В статье рассматриваются способы организации удаленного управления системами умного дома с помощью облачных технологий. Вначале проанализировано типовое построение систем умного дома, а далее рассматривается внедрение облачных технологий в подобные системы.
Ключевые слова: умный дом, интеллектуальное здание, Интернет вещей, облачные вычисления.
1. Введение
Термин «умный дом» или «интеллектуальное здание» используется для обозначения современных домов и зданий, в которых инженерные, информационные системы и системы безопасности объединены в единую и организованную комплексную интеллектуальную систему. Данная интеллектуальная система призвана обеспечивать большую безопасность, а также наилучший комфорт обитателям дома.
Как правило, основная причина установки систем умного дома состоит в повышении домашнего комфорта путем автоматизации рутинных задач, таких как управление освещением, климат-контролем, системами мультимедиа и т. п.
Технологии умного дома состоят из двух основных составляющих: аппаратного и программного обеспечения. Типовое аппаратное обеспечение умного дома обычно включает в себя следующие компоненты:
- контроллер (зачастую в этой роли может выступать обычный персональный компьютер), на который устанавливается программное обеспечение для управления системами умного дома;
- модули (платы) расширения — специальные устройства, к которым подключаются различные датчики и управляемые устройства;
- конечное оборудование — датчики для отслеживания различных параметров и устройства, управление которыми ложится на плечи умного дома.
На рисунке 1 представлена типовая схема аппаратного обеспечения умного дома.
Рис. 1. Типовая схема аппаратного обеспечения умного дома
Управление, настройка и диагностика системам умного дома в этом случае осуществляются через стационарный компьютер.
2. Интернет вещей и облачные вычисления
В настоящее время большинство устанавливаемых систем умного дома не обладают функцией удаленного управления через Интернет. Между тем мобильные устройства с постоянным доступом к сети стали сегодня обыденным явлением, они есть практически у каждого.
В 1999 году основатель исследовательского центра Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон предложил термин Internet of Things (Интернет вещей). Его суть состоит в том, что вещи нового поколения будут не только «умными», но и объединенными в сеть — Интернет вещей.[1] Концепция предполагает, что такие устройства как смартфоны, планшеты, телевизоры, различные датчики и управляемые устройства, имеющие беспроводные модули Wi - Fi и Bluetooth, смогут взаимодействовать между собой и пользователями посредством этих беспроводных модулей.
В связи с массовым распространением мобильных устройств, соответствующих концепции Интернет вещей, стало возможным удаленное управлением своим умным домом.
Очевидные преимущества при наличии функции удаленного управления системами умного дома:
- Главное преимущество — это конечно же большая безопасность. При нахождении жильцов за пределами своего дома или квартиры возможно удаленное наблюдение с помощью камер за ситуацией или удаленный мониторинг в доме путем отслеживания состояния различных датчиков, используемых в системах безопасности (пожарные датчики, датчики открытия/закрытия дверей и т. д.). Кроме того, для тех, кто часто забывает выключить свет или какие-нибудь приборы, данная функция будет очень полезной.
- Основное же преимущество — это повышение комфорта пользователей умного дома. Часто в управляющих системах умного дома используют сценарии по управлению светом и теплом, когда вся работа осуществляется в автоматическом режиме. Зачастую некоторые пользователи предпочитают обходиться без таких сценариев. И при наличии функции удаленного управления пользователь, например, может сам при подходе к своему дому или при уходе с работы включить необходимые ему устройства (включить освещение, бытовые приборы, а также заранее включить отопление или кондиционер).
Осуществление функции удаленного доступа возможно с помощью применения облачных вычислений, когда пользователи обеспечиваются повсеместным доступом к сетевым вычислительным ресурсам, сервисам и приложениям.
