Введение
Системы Умного Дома (СУД) являются достаточно старой концепцией, которая уже не первое десятилетие продвигается под различными акцентами производителями различного оборудования. При этом нет стройной системы понятий, что же такое Умный Дом как таковой, нет четкости формулировок и, соответственно, отсутствует единообразие в понимании, что же это такое. Вследствие этого на рынке имеется зоопарк решений, которые объявляют себя СУД, при этом ими не являясь, а реальные СУД каждый раз являются штучным товаром, который разрабатывается фактически с нуля под каждый проект и поэтому стоит запредельно дорого. Целью данного материала является систематизация подходов в проектированию СУД, упорядочения терминологического разнообразия, введение классификаций СУД.
Термины и определения
- Система Умного Дома (СУД)- единая, взаимоувязанная, обеспечивающая полный автоматический и автоматизированный мониторинг и управление система взаимодействия всего оборудования дома, всех сетей и систем с целью организации их гармоничной деятельности по обеспечению комфорта и безопасности человека — пользователя.
- Умный Дом (Здание)(УД) — совокупность строительных конструкций, предметов обстановки, всего активного и пассивного оборудования Дома (Здания), всех сетей и систем, включая СУД.
Назначение СУД
Целью развертывания СУД является обеспечение комфорта и безопасности пользователям УД. Каждая из составных частей УД без СУД сама по себе обеспечивает выполнение своих локальных задач по обеспечению комфорта и/или безопасности, но использование СУД придает этим системам синергетический эффект, который превышает сумму их отдельных полезных свойств.
Составные части СУД
С целью определения целевых направлений развития УД и СУД на его основе, вводится следующая классификация направлений систем УД:
- Инженерные системы
- Мультимедийные системы и связь
- Телемедицина
- Робототехника
Инженерные системы
Под инженерными системами подразумеваются все системы обеспечения жизнедеятельности и безопасности, такие как:
- Электроснабжение
- Освещение
- ХВС
- ГВС
- Отопление
- Кондиционирование
- Вентиляция
- Управление отходами
- ОПС
- Видеонаблюдение
- СКУД
Мультимедийные системы и связь
Под мультимедийными системами подразумеваются все системы потребления и генерации контента, таки как:
- SatTV
- CTV
- IPTV
- Video On Demand
- Радио аналоговое
- Internet Radio
- SatRadio
- Мультимедийные библиотеки, локальные и удаленные
- PSTN
- Mobile связь
- IP-Телефония
- Игровые устройства
- Доступ в интернет
Телемедицина
Под телемедициной подразумеваются системы, обеспечивающие дистанционный мониторинг состояния здоровья пользователя и обеспечения некоторых медицинских манипуляций, а так же помощи в случае необходимости:
- Инструментальный мониторинг параметров организма
- Голосовой и визуальный мониторинг состояния организма
- Проведение медицинских манипуляций
- Обеспечение ухода за пользователями с ограниченными возможностями
Робототехника
Под робототехникой подразумеваются подвижные и встроенные активные системы, которые обеспечивают активное воздействие на внешний мир:
- Автономные системы
- Встроенные системы
Внешнее окружение СУД
СУД не должна проектироваться как автономная система. Необходимо сразу предусматривать ее увязку с системами более высокого уровня. К примеру, СУ здания, микрорайона, города и так далее. Необходимо предусматривать взаимодействие с системами ведомств и предприятий, например с системами экстренной помощи, системами учета ресурсов, системами доставки контента и продукции. Таким образом, необходимо сразу закладывать возможности по взаимодействию СУД с внешним миром, что позволит обеспечить дополнительное качество сервисов, предоставляемых СУД пользователю.
