Анонс: инфраструктура систем автоматизации умного дома. Уровни автоматизации умного дома - устройств и датчиков, связи и шлюзов, интеллектуального управления и принятия решений, облачных вычислений, представления и контроля, безопасности.

Программные приложения для Умного дома (smart home (SH), а по факту систем домашней автоматизации - smart home automation systems, SHAS) проектируются и разрабатываются для снижения нагрузки на людей и предоставления им удобного и удаленного доступа к своим домам в любое время и без ограничений дальности передачи, подключения или местоположения пользователя. В то же время сам Умный дом должен обладать интеллектуальными способностями, возможностями управления и мониторинга, вычислительной мощностью и коммуникативными навыками для улучшения повседневного здорового образа жизни владельцев.

В целом Умный дом включает в себя различные категории устройств, бытовой техники, датчиков и исполнительных механизмов, которые взаимосвязаны для обмена информацией без ограничений времени и местоположения. Эти устройства варьируются от интеллектуального освещения и систем контроля и мониторинга окружающей среды до сложных систем безопасности и взаимосвязанных приборов, которые работают вместе, повышая комфорт, безопасность и эффективность жилых домов и окружающей среды. Однако все компоненты системы домашней автоматизации должны быть надежно связаны между собой и управляющими устройствами посредством информационных каналов и специального программного обеспечения. Более того, появление Интернета вещей (Internet of Things - IoT) сыграло важную роль в интеграции систем и устройств умного дома, позволив бытовым приборам подключаться к Интернету и взаимодействовать друг с другом новым способом.

Уровни автоматизации умного дома.

Система автоматизации умного дома функционирует на основе слоистой архитектуры, которая включает в себя уровень интеллектуальных устройств и датчиков, уровень связи и шлюзов, уровень интеллектуального управления и принятия решений, уровень облачных вычислений, уровень представления и контроля, а также уровень безопасности.

Уровень интеллектуальных устройств и датчиков (Smart Device and Sensor - SDS).

Среда умного дома включает в себя интеллектуальные устройства и датчики, которые позволяют дистанционно управлять приборами, окружающей средой, обнаруживать и контролировать определенные факторы внутри и за пределами дома. Этот слой состоит из аппаратного обеспечения, участвующего в настройке системы, которую в целом формирует бытовая техника, устройства, различные типы датчиков и элементы окружающей среды. Такие приборы, как светильники, микроволновые печи, лампы, отопительные и вентиляционные приборы, умные розетки и вилки, телевизоры и другие электроприборы, попадают в слой умных устройств. Этот слой важен, потому что он является «сердцем» всей системы, а без надлежащего функционирования приборов и устройств на этом уровне цель создания системы автоматизации умного дома будет сведена на нет.

Уровень связи и шлюза.

Умный дом автоматизирует устройства в доме для интеллектуального управления и реагирования без физических усилий со стороны человека, а устройства и сервисы, обеспечивающие связь между пользователем и домом обеспечивают коммуникационные сети. Коммуникационный и шлюзовой уровень включает в себя сетевой режим и среду, используемую пользователем для управления и мониторинга умного дома.

Уровень шлюза отвечает за унифицированное подключение и связь между домашними сетями, устройствами, протоколами и механизмом дистанционного управления. Этот слой также передает информацию с датчиков и других устройств в централизованный центр обработки информации через RFID, Wi-Fi и другие технологии связи. Кроме того, шлюз связывает дом с внешней системой для управления и служит каналом связи с другими сетевыми устройствами в архитектуре системы.

Интеллектуальное управление и уровень принятия решений

Датчики и устройства в доме генерируют данные об окружающей среде и состоянии дома, а входные и выходные сигналы принимаются для управления и мониторинга дома. Интеллектуальный слой управления отвечает за оперативную и точную функциональность дома, обеспечивает классификацию, принятие решений, прогнозирование и анализ для интеллектуального управления и мониторинга.

Этот уровень улучшает систему умного дома в таких областях, как автоматическое переключение устройств, безопасность, конфиденциальность, авторизация, аутентификация, снижение энергопотребления, вторжение и обнаружение. В этот слой встроены алгоритмы машинного обучения, искусственный интеллект и алгоритмы глубокого обучения для автоматизации умного дома.

Уровень облачных вычислений.

Облачные вычисления — это услуги, предоставляемые через Интернет для хранения, аналитики на серверах и в сетях (в «облаке» - центрах обработки данных с прогрессивным адаптивным (самообучаемым) программным обеспечением), которые дают клиенту доступ к информации из любого места и в любое время. При использовании облачных вычислений (Cloud computing) пользователю не нужно находиться в том же месте, что и устройство хранения, прежде чем изменять данные, а сами услуги имеют такие преимущества, как сниженная плата за обслуживание, большая емкость хранилища, предотвращение потери данных, простота, скорость доступа к данным и гибкость.

Сбор данных необходим для анализа, представления и прогнозирования, а услуги, предоставляемые центрами обработки, позволили системам умного дома воспользоваться ресурсами, доступными для связи, передачи, хранения и извлечения данных, используемых в доме. Этот уровень гарантирует, что данные, генерируемые датчиками, и данные с других домашних устройств хранятся непосредственно в облаке для домашнего мониторинга, анализа и прогнозирования будущего.

Сочетание технологий умного дома и облачных вычислений делает систему умного дома надежной и масштабируемой с расширенным предоставлением услуг. В то же время, объединение сервисов облачных вычислений с IoT приводит к оптимизации ресурсов как в локальных, так и в центральных вычислительных средах, улучшает и дополняет функциональность системы «умный дом», а также способствует снижению затрат на настройку системы smart home.

Уровень управления.

Уровень управления, часто называемый презентационным слоем, играет решающую роль в автоматизации умного дома, предоставляя интерфейс управления. Этот уровень включает в себя программное обеспечение и приложения, которые обеспечивают удаленное управление, контроль и мониторинг дома.

Основными интерфейсами приложений в умных домах являются веб- и мобильные приложения, интерфейс которых служит шлюзом для управления и мониторинга различных аспектов умного дома. Через этот интерфейс выдаются команды для управления устройствами или получения доступа к информации удаленно, а дизайн интерфейса включает в себя экраны, вкладки и графическое представление выходов датчиков, что позволяет пользователям выполнять различные задачи и визуализировать изменения в состоянии дома и его окружения.

Уровень безопасности.

Уровни безопасности обеспечивают безопасность данных, системы и информации в среде smart home и поэтому этот слой имеет важное значение при разработке системы автоматизации умного дома. Задачами этого уровня является обеспечение конфиденциальности, аутентификации, прозрачности, контроле доступа, мониторинга и неприкосновенности частной жизни. Домашние каналы связи и шлюзы должны быть надежно защищены, чтобы избежать нарушений безопасности и атак, а также должна быть обеспечена конфиденциальность информации, отправляемой и получаемой через интернет и платформу умного дома.