«Домашняя автоматизация» относится к автоматическому и электронному управлению бытовыми функциями, деятельностью и приборами. Проще говоря, это означает, что вы можете легко контролировать коммунальные услуги и функции вашего дома через Интернет, чтобы сделать жизнь более удобной и безопасной, и даже тратить меньше на домашние счета. Читайте дальше, чтобы найти ответы на некоторые из наиболее распространенных вопросов о технологиях домашней автоматизации и получить несколько идей для решений для домашней автоматизации, которые можно использовать в вашем доме.

Как работает домашняя автоматизация?

Домашняя автоматизация — это сеть аппаратных, коммуникационных и электронных интерфейсов, которые работают для интеграции повседневных устройств друг с другом через Интернет. Каждое устройство имеет датчики и подключено через Wi-Fi, поэтому вы можете управлять ими со своего смартфона или планшета, находясь дома или в нескольких милях от вас. Это позволяет вам включить свет, заблокировать входную дверь или даже выключить обогрев, независимо от того, где вы находитесь.

Существует три основных элемента системы домашней автоматизации: датчики, контроллеры и исполнительные механизмы.

Датчики
• могут отслеживать изменения в дневном свете, температуре или обнаружении движения. Системы домашней автоматизации могут затем настроить эти параметры (и более) в соответствии с вашими предпочтениями.
Под контроллерами
• подразумеваются устройства — персональные компьютеры, планшеты или смартфоны — используемые для отправки и получения сообщений о состоянии автоматических функций в вашем доме.
• Приводы могут быть выключателями света, двигателями или моторизованными клапанами, которые управляют действующим механизмом или функцией системы домашней автоматизации.Они запрограммированы на активацию удаленной командой от контроллера.

Какие функции доступны в системах домашней автоматизации?

предлагают множество услуг и функций. Вот некоторые из наиболее распространенных функций, доступных на этих платформах:

• Мониторинг пожара и угарного газа
• Дистанционное управление освещением
• термостат управления
• Управление прибором
• Системы безопасности и камеры домашней автоматизации
• Видеонаблюдение в прямом эфире
• Системы сигнализации
• Текстовые и электронные уведомления в режиме реального времени
• Интеграция с цифровым персональным помощником
• вход без ключа
• Голосовое управление

Каковы преимущества домашней автоматизации?

Цель системы домашней автоматизации — оптимизировать работу вашего дома.Рассмотрим некоторые из этих преимуществ:

• Удаленный доступ: управляйте своим домом с мобильных устройств, включая ноутбук, планшет или смартфон.
• Comfort: Используйте домашнюю автоматизацию, чтобы сделать ваш дом более комфортным и пригодным для жизни. Заранее запрограммируйте термостат, используя предпочтительные настройки, чтобы в вашем доме всегда была комфортная температура, установите интеллектуальные динамики для воспроизведения музыки, когда вы возвращаетесь с работы домой, или отрегулируйте освещение, чтобы смягчать или осветлять в зависимости от времени суток.
Удобство
• : запрограммируйте устройства на автоматическое включение в определенное время или удаленный доступ к их настройкам из любого места с подключением к Интернету. Если вам не нужно запирать дверь за собой или выключать свет, вы можете обратить внимание на более важные вещи.
• Повышенная безопасность: интеллектуальные пожарные извещатели, мониторы угарного газа, датчики давления и другие функции безопасности домашней автоматизации могут помочь защитить ваш дом от стихийного бедствия.
• Энергоэффективность: домашняя автоматизация позволяет вам более внимательно относиться к энергопотреблению. Например, вы можете сэкономить на счетах за электроэнергию, сокращая время, в течение которого свет включается, или снижая температуру, когда вы выходите из комнаты.

Свяжитесь с Xfinity Home, чтобы получить полностью интегрированную систему домашней автоматизации, установленную в вашем доме сегодня. После профессиональной установки системы домашней автоматизации вы сможете наслаждаться преимуществами жизни в более безопасном и умном доме.

систем умного дома на основе Интернета вещей

1. Введение

Классический умный дом, интернет вещей, облачные вычисления и обработка событий на основе правил являются строительными блоками предлагаемого нами усовершенствованного комплексного комплекса для умного дома. Каждый компонент вносит свои основные атрибуты и технологии в предлагаемую композицию. IoT обеспечивает подключение к Интернету и удаленное управление мобильными устройствами, в сочетании с различными датчиками. Датчики могут быть прикреплены к бытовой технике, такой как кондиционеры, освещение и другие устройства окружающей среды.И так, он встраивает компьютерный интеллект в домашние устройства, чтобы обеспечить способы измерения домашних условий и мониторинга функциональности бытовой техники. Облачные вычисления обеспечивают масштабируемую вычислительную мощность, пространство для хранения и приложения для разработки, обслуживания, запуска домашних служб и доступа к домашним устройствам в любом месте в любое время. Система обработки событий на основе правил обеспечивает контроль и оркестровку всей сложной системы умного дома.