Составные части СУД
Проектирование СУД должно вестись исходя из модели составных частей. Нужно понимать какие части СУД реализованы, какие к ним предъявляются требования и в каком объеме они будут реализованы в каждом конкретном случае. Предлагается следующая классификация составных частей СУД:
- Датчики — устройства, предоставляющие информацию о состоянии объектов физического мира
- Исполнительные устройства — устройства, обеспечивающие воздействие на состояние объектов реального мира согласно командам
- Сеть сбора данных и передачи команд — совокупность систем, обеспечивающих прием данных с датчиков и выдачу команд на исполнительные устройства, может основываться как на проводных, так и беспроводных технологиях
- Шлюз к внешним системам — подсистема, обеспечивающая стык с внешними системами
- Система хранения данных — подсистема архивации данных любого вида, в том числе и состояний датчиков и исполнительных устройств, а так же любых других необходимых данных
- Система обеспечения взаимодействия с пользователем — подсистема, обеспечивающая пользователю доступ к функциям СУД через разнообразные клиентские приложения
- Клиентское приложение — программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий доступ пользователю ко всем или части функций СУД
- Интеллектуальное ядро — программная система, обеспечивающая «интеллект» СУД. Может быть разного уровня, начиная от простой системы правил по типу «что, если», и заканчивая достаточно сложными системами ИИ, основанными на экспертных системах и нейросетях
Сеть сбора данных и передачи команд
Одной из немаловажных проблем СУД является обеспечение связности датчиков и исполнительных устройств с ядром СУД. Система связи должна отвечать следующим требованиям:
- Требовать минимального количества строительно-монтажных работ для своей организации
- Создаваться на основе недорогих компонентов
- Обеспечивать надежную идентификацию активных устройств
- Обеспечивать высокие уровни качества передачи данных, быть устойчивой к помехам
- Обладать достаточной пропускной способностью
- Иметь возможность сохранять работоспособность в случае повреждения части системы и/или головных устройств
- Обеспечивать максимально широкую номенклатуру устройств, а также поддерживать легкую интеграцию новых устройств в систему
Имеются три варианта организации подобной сети:
- Беспроводная
- По специально проложенным проводам (как правило типа витая пара)
- По силовым кабелям
Беспроводные системы
Беспроводные системы бывают двух видов: с фиксированной топологией и меш-сети. Первый вариант — классическая сеть, которая проектируется, развертывается и маршрутизируется вручную. Второй, более перспективный вариант — самоконфигурирующаяся однораноговая сеть. К таким сетям относятся:
- Z-Wave
- ZigBee
- Bluetooth v4.0
- ONE-NET
Проводные системы
Проводные системы как правило строятся на основе последовательных протоколов, типа 1-wire и тому подобное. Недостатком является необходимость прокладки специальных кабелей. Так же, как правило, не обеспечивают резервирование. Среди известных:
- EIB
- LonWorks
Проводные системы по силовым кабелям
Были одни из самых известных и доступных до определенного времени, но в силу низкой скорости передачи, начинают вытесняться другими системами. Среди них:
- X-10 одноименной фирмы;
- CEBus компании Intellon ;
- LonWorks корпорации Echelon;
- Adaptive Networks, предложенная фирмой с таким же названием ;
- DPL 1000 производства NOR.WEB ;
- PLC Universal Powerline Association.
Интеллектуальное ядро
Если с остальными системами все более или менее понятно, то про интеллектуальное ядро необходимо поговорить подробнее. Основная проблема СУД заключается в том, что на данном этапе есть проблема обеспечить сценарии их использования. Затраты и сложности создания СУД кажутся несоизмеримыми по сравнению с потенциальной пользой, которую они могут принести. При этом, простейшие сценарии использования СУД реализуются и без их наличия, а более сложные сценарии кажутся настолько сложными, что пользователь СУД очевидно не будет в состоянии не только настроить их в СУД, но и даже просто пользоваться ими в привычной парадигме интерфейса. Коренной перелом должен быть достигнут тремя новыми парадигмами, которые на данном этапе в СУД практически не используются:
Парадигма аутсорсинга функций обслуживания
Данная парадигма говорит о том, что обслуживание СУД не должно производиться пользователем самостоятельно. Более того, скорее всего, оно должно быть запрещено, потому что СУД — это чрезвычайно сложная техническая система и не может быть обслужена в полном объеме даже одним специалистом, ибо каждая из подсистем требует специфических навыков и, соответственно, разных специалистов. При этом одной из функций обслуживания должна стать функция настройки сценариев поведения СУД. И эту функцию нужно отдать на аутсорсинг, чтобы по запросам пользователей СУД, специалист мог настроить необходимый сценарий.
Парадигма интеллектуализации функции управления
В этой парадигме СУД должна обзавестись искусственным интеллектом, который позволит ей гибко реагировать на ситуации и обеспечивать отработку весьма сложных сценариев. В принципе, ставится задача обеспечить самообучение этого ИИ, с целью автоматизации сценарного проектирования. Таким образом, неотъемлемой частью любого проекта СУД должен стать движок ИИ, способный на основе паттернов внешних воздействий, полученных от датчиков, формировать паттерны внешних воздействий на исполнительные устройства таким образом, чтобы обеспечить подстройку СУД под жизненные процессы пользователя. В результате функция управления должна состоять из двух частей: алгоритмов, настроенных специалистами и алгоритмов разработанных ИИ самостоятельно. В какой-то части они могут пересекаться.
Парадигма гуманитарного интерфейса
Одной из ключевых проблем эксплуатации современных средств ИТ является то, что пользователь вынужден подстраиваться под логику работы ПАК, а не наоборот. Это, в частности касается и интерфейсов. В СУД самым естественным интерфейсом является выдача голосовых команд. Она не требует какого-либо оборудования, позволяет идентифицировать пользователя по голосу, является наиболее естественным с точки зрения человека. Таким образом, успешная СУД должна обязательно иметь в своем составе полноценный голосовой интерфейс, который в совокупности с ИИ, должен образовывать некую псевдоличность, с которой и пользователь и будет ассоциировать свой УД. Все эти функции должны образовывать интеллектуальное ядро, которое, собственно, и станет ключевым элементом успеха СУД.
Литература
- Статья на кбинфо
- Публикации на Хабре
Автор: Escalibur
