Sistemas Ciberfísicos e Internet das Coisas

Código:

M.IA036

Sigla:

SCIC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciência de Computadores
OFICIAL	Engenharia Informática

Ocorrência: 2025/2026 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Informática
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Inteligência Artificial

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M.IA	15	Plano de estudos oficial	1	-	6	39	162
			2

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

Esta unidade curricular oferece uma cobertura abrangente das tecnologias de sistemas ciberfísicos (CPS) e Internet das Coisas (IoT), com ênfase nos fundamentos teóricos, competências práticas de implementação e capacidades de avaliação crítica.

O curso integra conhecimentos técnicos avançados com experiência prática em projetos para preparar os estudantes para funções de investigação e na indústria neste campo em rápida evolução.

A abordagem pedagógica garante que os estudantes desenvolvam conhecimentos técnicos e competências profissionais essenciais para carreiras em sistemas ciberfísicos e Internet das Coisas, ao mesmo tempo que promove a inovação, o pensamento crítico e a capacidade de resolução colaborativa de problemas.

Objetivos técnicos
- Desenvolver uma compreensão abrangente das tendências atuais, arquiteturas e modelos computacionais em tecnologias CPS/IoT.
- Dominar competências práticas em plataformas tecnológicas CPS/IoT, protocolos de conectividade sem fios e soluções de computação edge.
- Adquirir conhecimentos especializados em metodologias de integração de sistemas, plataformas de middleware e padrões de interoperabilidade.

Objetivos analíticos e de design
- Cultivar capacidades de pensamento crítico para analisar compromissos, avaliar alternativas de design e avaliar características de desempenho do sistema.
- Desenvolver competências de design para criar sistemas CPS/IoT integrados que abordem desafios do mundo real, considerando requisitos de qualidade.
- Promover capacidades de inovação para propor novos paradigmas e soluções em aplicações emergentes de CPS e IoT.

Objetivos profissionais e de investigação
- Desenvolver competências de investigação, incluindo revisão bibliográfica, aplicação de metodologias e documentação sistemática de resultados.
- Aprimorar as habilidades de colaboração por meio do trabalho em equipa multidisciplinar e da comunicação eficaz com atores técnicos e não técnicos.
- Preparar-se para a prática profissional, compreendendo as implicações éticas, as considerações de segurança e o impacto social das tecnologias CPS/IoT.

Resultados de aprendizagem e competências

Os resultados de aprendizagem estão estruturados para progredir do conhecimento básico para capacidades analíticas e criativas avançadas.
Após a conclusão bem-sucedida desta unidade curricular, os estudantes serão capazes de:

LO1: Demonstrar conhecimento abrangente dos fundamentos de CPS e IoT.
- Identificar e definir conceitos-chave, terminologias e componentes dentro de sistemas ciberfísicos e arquiteturas de IoT.
- Explicar a evolução, as tendências atuais e as direções futuras das tecnologias CPS e IoT.
- Descrever casos de uso típicos em vários domínios e diferenciar seus requisitos específicos de sistema.

LO2: Compreender os princípios arquiteturais e modelos computacionais
- Explicar diferentes padrões arquiteturais, modelos de referência e metodologias de design usados em sistemas CPS e IoT.
- Discutir os fundamentos teóricos e justificar a seleção de modelos computacionais apropriados para aplicações específicas.
- Comparar várias plataformas de middleware, protocolos de comunicação e padrões de interoperabilidade.

LO3: Aplicar conhecimentos técnicos a desafios de design de sistemas
- Implementar conectividade de dispositivos IoT utilizando tecnologias sem fios e protocolos de comunicação adequados.
- Configurar e implementar soluções de computação edge e modelos de comunicação de publish-subscribe.
- Demonstrar proficiência na utilização de plataformas e ferramentas de desenvolvimento contemporâneas para implementação de CPS/IoT.

LO4: Analisar requisitos de sistema e características de desempenho
- Analisar as vantagens e desvantagens entre diferentes opções de conectividade sem fios e o seu impacto no desempenho do sistema.
- Examinar os desafios de confiabilidade, segurança e privacidade e avaliar suas implicações para o projeto do sistema.
- Investigar e documentar os sistemas CPS e IoT existentes usando abordagens metodológicas sistemáticas.

LO5: Avaliar e criticar soluções de projeto de sistemas
- Avaliar abordagens alternativas de projeto para sistemas CPS e IoT com base em requisitos e restrições de qualidade.
- Criticar as implementações existentes e justificar as decisões de projeto usando raciocínio baseado em evidências.
- Avaliar o impacto mais amplo das tecnologias CPS e IoT no desenvolvimento de sistemas em grande escala e as implicações sociais.