Объединение технологий для создания лучшего в своем классе продукта уже появилось в недавней литературе различными способами.Christos Stergioua et al. [1] объединить облачные вычисления и IoT, чтобы показать, как технология облачных вычислений улучшает функциональные возможности IoT. Маджид Аль-Кувари [2] фокусируется на встроенном IoT для использования проанализированных данных для удаленного выполнения команд бытовой техники в умном доме. Триша Датта и соавт. [3] предлагают сохраняющую конфиденциальность библиотеку для встраивания трафика в бытовую технику. Цзянь Мао и соавт. [4] улучшить алгоритмы машинного обучения, чтобы играть роль в безопасности в экосистеме умного дома. Фейсал Саид и соавт.[5] предлагают использовать датчики для обнаружения и обеспечения в реальном времени обнаружения пожара с высокой точностью.

В этой главе мы расскажем об интеграции классического умного дома, Интернета вещей и облачных вычислений. Начнем с анализа основ умного дома, IoT, облачных вычислений и систем обработки событий. Мы обсуждаем их взаимодополняемость и синергизм, подробно описывая то, что в настоящее время движет их интеграцией. Мы также обсуждаем то, что уже доступно с точки зрения платформ и проектов, реализующих парадигму «умный дом», «облако» и IoT.С точки зрения возможности подключения добавленные устройства IoT и облако подключены к Интернету и в этом контексте также к домашней локальной сети. Эти соединения дополняют общую настройку до полной унифицированной и взаимосвязанной композиции с расширенной вычислительной мощностью, мощными инструментами сторонних производителей, комплексными приложениями и обширным пространством хранения.

В оставшейся части этой главы мы подробно рассмотрим каждый из четырех компонентов. В Разделе 1 мы описываем классический умный дом, в Разделе 2 мы представляем Интернет вещей [IoT], в Разделе 3 мы описываем облачные вычисления, а в Разделе 4 мы представляем модуль обработки событий.В разделе 5 мы описываем состав современного умного дома, включающий эти четыре компонента. В разделе 6 мы приводим некоторую практическую информацию и соответствующие соображения по выбору, для создания практичной реализации интеллектуального дома. В разделе 7 мы описываем наш эксперимент, представляя три примера, представляющих суть нашего комплексного предложения. Наконец, мы определяем открытые проблемы и будущие направления в будущем передовых компонентов и приложений для умного дома.

2.Обзор умного дома в классическом стиле

Умный дом — это жилой комплекс автоматизации зданий, включающий управление и автоматизацию всех встроенных технологий. Он определяет дом, в котором есть приборы, освещение, отопление, кондиционер, телевизоры, компьютеры, развлекательные системы, большие бытовые приборы, такие как стиральные и сушильные машины и холодильники / морозильники, системы безопасности и камеры, способные связываться друг с другом и управляемые дистанционно расписание, телефон, мобильный или интернет.Эти системы состоят из переключателей и датчиков, подключенных к центральному концентратору, контролируемому домашним жителем с помощью настенного терминала или мобильного устройства, подключенного к облачным службам Интернета.

Умный дом обеспечивает безопасность, энергоэффективность, низкие эксплуатационные расходы и удобство. Установка умных продуктов обеспечит удобство и экономию времени, денег и энергии. Такие системы являются адаптивными и регулируемыми для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей жителей дома. В большинстве случаев его инфраструктура достаточно гибкая, чтобы интегрироваться с широким спектром устройств от разных поставщиков и стандартов.

Базовая архитектура позволяет измерять домашние условия, обрабатывать инструментальные данные, используя микроконтроллерные датчики для измерения домашних условий и исполнительные механизмы для мониторинга домашних встроенных устройств.

Популярность и умный подход к концепции умного дома растут хорошими темпами, так как она стала частью модернизации и снижения ценовых тенденций. Это достигается за счет встроенной возможности вести централизованный журнал событий, выполнять процессы машинного обучения для предоставления основных элементов затрат, сохранения рекомендаций и других полезных отчетов.

2.1 Услуги умного дома

2.1.1 Измерение домашних условий

Типичный умный дом оснащен набором датчиков для измерения домашних условий, таких как: температура, влажность, освещенность и близость. Каждый датчик предназначен для захвата одного или нескольких измерений. Температура и влажность могут быть измерены одним датчиком, другие датчики рассчитывают соотношение освещенности для данной области и расстояние от нее до каждого объекта, подвергающегося воздействию. Все датчики позволяют хранить данные и визуализировать их, чтобы пользователь мог просматривать их в любом месте и в любое время.Для этого он включает в себя процессор сигналов, интерфейс связи и хост в облачной инфраструктуре.

2.1.2 Управление домашними устройствами

Создает облачный сервис для управления домашними устройствами, которые будут размещаться в облачной инфраструктуре. Служба управления позволяет пользователю контролировать выходы интеллектуальных приводов, связанных с бытовой техникой, такой как лампы и вентиляторы. Интеллектуальные приводы — это устройства, такие как клапаны и переключатели, которые выполняют такие действия, как включение или выключение или настройка операционной системы.Приводы обеспечивают различные функции, такие как обслуживание двухпозиционного клапана, позиционирование в процентном соотношении, модулирование для управления изменениями условий потока, аварийное отключение (ESD). Чтобы активировать привод, на привод подается цифровая команда записи.

2.1.3 Управление доступом к дому

Технологии доступа к дому обычно используются для дверей общего доступа. Общая система использует базу данных с идентификационными атрибутами уполномоченных лиц. Когда человек приближается к системе контроля доступа, идентификационные атрибуты человека собираются мгновенно и сравниваются с базой данных.Если он соответствует данным базы данных, доступ разрешается, в противном случае доступ запрещается. Для широкого распределенного института мы можем использовать облачные сервисы для централизованного сбора данных о людях и их обработки. Некоторые используют магнитные или бесконтактные идентификационные карты, другие используют системы распознавания лиц, отпечатки пальцев и RFID.

В примере реализации использовались RFID-карта и RFID-считыватель. У каждого уполномоченного лица есть RFID-карта. Человек отсканировал карту через считыватель RFID, расположенный возле двери.Отсканированный идентификатор был отправлен через Интернет в облачную систему. Система отправила идентификатор в контролирующую службу, которая сравнивает отсканированный идентификатор с авторизованными идентификаторами в базе данных.

2.2 Основные компоненты

Для обеспечения всех вышеописанных действий и управления данными, система состоит из следующих компонентов, как описано на рисунке 1.

1. Датчики

   для сбора внутренних и внешних данных о доме и измерения дома условия. Эти датчики подключены к самому дому и к подключенным к нему устройствам.Эти датчики не являются датчиками интернета вещей, которые прикрепляются к бытовой технике. Данные датчиков собираются и непрерывно передаются по локальной сети на сервер «умного дома».

2. Процессоры для выполнения локальных и интегрированных действий. Он также может быть подключен к облаку для приложений, требующих расширенных ресурсов. Данные датчиков затем обрабатываются процессами локального сервера.

3. Набор программных компонентов, обернутых в виде API, позволяющих внешним приложениям выполнять его, если он соответствует предварительно заданному формату параметров.Такой API может обрабатывать данные датчиков или управлять необходимыми действиями.

4. Приводы для предоставления и выполнения команд на сервере или других управляющих устройствах. Он переводит требуемую активность в синтаксис команды; устройство может выполнить. Во время обработки полученных данных датчиков задание проверяет, стало ли какое-либо правило выполненным. В таком случае система может запустить команду для соответствующего процессора устройства.

5. База данных для хранения обработанных данных, собранных с датчиков [и облачных сервисов].Он также будет использоваться для анализа данных, представления данных и визуализации. Обработанные данные сохраняются в прилагаемой базе данных для дальнейшего использования.

Рисунок 1.

Парадигма умного дома с возможностью подключения к облаку.

3. Обзор Интернета вещей [IoT]

Парадигма Интернета вещей (IoT) относится к устройствам, подключенным к Интернету. Устройства — это такие объекты, как датчики и исполнительные механизмы, оснащенные телекоммуникационным интерфейсом, процессором, ограниченным хранилищем и программными приложениями.Это позволяет интегрировать объекты в Интернет, устанавливая взаимодействие между людьми и устройствами между устройствами. Ключевая технология IoT включает в себя радиочастотную идентификацию (RFID), сенсорные технологии и интеллектуальные технологии. RFID является основой и сетевым ядром построения IoT. Его возможности обработки и связи, а также уникальные алгоритмы позволяют интегрировать различные элементы для работы в качестве единого блока, но в то же время позволяют легко добавлять и удалять компоненты с минимальным воздействием, делая IoT надежным, но гибким, чтобы поглощать изменения в окружающей среде. и пользовательские настройки.Чтобы минимизировать использование полосы пропускания, он использует JSON, облегченную версию XML, для внутренних компонентов и внешних сообщений.

4. Облачные вычисления и их вклад в IoT и умный дом

Облачные вычисления — это общий пул вычислительных ресурсов, готовых предоставлять разнообразные вычислительные услуги на разных уровнях, от базовой инфраструктуры до самых сложных прикладных служб, легко выделяемых и выпускаемых с минимальными усилиями или взаимодействием с поставщиком услуг [6, 7]. На практике он управляет вычислительными, складскими и коммуникационными ресурсами, которые совместно используются несколькими пользователями в виртуализированной и изолированной среде.На рисунке 2 показана общая облачная парадигма.

Рисунок 2.

Парадигма облачных вычислений.

IoT и умный дом могут воспользоваться широкими ресурсами и функциональными возможностями облака, чтобы компенсировать его ограничения в области хранения, обработки, связи, поддержки выборочного спроса, резервного копирования и восстановления. Например, облако может поддерживать управление и выполнение услуг IoT и выполнять дополнительные приложения, используя полученные данные. Умный дом может быть сжат и сфокусирован только на основных и критических функциях, что сводит к минимуму местные ресурсы дома и полагается на облачные возможности и ресурсы.Умный дом и Интернет вещей будут направлены на сбор данных, базовую обработку и передачу в облако для дальнейшей обработки. Чтобы справиться с проблемами безопасности, облако может быть частным для данных с высокой степенью защиты и общедоступным для остальных.

IoT, умный дом и облачные вычисления — это не просто слияние технологий. Скорее, баланс между локальными и центральными вычислениями наряду с оптимизацией потребления ресурсов. Вычислительная задача может быть выполнена на IoT и устройствах «умного дома» или передана в облако.Где вычислять, зависит от компромиссов накладных расходов, доступности данных, зависимости данных, объема передачи данных, зависимости связи и соображений безопасности. С одной стороны, модель тройных вычислений, включающая облако, IoT и умный дом, должна минимизировать стоимость всей системы, обычно с большим акцентом на сокращение потребления ресурсов в домашних условиях. С другой стороны, модель услуг IoT и интеллектуальных домашних компьютеров должна улучшить пользователей IoT для удовлетворения их потребностей при использовании облачных приложений и решения сложных проблем, возникающих в связи с новой моделью IoT, умным домом и облачными сервисами.

Некоторые примеры медицинских услуг, предоставляемых облачной интеграцией и IoT: правильное управление информацией, обмен электронными медицинскими записями позволяют создавать высококачественные медицинские услуги, управлять данными датчиков здравоохранения, делают мобильные устройства подходящими для доставки медицинских данных, безопасности, конфиденциальности и надежности, за счет повышения безопасности медицинских данных и доступности и резервирования услуг, а также сервисов с поддержкой в ​​режиме реального времени и облачного исполнения медицинских услуг на основе мультимедиа.

5.Централизованная обработка событий, система на основе правил

Умный дом и IoT богаты сенсорами, которые генерируют массивные потоки данных в виде сообщений или событий. Обработка этих данных превышает возможности человека [8, 9, 10]. Следовательно, системы обработки событий были разработаны и использованы для более быстрого реагирования на секретные события. В этом разделе мы сосредоточимся на системах управления правилами, которые могут воспринимать и оценивать события, чтобы реагировать на изменения значений или прерываний. Пользователь может определить правило, инициируемое событием, и контролировать правильную доставку услуг.Правило состоит из условий события, схемы событий и связанной с корреляцией информации, которые можно комбинировать для моделирования сложных ситуаций. Он был реализован в типичном умном доме и доказал свою пригодность для сервис-ориентированной системы.

Система может обрабатывать большое количество событий, выполнять функции для мониторинга, навигации и оптимизации процессов в режиме реального времени. Он обнаруживает и анализирует аномалии или исключения и создает реактивные / упреждающие ответы, такие как предупреждения и предотвращение действий по нанесению ущерба.Ситуации моделируются с помощью удобного интерфейса моделирования для правил, инициируемых событиями. При необходимости он разбивает их на простые, понятные элементы. Предложенная модель может быть легко интегрирована в распределенную и сервис-ориентированную платформу обработки событий.

Процесс оценки запускается событиями, доставляющими самое последнее состояние и информацию из соответствующей среды. Результатом является граф решений, представляющий правило. Он может разбивать сложные ситуации на простые условия и комбинировать их друг с другом, составляя сложные условия.Результатом является ответное событие, которое возникает при срабатывании правила. Запущенные события могут использоваться в качестве входных данных для других правил для дальнейшей оценки. Шаблоны событий обнаруживаются, когда происходит несколько событий, и соответствуют предварительно определенному шаблону. Благодаря графической модели и модульному подходу к построению правил, правила могут быть легко адаптированы к изменениям предметной области. Новые условия событий или шаблоны событий могут быть добавлены или удалены из модели правила. Правила выполняются службами событий, которые снабжают механизм правил событиями и обрабатывают результат оценки.Для обеспечения доступности подходящих ресурсов обработки система может работать в распределенном режиме, на нескольких машинах, а также облегчать интеграцию с внешними системами. Определение отношений и зависимостей между событиями, которые имеют отношение к обработке правила, выполняется с использованием наборов последовательностей, созданных механизмом правил. Механизм правил создает последовательности событий, относящихся к конкретному условию правила, чтобы разрешить ассоциировать события по их контекстным данным. Правила автоматически выполняют действия в ответ на выполнение указанных условий.Действия генерируют события ответа, которые запускают действия ответа. Шаблоны событий могут соответствовать временным последовательностям событий, что позволяет описать домашние ситуации, в которых имеют место события. Например, когда дверь слишком долго остается открытой.

Для этой модели известны следующие проблемы: структура обработанных событий и данных, конфигурация сервисов и адаптеров для этапов обработки, включая их входные и выходные параметры, интерфейсы к внешним системам для считывания данных и реагирования путем выполнения транзакций, структура для обработанных событий и данных, преобразований данных, анализа данных и персистентности.Это позволяет смоделировать, какие события должны обрабатываться службой правил, и как события ответа должны передаваться другим службам событий. Процесс прост: данные собираются и принимаются от адаптеров, которые перенаправляют события в сервисы обработки событий, которые их используют. Первоначально события обогащаются, чтобы подготовить данные события для обработки правила. Например, события ответа отправляются в службу для отправки уведомлений агенту вызова или в службы, которые передают уведомления о задержке событий и обновления событий обратно в систему управления событиями.

5.1 Языки обработки событий

Обработка событий связана с захватом в реальном времени и управлением заранее определенными событиями. Он начинается с управления рецепторами событий прямо с момента возникновения события, даже идентификации, сбора данных, ассоциации процесса и активации ответного действия. Чтобы обеспечить быструю и гибкую обработку событий, используется язык обработки событий, который позволяет быстро конфигурировать ресурсы, необходимые для обработки ожидаемой последовательности действий для каждого типа события.Он состоит из двух модулей, ESP и CEP. ESP эффективно обрабатывает событие, анализирует его и выбирает соответствующее событие. CEP обрабатывает агрегированные события. Языки событий описывают сложные типы событий, применяемые к журналу событий.

5.2 Повторное обнаружение рабочего процесса из событий

В некоторых случаях правила связаны с расхождениями в последовательности событий в рабочем процессе. В таких случаях необходимо точно понимать рабочий процесс и связанные с ним события. Чтобы преодолеть это, мы предлагаем процесс обратного инжиниринга для автоматического повторного обнаружения рабочих процессов из журнала событий, собранных во времени, при условии, что эти события упорядочены, и каждое событие относится к одной задаче, выполняемой для одного случая.Процесс повторного обнаружения можно использовать для проверки последовательностей рабочих процессов путем измерения расхождений между предписывающими моделями и фактическими выполнениями процесса. Процесс повторного обнаружения состоит из следующих трех этапов: (1) построение таблицы зависимости / частоты. (2) Индукция графиков зависимости / частоты. (3) Генерация WF-сетей из D / F-графов.

6. Усовершенствованный умный дом

В этом разделе мы сконцентрируемся на интеграции умного дома, IoT и облачных вычислений для определения новой вычислительной парадигмы.Мы можем найти в разделе литературы [11, 12, 13, 14] обзоры и исследовательскую работу по умному дому, IoT и облачным вычислениям отдельно, подчеркивая их уникальные свойства, особенности, технологии и недостатки. Однако наш подход противоположен. Мы смотрим на синергию между этими тремя концепциями и ищем способы интегрировать их в новую всеобъемлющую парадигму, используя ее общие базовые концепции, а также уникальные атрибуты, чтобы позволить выполнение новых процессов, которые иначе не могли бы быть обработаны.

На рисунке 3 показаны расширенные основные компоненты умного дома и их взаимосвязь. В левом блоке, в среде умного дома, мы видим типичные устройства, подключенные к локальной сети [LAN]. Это обеспечивает связь между устройствами и за их пределами. К локальной сети подключен сервер и его база данных. Сервер контролирует устройства, регистрирует их действия, предоставляет отчеты, отвечает на запросы и выполняет соответствующие команды. Для более комплексных или распространенных задач сервер «умный дом» передает данные в облако и удаленно активирует в нем задачи с помощью API, процессов интерфейса прикладного программирования.Кроме того, домашние устройства IoT подключены к Интернету и локальной сети, что расширяет возможности «умного дома» и включает IoT. Подключение к Интернету позволяет конечному пользователю, резиденту, общаться с умным домом, чтобы получать текущую информацию и удаленно активировать задачи.

Рисунок 3.

Усовершенствованный умный дом — интеграция умного дома, IoT и облачных вычислений.

Чтобы продемонстрировать преимущества усовершенствованного умного дома, мы используем RSA, надежный алгоритм асимметричной криптографии, который генерирует открытый и закрытый ключ и шифрует / дешифрует сообщения.Используя открытый ключ, каждый может зашифровать сообщение, но только те, кто владеет закрытым ключом, могут расшифровать отправленное сообщение. Генерация ключей и шифрование / дешифрование сообщений включает в себя обширные вычисления, которые требуют значительного объема памяти и вычислительной мощности. Поэтому он обычно обрабатывается на мощных компьютерах, созданных для работы с необходимыми ресурсами. Однако из-за его ограниченных ресурсов запуск RSA на устройстве IoT практически невозможен, и, таким образом, он открывает брешь в безопасности, которую злоумышленники могут легко использовать.Чтобы справиться с этим, мы объединяем возможности локальных процессоров «умного дома» для вычисления некоторых вычислений RSA и передачи более сложных вычислительных задач для обработки в облаке. Затем результаты будут переданы обратно в датчик IoT, который будет скомпилирован и собран вместе, чтобы сгенерировать код шифрования / дешифрования RSA и таким образом закрыть упомянутый разрыв в безопасности IoT. Этот пример демонстрирует поток данных среди продвинутых компонентов умного дома. Где каждый компонент выполняет свой собственный стек операций для генерации своего уникального вывода.Тем не менее, в случае сложных и длительных задач он разделяет задачу на подзадачи, которые выполняются более мощными компонентами. Ссылаясь на пример RSA, устройство IoT инициирует необходимость генерировать ключ шифрования и, таким образом, отправляет сообщение запроса приложению RSA, работающему на интеллектуальном домашнем компьютере. Затем умный домашний компьютер запрашивает приложение «генерации простых чисел», работающее в облаке, для предоставления простых чисел p и q . Как только p и q приняты, генерируется код шифрования.На более позднем этапе устройство IoT отправляет запрос на умный домашний компьютер для шифрования сообщения с использованием недавно сгенерированного ключа шифрования RSA. Зашифрованное сообщение затем передается обратно на устройство IoT для дальнейшего выполнения. Подобный сценарий может быть в противоположном направлении, когда устройство IoT получает сообщение, оно может запросить умный дом его расшифровать.

Подводя итог, можно сказать, что сценарии RSA показывают использование мощности облачных вычислений, возможностей защищенных вычислений интеллектуального дома и, в конце концов, ограниченную мощность устройства IoT.Это доказывает, что без этого автоматического взаимодействия RSA не сможет быть выполнен на уровне IoT.

Более практичным примером является то, что несколько отдельных приборов, таких как духовка, мультиварка и сковорода на газовой плите, активно выполняют запрос резидента. Житель получает срочный телефонный звонок и немедленно покидает дом, не отключая активную технику. В случае, если соответствующие IoT были настроены на автоматическое отключение на основе предварительно определенного правила, об этом позаботятся на уровне IoT.В противном случае, умный дом понимает, что житель ушел из дома [дверь дома была открыта, а затем заперта, гараж был открыт, машина жителя ушла, главные ворота были открыты, а затем закрыты, дома никого не было] и будут отключите все активные устройства, классифицированные как риск, в случае отсутствия. Он отправит соответствующее сообщение в список рассылки, определенный для такого случая.

7. Практические аспекты и рекомендации по внедрению IoT и умного дома

Умный дом состоит из трех компонентов: аппаратного обеспечения, программного обеспечения и протоколов связи.Он имеет широкий спектр приложений для цифрового потребителя. В некоторых областях домашней автоматизации IoT реализована возможность подключения, например: управление освещением, садоводство, охрана и безопасность, качество воздуха, мониторинг качества воды, голосовые помощники, переключатели, замки, счетчики электроэнергии и воды.

Усовершенствованные компоненты интеллектуального дома включают в себя: датчики IoT, шлюзы, протоколы, встроенное ПО, облачные вычисления, базы данных, промежуточное ПО и шлюзы. Облако IoT можно разделить на платформу как услугу (PaaS) и инфраструктуру как услугу (IaaS).На рисунке 4 показаны основные компоненты предлагаемого современного умного дома, а также связь и обмен данными между его компонентами.

Рисунок 4.

Продвинутая композиция для умного дома.

Приложение «умный дом» обновляет домашнюю базу данных в облаке, чтобы удаленные люди могли получить к ней доступ и получить последний статус дома. Типичная платформа IoT содержит: безопасность и аутентификацию устройств, брокеры сообщений и очереди сообщений, администрирование устройств, протоколы, сбор данных, визуализацию, возможности анализа, интеграцию с другими веб-сервисами, масштабируемость, API для обмена информацией в реальном времени и библиотеки с открытым исходным кодом.Датчики IoT для домашней автоматизации известны своими возможностями, такими как: температура, люкс, уровень воды, состав воздуха, видеокамеры наблюдения, голос / звук, давление, влажность, акселерометры, инфракрасный порт, вибрации и ультразвук. Некоторые из наиболее часто используемых датчиков «умный дом» — это датчики температуры, большинство — цифровые, но некоторые являются аналоговыми и могут быть чрезвычайно точными. Датчики Lux измеряют яркость. Ультразвуковые датчики уровня воды.

Датчики уровня с плавающей точкой обеспечивают более точные возможности измерения для разработчиков IoT.Датчики состава воздуха используются разработчиками для измерения конкретных компонентов в воздухе: мониторинг СО, измерение уровня газообразного водорода, измерение уровня оксида азота, уровня опасных газов. У большинства из них есть время нагрева, а это означает, что для представления точных значений требуется определенное время. Он основан на обнаружении газовых компонентов на поверхности только после того, как поверхность достаточно нагрета, значения начинают проявляться. Видеокамеры для наблюдения и аналитики. Ряд камер, с высокоскоростным подключением.Рекомендуется использовать процессор Raspberry Pi, поскольку его модуль камеры очень эффективен благодаря гибкому разъему, подключенному непосредственно к плате.

Звуковые детекторы широко используются для целей мониторинга, обнаружения звуков и соответствующих действий. Некоторые могут даже обнаруживать сверхнизкие уровни шума и настраивать различные уровни шума.

Датчики влажности определяют уровень влажности воздуха для умных домов. Его точность и точность зависят от конструкции и расположения датчика. Некоторые датчики, такие как DHT22, созданные для быстрого прототипирования, всегда будут работать плохо по сравнению с высококачественными датчиками, такими как HIH6100.Ожидается, что для открытых пространств распределение вокруг датчика будет равномерным, что потребует меньше корректирующих действий для правильной калибровки.

Протоколы связи для умного дома: Bluetooth, Wi-Fi или GSM. Интеллектуальные Bluetooth или беспроводные протоколы с низким энергопотреблением с сеточными возможностями и алгоритмами шифрования данных. Zigbee — это ячеистый сетевой протокол с низким энергопотреблением для IoT. Протокол X10, использующий электропроводку для сигнализации и управления. Insteon, беспроводная и проводная связь.Z-wave специализируется на безопасной домашней автоматизации. UPB, использует существующие линии электропередач. Thread, бесплатный лицензионный протокол для автоматизации умного дома. ANT, протокол сверхмалого энергопотребления для создания маломощных датчиков с возможностью распределения ячеек. Предпочтительными протоколами являются Bluetooth с низким энергопотреблением, Z-wave, Zigbee и Thread. Соображения по включению шлюза могут включать в себя: подключение к облаку, поддерживаемые протоколы, сложность настройки и поддержку прототипирования. Управление домом состоит из следующего: конечный автомат, шина событий, журнал обслуживания и таймер.

Модульность: включает концепцию пакета, динамику времени исполнения, программные компоненты могут управляться во время выполнения, ориентацию на обслуживание, управлять зависимостями между пакетами, уровень жизненного цикла: контролирует жизненный цикл пакетов, уровни обслуживания: определяет динамическую модель связи между различные модули, актуальные сервисы: это прикладной уровень. Уровень безопасности: необязательный, использует архитектуру безопасности Java 2 и управляет разрешениями различных модулей.

OpenHAB — это платформа, объединяющая домашнюю автоматизацию и шлюз IoT для умных домов.Его особенности: механизм правил, механизм ведения журнала и абстракция пользовательского интерфейса. Правила автоматизации, ориентированные на время, настроение или окружение, простую настройку, общее поддерживаемое оборудование:

Архитектура Domoticz: мало кто знает об архитектуре Domoticz, что делает создание приложений на нем чрезвычайно сложным, не принимая ненужных рисков при создании сам продукт. Например, весь дизайн общей архитектуры выглядит немного странно, когда вы смотрите на концепцию датчика для управления приводом.Создание расширенных приложений с Domoticz может быть сделано с использованием языков на основе OO.

Развертывание блокчейна в домашних сетях можно легко осуществить с помощью Raspberry Pi. Уровень защищенной блокчейном между устройствами и шлюзами может быть реализован без масштабного обновления существующей кодовой базы. Блокчейн — это технология, которая в будущем сыграет свою роль, чтобы заверить их в революционных и новых бизнес-моделях, таких как динамическая аренда Airbnb.

8. Примеры «умного дома» и IoT

В литературе и практических отчетах мы можем найти множество реализаций различных интеграций между частью трех основных блоков: «умный дом», IoT и облачные вычисления.Например, обратитесь к [12–14]. В этом разделе мы описываем три реализации, которые наглядно демонстрируют необходимость и преимущества объединения или интеграции всех трех компонентов, как показано на рисунке 5. Каждый компонент пронумерован, 1–6. В левой части мы описываем для каждой реализации последовательность сообщений / команд среди компонентов, слева направо и снизу вверх. Возьмем, к примеру, третью реализацию: задача управления, постоянно выполняемая на домашнем сервере (2), обнаруживает тот факт, что все жители автоматически покидают дом, запускает исполнительные механизмы для отключения всех устройств IoT (3), а затем выдает сообщения соответствующим пользователям. / жители, информируя их о ситуации и предпринятых действиях (6).

Рисунок 5.

Диаграмма расширенных реализаций умного дома.

Использование (i) в объяснении реализаций соответствует обведенным цифрами на рисунке 5.

8.1 Обнаружение утечек воды и их предотвращение

Первым этапом является развертывание датчиков воды под каждым разумным источником потенциальной утечки и автоматический мастер датчик водяного клапана для всего дома, что теперь означает, что дом считается IoT.

Если датчик воды обнаруживает утечку воды (3), он отправляет событие на концентратор (2), которое запускает приложение «Отключить клапан».Затем приложение управления домом отправляет команду «выключения» всем устройствам IoT (3), определенным как чувствительные к остановке воды, а затем отправляет команду «выключения» на главный водяной клапан (1). Через систему обмена сообщениями отправляется сообщение об обновлении, которое появляется в списке уведомлений (6). Эта установка помогает защититься от сценариев, когда источником воды является водопровод. Базовая конфигурация предполагает интеграцию посредством сообщений и команд между умным домом и системой управления IoT.Это демонстрирует зависимость и вытекающие из этого преимущества объединения умного дома и Интернета вещей.

8.2 Детекторы дыма

В большинстве домов уже есть типичная коллекция детекторов дыма (1), но нет моста для отправки данных с датчика в концентратор умного дома. Подключение этих датчиков к приложению «умный дом» (2) обеспечивает комплексную систему обнаружения дыма. Он дополнительно расширен, чтобы уведомить датчик лифта, чтобы заблокировать его использование из-за условий пожара (1), и, таким образом, он еще более расширен для любого датчика IoT (3), который может быть активирован из-за обнаруженного оповещения о дыме.

В [5] они разработали беспроводную сенсорную сеть для раннего обнаружения пожаров в доме. Они симулировали пожар в умном доме с помощью симулятора динамики огня и языковой программы. Результаты моделирования показали, что система обнаруживает пожар на ранней стадии.

8.3 Управление инцидентами для управления бытовыми приборами

Рассмотрим сценарий, когда вы выходите из дома, пока некоторые приборы все еще включены. В случае, если ваше отсутствие достаточно долго, некоторые приборы могут перегреться и могут перегореть.Чтобы избежать таких ситуаций, мы подключаем все датчики устройств IoT к домашнему приложению (2), чтобы, когда все выходят из дома, они автоматически настраивали все датчики устройств соответствующим образом (3), чтобы избежать повреждений. