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loT4U

Thema:

Digitalisierung, Vernetzung und intelligente Funktionen geraten immer mehr in den Fokus der Öffentlichkeit. Sie bilden die Grundlage für einen technologischen Umbruch in der Gesellschaft und sind Ziel aktueller Forschung und Entwicklung. Eine der prominentesten Anwendungen ist das sogenannte Internet-of-Things (IoT). IoT Geräte bieten intelligente Funktionen mit einer hohen Vernetzung an. Sie bilden eine elementare Grundlage für Zukunftsthemen wie Smart Homes and Cities. Neben intelligenten Sensoren spielen auch Sprach- und Bilderkennung eine wichtige Rolle. Für die Umsetzung ist eine hohe Energieeffizienz sehr wichtig. Zum einen müssen IoT Geräte eine hohe Performanz aufweisen um komplexe Algorithmen auszuführen und zum anderen dabei möglichst wenig Energie verbrauchen. Dazu werden primär domainenspezifische HW-Beschleuniger entwickelt. In diesem Zusammenhang hat die moderne, offene und freie RISC-V Instruktionssatzarchitektur eine enorme Bedeutung gewonnen. RISC-V ist sehr modular aufgebaut und von Grund auf entwickelt worden um benutzerdefinierte Instruktionssatzerweiterungen einzubauen um Anwendungsfälle zu beschleunigen. Neben der HW spielt auch die SW eine sehr wichtige Rolle im Entwurfsablauf. Um eine parallele Entwicklung von HW und SW zu ermöglichen finden virtuelle Prototypen Anwendung, d.h. abstrakte Simulationsmodelle der HW, die die SW ausführen können. Besonders im IoT Bereich sind auch Verifikationslösungen elementar, die Safety und Security Aspekte auf HW und SW Ebene abdecken. Zudem fallen große Datenmengen an, die gesammelt, verarbeitet und visualisiert werden. Dabei werden neben der lokalen Verarbeitung am IoT Gerät auch zentrale Services in der Cloud verwendet die mehr Rechenleistung bieten. Des Weiteren kann auch die effiziente Vernetzung von verschiedenen IoT Geräten untersucht werden. In diesem Projekt soll der eben skizzierte Entwurfsablauf für moderne IoT Systeme betrachtet werden. Dabei sollen konkret ein oder mehrere IoT Geräte mit intelligenten Funktionen entwickelt werden. Es ergeben sich verschiedene spannende Fragen:

  • Wie sieht der moderne Systementwurf aus?
  • Welche HW-Beschleuniger bieten sich an?
  • Wie können diese in eine moderne
    Instruktionssatzarchitektur integriert werden?
  • Wie baut man die zugehörige SW?
  • Wie können neuronale Netze effizient integriert werden?
  • Welche Verifikationslösungen bieten sich an?
  • Wie können Berechnungen zentral oder dezentral ausgeführt werden?
  • Wie können große Datenmengen effizient verarbeitet und visualisiert werden?
  • Welche Benutzerschnittstellen eignen sich?

Ziele:

Im Projekt IoT4U wollen wir die Studenten an einem praktischen Beispiel an den modernen Systementwurf heranführen. Dazu sollen IoT Geräte mit intelligenten Funktionen entwickelt werden. Hier werden sowohl die HW als auch SW Komponenten benötigt. Eine zentrale Rolle spielen dabei Beschleuniger in der HW insbesondere mit Zusammenhang zu Algorithmen der künstlichen Intelligenz um die domainenspezifischen Anwendungsfälle zu beschleunigen. Neben der Entwicklung spielt auch die Verifikation eine sehr wichtige Rolle sowie Services, die eine zentralisierte Datenverarbeitung und Visualisierung ermöglichen.

Voraussetzungen:

Wer an vorderster Front der Entwicklung von intelligenter Technologie mitarbeiten möchte oder Interesse am Systementwurf von modernen eingebetteten Systemen hat, ist in IoT4U richtig aufgehoben. Grundsätzlich bewegt sich das Projekt in ähnlichen Bereichen wie Praktische Informatik 1/2 und Technische Informatik 1. Wer Spaß an Algorithmen und Lösungstechniken hat, wird sich auch in IoT4U wiederfinden. Das Projekt ist für Studierende aus den Bachelorstudiengängen Informatik, Systems Engineering und Digitale Medien offen. Eine Weiterführung des Projektes im Masterstudiengang ist geplant. Das Bachelorprojekt bereitet auf die Masterprofile SQ und KIKR und teilweise auch DMI vor.




[Folien (ausser Übungsblätter) nur aus dem Campusnetz erreichbar]




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