LO6: Projetar e criar sistemas CPS/IoT integrados
- Projetar e desenvolver sistemas completos baseados em CPS e IoT, integrando vários componentes de hardware e software.
- Criar soluções inovadoras que abordem desafios do mundo real, considerando restrições interdisciplinares.
- Sintetizar conhecimentos de vários domínios para propor novos paradigmas e abordagens em CPS e IoT.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

Módulo 1: Fundamentos e modelos de referência de CPS e IoT
Âmbito: Conceitos fundamentais, definições e casos de uso em vários domínios de aplicação.
Tópicos principais: Arquiteturas de referência, análise de requisitos do sistema, tendências e paradigmas emergentes.
Foco de aprendizagem: Aquisição de conhecimento e compreensão conceptual da área.

Módulo 2: Arquitetura do sistema e modelos computacionais
Âmbito: Padrões arquiteturais avançados e estruturas computacionais para o design de CPS.
Tópicos principais: Sistemas incorporados em rede, modelos de computação, princípios de confiabilidade, visões e padrões arquiteturais.
Foco de aprendizagem: Compreensão dos princípios de design e tomada de decisões arquiteturais.

Módulo 3: Dispositivos de ponta e tecnologias de conectividade
Âmbito: Plataformas de hardware, protocolos de comunicação e soluções de conectividade ponta a ponta.
Tópicos principais: Restrições de dispositivos, tecnologias sem fios, análise de desempenho de protocolos, paradigmas de computação edge.
Foco de aprendizagem: Implementação técnica e estratégias de seleção de protocolos.

Módulo 4: Plataformas de middleware e interoperabilidade
Âmbito: Tecnologias de integração e estruturas de interoperabilidade semântica.
Tópicos principais: Modelos de comunicação publish-subscribe, comparação de plataformas, tecnologias da web semântica, integração de dados.
Foco de aprendizagem: Integração de sistemas e metodologias de avaliação de plataformas.

Módulo 5: Confiabilidade, segurança e privacidade
Âmbito: Atributos de qualidade e gestão de riscos em sistemas CPS/IoT.
Tópicos principais: Ameaças à segurança, técnicas de preservação da privacidade, tolerância a falhas, gestão da confiança.
Foco de aprendizagem: Avaliação crítica das vulnerabilidades do sistema e estratégias de mitigação.

Módulo 6: Novos paradigmas e direções futuras
Âmbito: Tecnologias emergentes e área de investigação em CPS/IoT.
Tópicos principais: integração de inteligência artificial, aplicações de computação edge, considerações de sustentabilidade, implicações éticas.
Foco de aprendizagem: pensamento inovador e orientação para a pesquisa.

Bibliografia Obrigatória

Song, Houbing,; Cyber-physical systems : foundations, principles and applications /. ISBN: 0128038012
Batalla, Jordi Mongay.; Beyond the Internet of Things : Everything Interconnected /. ISBN: 3-319-50756-7
Platzer , André; Logical foundations of cyber-physical systems. ISBN: 978-3-319-63588-0
Serpanos , Dimitrios; Internet-of-Things (IoT) systems : architectures, algorithms, methodologies. ISBN: 978-3-319-69715-4

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Palestras para exposição de aspetos teóricos: introduzir e consolidar os conceitos teóricos fundamentais e os conhecimentos básicos relacionados com CPS/IoT.

Sessões com especialistas convidados: profissionais da indústria e investigadores apresentam os desafios atuais, implementações no mundo real e tendências emergentes.

Seminários interativos: discussões sobre temas complexos e análise de estudos de caso para promover a aprendizagem colaborativa, a discussão entre pares e o raciocínio científico.

Aprendizagem ativa baseada em projetos (projeto de semestre completo) conceber, implementar e avaliar sistemas CPS/IoT completos:
- Definição de um problema relevante para a indústria no domínio CPS/IoT.
- Identificação de requisitos e critérios de sucesso.
- Revisão da literatura e análise do estado da arte.
- Concepção, implementação e avaliação experimental do PoC.
- Análise e reflexão sobre aspetos de qualidade funcionais e não funcionais (incluindo critérios de fiabilidade, segurança e desempenho).

Os estudantes são incentivados a utilizar hardware real, sempre que possível, e a alinhar o trabalho com a investigação sobre problemas relevantes para a indústria.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	30,00
Trabalho prático ou de projeto	70,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	15,00
Elaboração de projeto	54,00
Estudo autónomo	54,00
Frequência das aulas	39,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Condições de Frequência: Nota mínima de 50% na avaliação distribuída. Nota mínima de 40% em cada um dos minitestes.

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação contínua (30%) + Projeto (70%)

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Idênticas às dos estudantes ordinários