूरा करना चाहिए: IoT उद्योग के वास्तविक मामलों का अध्ययन, स्वीकृत मानक, औद्योगिक उपकरण, डिजाइन कार्य, आदि।
2. कार्यक्रम में तकनीकी विश्वविद्यालयों के तकनीकी विशिष्टताओं के आईटी छात्रों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक प्रवेश सीमा होनी चाहिए, अर्थात। चीजों के इंटरनेट पर एक "शैक्षिक कार्यक्रम" होना।
3. कार्यक्रम को IoT विश्वविद्यालयों में प्रयोगशालाओं के निर्माण की ओर ले जाना चाहिए, जो छात्रों और शिक्षकों के चयन के लिए एक फ़नल के रूप में कार्य करते हैं, जो स्वयं को IoT प्रौद्योगिकियों के विशाल ढेर में पाते हैं।

और यही हमें मिला।

यह कोर्स किसके लिए है?

हम एक छात्र पर ध्यान केंद्रित करते हैं जिसके प्रवेश द्वार पर निम्नलिखित कौशल हैं:

• सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग की मूल प्रथाओं: प्रोग्रामिंग शैली, संस्करण नियंत्रण, शैक्षिक या व्यक्तिगत परियोजनाओं के आत्म-विकास में अनुभव।
• उच्च-स्तरीय प्रोग्रामिंग भाषा (पायथन, सी ++, जावा) में प्रवीणता।
• वेब प्रोग्रामिंग की मूल बातें, जावास्क्रिप्ट भाषा का ज्ञान।
• लिनक्स कंसोल में काम करने की क्षमता।

जैसा कि आप देख सकते हैं, सुपर कॉम्प्लेक्स कुछ भी नहीं है, और हम उम्मीद करते हैं कि 3-4 वें पाठ्यक्रम तक छात्र ने उन्हें सफलतापूर्वक महारत हासिल कर ली है।

और, ज़ाहिर है, मुख्य बात - उसे चीजों के इंटरनेट के विषय में रुचि होनी चाहिए।

मामलों

उन्होंने सामग्री को पांच केस स्टडी के रूप में व्यवस्थित करने का निर्णय लिया। प्रत्येक को वास्तविक जीवन से लिया गया है। ओलेग आर्टमोनोव के लिए कई मामले पैदा हुए, जिन्होंने अपने अद्वितीय पेशेवर अनुभव के आधार पर वास्तविक कहानियों का सुझाव दिया।

हमारे मामलों की एक महत्वपूर्ण विशेषता: हम समस्या बयानों की पेशकश करते हैं जो एक वास्तविक ग्राहक उन्हें कैसे वितरित कर सकते हैं। कार्यों से, कार्यों के लिए संक्रमण होता है, उदाहरण के लिए:

• मौजूदा सेंसर की श्रेणी का अध्ययन करने के लिए, उनसे मूल्य-गुणवत्ता पैरामीटर का चयन करने के लिए जो पैरामीटर के लिए उपयुक्त है। बॉश सेंसर से महंगे, नए - पुराने और चाइनीज से सस्ते में कितना अंतर है, इस पर ध्यान दें।
• मौजूदा समाधानों की जांच करें, सफल और असफल क्षणों पर ध्यान दें। हम सुझाव देते हैं कि कहां देखना है।
• उपयुक्त संचार तकनीक चुनें: यदि हम वाईफाई चुनते हैं तो आपको कितने राउटर स्थापित करने होंगे? अगर हम ZigBee चुनते हैं, तो आपको कितने मॉड्यूल खरीदने की आवश्यकता होगी? लोरा के साथ हमें क्या कवरेज मिलता है? और इसी तरह।
• समाधान की लागत-प्रभावशीलता की गणना करें। अनुमान लगाएं कि विभिन्न विन्यासों में इसकी लागत कितनी होगी। यह सब कहां से खरीदें? प्रसव के समय क्या है?

पाठ की तैयारी में इन मुद्दों का अध्ययन करना प्रस्तावित है। शिक्षक द्वारा संचालित कक्षा में सामान्य चर्चा के दौरान, छात्र विभिन्न समाधानों के फायदे और नुकसान को समझता है।

आइए संक्षेप में मामलों के माध्यम से चलते हैं:

केस 1: फार्महाउस और लोरा

पहले मामले के लिए, उन्होंने निम्नलिखित कथानक लिए: एक दवा गोदाम में तापमान और आर्द्रता की निगरानी। यह एक महत्वपूर्ण कार्य है: इंसुलिन को जमे हुए नहीं किया जा सकता है, और औषधीय जड़ी बूटियों को नम नहीं किया जा सकता है।

शुरुआत से ही, हमने छात्रों को अपने लिए कुछ नया महसूस करने का अवसर दिया। और यह नया, जो पहले मामले में पेश किया गया है, लोरा वायरलेस तकनीक है। उन लोगों के लिए जो केवल ब्लू टूथ और वाईफाई के बारे में सुनते हैं, यह विज्ञान कथा की तरह लगता है:

• डेटा ट्रांसमिशन की दूरी कई किलोमीटर है।
• एक बैटरी से काम - कई साल।
• ट्रांसीवर के आयाम लघु हैं।
• ऑपरेटर को कोई मासिक शुल्क नहीं: आप अपना बेस स्टेशन डालते हैं, और आप काम करना शुरू कर सकते हैं।

लेकिन चमत्कार नहीं होते हैं, और लोरा के मामले में, हमें साइड इफेक्ट्स मिलते हैं जो छात्रों को लगता है जैसे ही वे उपकरण के साथ काम करना शुरू करते हैं:

• बहुत कम डेटा अंतरण दर: पैकेज आने पर आप ऊब जाएंगे।
• बहुत कम मात्रा में डेटा: बाइट्स पढ़ें।

घटकों में से, छात्रों को एक माइक्रोकंट्रोलर मॉड्यूल, एक लोरा ट्रांसीवर और एक एकीकृत आर्द्रता, तापमान और दबाव सेंसर प्राप्त होता है। RIOT OS वास्तविक समय ऑपरेटिंग सिस्टम पर आधारित मॉड्यूल के मौजूदा फर्मवेयर को माइक्रोकंट्रोलर स्तर पर क्या हो रहा है से पूरी तरह से विघटन करने के लिए पर्याप्त रूप से विकसित किया गया है और छात्र को उच्च स्तर पर डेटा के साथ तुरंत काम करने दें - एप्लिकेशन प्रोग्राम लिखने का स्तर।


पहले मामले के लिए घटक: माइक्रोकंट्रोलर + ट्रांसीवर, एडेप्टर, सेंसर

केस 2: इलेक्ट्रॉनिक लॉक और MQTT

यहाँ शैक्षिक कार्य अभिगम नियंत्रण और प्रबंधन प्रणाली है। सीधे शब्दों में कहें, तो हम एक ताला बनाते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक कुंजी को पढ़ते समय सर्वर को डेटा भेजता है।



केस के ढांचे में, MQTT प्रोटोकॉल के साथ एक कार्यशाला आयोजित की जाती है जो इंटरनेट पर चीजों के व्यापक रूप से उपयोग की जाती है - इसके माध्यम से संवेदी डेटा, नियंत्रण क्रियाएं और सिस्टम के नोड्स को जोड़ने वाली सभी जानकारी प्राप्त होती हैं।

MQTT किन कार्यों को हल करने में मदद करता है:

• अनुप्रयोगों से उचित रूप से अलग डेटा: ताकि कोई भी प्रोग्रामर आपके डिवाइस को अपने प्रोग्राम के साथ पुन: उपयोग कर सके
• विभिन्न निर्माताओं के विषम उपकरणों के बीच एक आम भाषा में संचार स्थापित करने के लिए।

दुर्भाग्य से, विश्वविद्यालय MQTTs का आमतौर पर अध्ययन नहीं किया जाता है। और यह दिलचस्प है क्योंकि यह "प्रकाशक / सब्सक्राइबर" के मॉडल पर बनाया गया है और घटना-संचालित प्रतिमान का परिचय देता है, जिसे छात्र केवल जीयूआई प्रोग्रामिंग में देख सकते हैं।

एक छोटा सा बोनस: इस कार्य पर, आप उन छात्रों को खींच सकते हैं जो सर्किटरी के विषय में "तैर" रहे हैं। आखिरकार, यहां उन्हें रिले को चालू करने और एक ट्रांजिस्टर के माध्यम से आरजीबी-दीपक को नियंत्रित करने की आवश्यकता होगी।


दो मॉड्यूल के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर: एक आरजीबी रिबन और एक बटन इकाई को नियंत्रित करने के लिए ट्रांजिस्टर

केस 3. अनुकूली प्रकाश व्यवस्था और 6LoWPAN

हर कोई बिजली बचाने का काम जानता है: दोपहर में, जब सूरज अधिक होता है, तो रोशनी मंद होती है, और जब शाम को अंधेरा हो जाता है, तो प्रकाश को तेज करें।

जैसा कि आपने अनुमान लगाया होगा, यह सब स्वत: नियमन के काम में आता है। यहां एक ग्राफ का उदाहरण दिया गया है: वाई अक्ष पर - लक्स में रोशनी, एक्स अक्ष पर - समय के उदाहरण। ग्राफ उस क्षण को दिखाता है जब परिवेश प्रकाश बदल गया, और डिवाइस नए मूल्य पर समायोजित करना शुरू कर दिया:



यहां उन लोगों के लिए एक और व्यायाम है जो सर्किटरी को कसना चाहते हैं। छात्र सीखेंगे कि पीडब्लूएम (पल्स चौड़ाई मॉडुलन) क्या है और एक एलईडी बल्ब की चमक को कैसे नियंत्रित किया जाए।


इस प्रक्रिया में, कौन नहीं जानता कि कैसे - आस्टसीलस्कप मास्टर करें

हम 6LoWPAN प्रोटोकॉल का उपयोग करके प्रकाश बल्ब और सेंसर के ऐसे नेटवर्क में प्रत्येक डिवाइस को जोड़ने का प्रस्ताव करते हैं - यह एक और नया प्रोटोकॉल है, जो लोरा के विपरीत, जल्दी से काम करता है, एक छोटी संचार रेंज है, लेकिन एक जाल नेटवर्क बना सकता है। यह प्रोटोकॉल स्मार्ट होम नेटवर्क के लिए बहुत उपयुक्त है, जहां प्रतिक्रिया की गति महत्वपूर्ण है और दूरी अप्रत्याशित है।

अंत में, इस मामले में एक और अवधारणा पेश की गई है - इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स सिस्टम के केंद्रीय केंद्र के रूप में एक माइक्रो कंप्यूटर। कोई भी डेस्कटॉप कंप्यूटर स्थापित नहीं करेगा जहां लिनक्स के साथ माइक्रो कंप्यूटर स्थापित करना अधिक कॉम्पैक्ट और सस्ता है। हमारे मामले में, यह सैमसंग द्वारा बनाया गया एक आर्टिक कंप्यूटर है। आप चर्चा की गई LoRa या 6LoWPAN प्रोटोकॉल के संचार मॉड्यूल को इससे जोड़ सकते हैं और फिर इसे अपने सिस्टम के सर्वर के रूप में उपयोग कर सकते हैं। बेशक, छात्रों को लिनक्स कंसोल में कौशल की आवश्यकता होगी।


हमने सैमसंग आर्टिक 10 कंप्यूटर को पंप किया - इसे लोरा-मॉड्यूल के साथ प्रदान किया (फोटो में सफेद में)

केस 4: कचरा कर सकते हैं और बादल

केस का प्लॉट एक स्मार्ट शहरी अर्थव्यवस्था है। एक प्रणाली की कल्पना करें जो कचरा ट्रकों के मार्गों का अनुकूलन करती है ताकि उन्हें व्यर्थ न चलाएं। यहां हम इस प्रणाली का केवल एक हिस्सा बनाते हैं।

निम्नलिखित मापदंडों पर नज़र रखने के लिए मामला नीचे आता है:

• डंप बिन फुल - एक अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर के साथ
• आग की उपस्थिति - एक तापमान संवेदक का उपयोग करना
• स्थान - जीपीएस सेंसर का उपयोग करना।

सिम्युलेटेड डिवाइस का विस्थापन मानचित्र। वास्तविकता में, शायद ही कोई मॉस्को के आसपास इतनी गति से घूम सकता है।

इस मामले में, हम इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स प्लेटफ़ॉर्म और क्लाउड सर्विस के बारे में बात कर रहे हैं। IoT मंच समाधानों के परीक्षण और कार्यान्वयन में तेजी लाता है।

क्लाउड प्रौद्योगिकियां क्यों महत्वपूर्ण हैं? जब नेटवर्क पर उपकरणों की संख्या तेजी से बढ़ने लगती है, तो उनके सर्वर को बनाए रखने की लागत कंपनियों को क्लाउड सेवाओं का उपयोग करने के लिए मजबूर करती है। क्लाउड सर्वर क्षमता डेटा खनन विधियों का सफलतापूर्वक उपयोग करना संभव बनाती है। इसलिए, हमारी योजना मशीन सीखने के तरीकों के उपयोग से संबंधित मामलों को जटिल कार्यों में जोड़ना है।

हम छात्रों को सैमसंग आर्टिक क्लाउड प्लेटफॉर्म के साथ काम करने की पेशकश करते हैं। इस बारे में पहले से ही एक लेख है, इसलिए हम इसे नहीं दोहराएंगे।

केस 5: ग्रीनहाउस और टीम डेवलपमेंट

और अंत में, अंतिम मामला।

प्लॉट, जिसे केस में माना जाता है, एक ग्रीनहाउस है, और पर्याप्त उप-कार्य हैं: स्वचालित पानी, पौधों के लिए दैनिक प्रकाश चक्र, उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस, लॉगिंग, प्लॉटिंग।


2017 ग्रीष्मकालीन स्कूल के छात्र जीयूआई स्क्रीन

बुनियादी उपकरणों में पहले से ही महारत हासिल है, हम टीम के विकास पर ध्यान केंद्रित करते हैं। हम एक छोटे से खेल की व्यवस्था करते हैं जिसमें शिक्षक ग्राहक की भूमिका निभाता है, और छात्र एक छोटी विकास कंपनी की टीम की भूमिका निभाते हैं। "ग्राहक" प्रणाली के लिए अपनी इच्छाओं को बताता है, और छात्रों को सक्षम रूप से संदर्भ की शर्तों को आकर्षित करना चाहिए, कार्यक्षमता के सबसे महत्वपूर्ण और तत्काल तत्वों को कार्यान्वित करना, आपस में कार्यों को वितरित करना और समूह के भीतर एक परियोजना प्रबंधक का चयन करना।

हम छात्रों को डेवलपर और ग्राहक के बीच संचार में कठिनाइयों का प्रदर्शन करना चाहते थे। उस स्थिति में खुद को विसर्जित करें जहां ग्राहक यह नहीं बता सकता कि वह क्या चाहता है, और डेवलपर को परियोजना के लिए आवश्यकताओं को बाहर निकालना होगा।

कोर्स कैसा चल रहा है

2017 के पतन में, हमने दो विश्वविद्यालयों - MIPT और MIREA में अपना पाठ्यक्रम शुरू किया। वर्ष की पहली छमाही के लिए, छात्रों ने मामलों को पूरा किया, और अब उन्होंने अपनी परियोजनाओं पर व्यक्तिगत काम शुरू कर दिया है।

सभी सामग्री एक इलेक्ट्रॉनिक प्रशिक्षण प्रणाली में प्रदान की जाती हैं। हमने कक्षाओं की तैयारी के लिए पेपर वर्कबुक भी तैयार की है।



प्रशिक्षण पाठ्यक्रम के लिए 100 से अधिक छात्रों ने हस्ताक्षर किए। पहले सेमेस्टर के परिणामों पर आंकड़े - आंकड़े में। हम इस परिणाम का मूल्यांकन अच्छे के रूप में करते हैं: पाठ्यक्रम वैकल्पिक था, लेकिन मुख्य पाठ्यक्रम पर कार्यभार के बावजूद छात्रों ने इसमें भाग लिया।



दिलचस्प बात यह है कि पाठ्यक्रम छोड़ने वालों में, उत्तर बिल्कुल विपरीत थे: उन्होंने कहा कि यह बहुत मुश्किल था या बहुत आसान था!

ऐसा लगता है कि हमने छात्रों के औसत स्तर का अनुमान लगाया था। हमने अभी तक यह पता नहीं लगाया है कि कार्यक्रम में प्रवेश के स्तर को कैसे ठीक से कम किया जाए, लेकिन मजबूत लोगों के लिए हमने यह पेशकश करने का फैसला किया।

हार्डवेयर के करीब

प्रारंभ में, हमने प्रशिक्षण सेट से STM32 माइक्रोकंट्रोलर के निम्न-स्तरीय प्रोग्रामिंग में पाठ्यक्रम को शामिल नहीं किया, यह मानते हुए कि छात्रों को आवंटित समय में मास्टर नहीं किया जाएगा। हम गलत थे! विषय में जीवंत रुचि थी।

नतीजतन, वर्ष के मध्य में, आईटीआई के एमआईआरईए संस्थान ने ओलेग आर्टमोनोव से "आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामिंग" का एक अतिरिक्त पाठ्यक्रम आयोजित किया। ओलेग अपने पाठ्यक्रम को ऊपर से नीचे तक बनाता है, अर्थात, वह आरआईओटी ओएस वास्तविक समय ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए प्रोग्रामिंग के माध्यम से विषय का अध्ययन करने का सुझाव देता है। हमारे संसाधनों पर आप उनके व्याख्यान के नोट्स और वीडियो पा सकते हैं।

और MIPT में, शिक्षकों और छात्रों ने उसी विषय पर अपने स्वयं के पाठ्यक्रम का संचालन करना शुरू किया। इसके अलावा, हमारे युवा MIPT शिक्षकों ने अमूर्तता के स्तर को बहुत नीचे चला गया: सीधे रजिस्टरों के साथ काम करने से पहले। यहाँ उनके VKontakte समूह और YouTube पर व्याख्यान दिए गए हैं।

उनके अनुभव को संक्षेप में, हम अगले स्कूल वर्ष के लिए हमारे कोर IoT अकादमी पाठ्यक्रम के पूरक होंगे। आखिरकार, उच्च स्तर पर और फिर निम्न स्तर पर समस्या को हल करने की तुलना में कुछ भी अच्छा नहीं है, और अमूर्त दुनिया में मुफ्त उड़ान महसूस करें।


(नल, लोबुर - कंप्यूटर संगठन और वास्तुकला की अनिवार्यता)

आगे क्या है?

हम कार्यक्रम के परिणामों का मूल्यांकन कैसे करेंगे? बेशक, सबसे पहले, स्नातकों की अंतिम व्यक्तिगत परियोजनाओं के अनुसार। पहले, परियोजनाओं को विश्वविद्यालय स्तर पर संरक्षित किया जाएगा, और फिर हम एक अंतर-विश्वविद्यालय प्रतियोगिता का आयोजन करेंगे।

और सितंबर 2018 में, हम रूस में 10 विश्वविद्यालयों में एक अद्यतन पाठ्यक्रम शुरू करेंगे:

1. एमआईपीटी (मास्को)
2. MIREA (मास्को)
3. एचएसई (मास्को)
4. SPbSU (सेंट पीटर्सबर्ग)
5. NSTU (नोवोसिबिर्स्क)
6. उरफू (एकाटेरिनबर्ग)
7. KFU (कज़ान)
8. SUSU (चेल्याबिंस्क)
9. TUSUR (टॉम्स्क)
10. एनईएफयू (याकुतस्क)

यह उत्सुक है कि अब हमारा पाठ्यक्रम, एक विशेष विश्वविद्यालय की बारीकियों को दर्शाता है, विशिष्ट विशेषताएं प्राप्त कर रहा है। उदाहरण के लिए:

• TUSUR (टॉम्स्क) ने IoT प्रयोगशाला की मूल दिशा के रूप में सूचना सुरक्षा को चुना - हम चीजों के इंटरनेट के इस सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र में दिलचस्प वैज्ञानिक और अनुप्रयुक्त कार्यों की प्रतीक्षा कर रहे हैं!
• दक्षिण यूराल स्टेट यूनिवर्सिटी (चेल्याबिंस्क) में यह निर्णय लिया गया कि पाठ्यक्रम को एक साथ कई संकायों के लिए आधार के रूप में पेश किया जाएगा - कुल 500 से अधिक छात्र (!)
• यूराल संघीय विश्वविद्यालय (येकातेरिनबर्ग) में, अंतःविषय का बहुत महत्व है। शिक्षकों की टीम: गणितज्ञ, सर्किट इंजीनियर, प्रोग्रामर, अर्थशास्त्री, रेडियो इंजीनियर, सुरक्षा विशेषज्ञ और मशीन दृष्टि विशेषज्ञ!

सैमसंग के IoT अकादमी में एक गहन, लेकिन बहुत दिलचस्प स्कूल वर्ष आगे है।