Существует несколько моделей облачных вычислений. Применительно к рассматриваемому в статье варианту удаленного управления системами умного дома больше подходит модель SaaS (программное обеспечение как услуга). Данная модель подразумевает предоставление клиенту доступа к программному обеспечению через Интернет. Основное преимущество модели SaaS для конечного пользователя состоит в отсутствии необходимости установки и обновления программного обеспечения, также ему не нужно заботиться о работоспособности оборудования, на котором функционирует приложение.
При применении облачных вычислений в системах умного дома возможны два варианта. В первом случае контроллер (сервер) для управления устройствами умного дома может быть расположен не в самом доме (эту функцию возьмет на себя облако), благодаря чему управление системами умного дома может осуществляться откуда угодно при наличии доступа к Интернету. При втором варианте (рис. 2) контроллер может располагаться дома, но при этом через облако будет обеспечиваться только удаленное управление — все программное обеспечение будет установлено на облачном сервере. Кроме того, во втором случае от домашнего контроллера будет требоваться только функция для обеспечения модулям расширения доступа к Интернету, что в свою очередь уменьшает требования к техническим характеристикам контроллера. Также в случае внедрения удаленного управления уже в существующую систему умного дома не потребуется замены никакого оборудования, достаточно будет только обеспечить доступ контроллера к облачному серверу.
Рис. 2. Схема аппаратного обеспечения умного дома с функцией удаленного управления
Непосредственно удаленное управление системами умного дома возможно осуществлять либо через веб-браузер, либо через специальное мобильное приложение.
Стоить отметить еще одну немаловажную деталь. Многие современные устройства, используемые в умном доме, как конечное оборудование, так и управляющие устройства, работают по своим собственным протоколам передачи данных и, кроме того, могут взаимодействовать с Интернет-сервисами только через свои API. Поэтому зачастую нет возможности расширить систему умного дома, например, каким-нибудь умным холодильником, или же добавить к ней устройства, работающие по другим протоколам передачи данных. Однако с помощью облачного сервиса, который будет предоставлять общий интерфейс управления всеми системами, а различные устройства будут взаимодействовать между собой через облако, появляется возможность использования устройств от разных производителей с различными протоколами передачи данных. В итоге применение облачных технологий в системах умного дома позволит сделать их намного более гибкими, а также позволит сократить затраты на обслуживание и расширение системы.
3. Протокол взаимодействия облачного сервера с устройствами умного дома
Для успешного взаимодействия облачного сервера с устройствами умного дома оба этих компонента должны «разговаривать» друг с другом на одном языке. Самым простым решением в данном случае является обмен данными через XML-сообщения. Одним из протоколов, использующих XML для обмена данными, является SOAP (от англ. Simple Object Access Protocol — простой протокол доступа к объектам). Основным преимуществом использования SOAP является то, что он способен обеспечивать непрерывное взаимодействие веб-сервиса с устройствами, работающими по различным протоколам передачи данных.
Остальные преимущества применения формата SOAP перед другими форматами для передачи данных:
- кодировать в XML структуры данных с использованием SOAP так же легко, как и данные простых скалярных типов;
- при использовании SOAP-сообщений предоставляются дополнительные инструменты, позволяющие легко добавлять, например, функции обеспечения безопасности или трассировки;
- имеются наборы инструментов SOAP для различных языков программирования. [2]
4. Заключение
В статье было рассмотрено применение облачных технологий в системах умного дома. Применение подобных технологий сулит обитателям дома значительное повышение безопасности и комфорта, а также упрощается дальнейшее обслуживание и расширение уже установленных систем умного дома.
Вместе с тем вопрос взаимодействия между собой облачного сервера с устройствами умного дома требует более детальной проработки. Кроме протокола SOAP следует рассмотреть и другие варианты, что будет являться темой дальнейших исследований.
Литература:
1. Черняк Л. Интернет вещей: новые вызовы и новые технологии // Открытые системы. — 2013. — № 04.
2. Интеграция и взаимодействие в сети Веб [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/485/341/lecture/8211.
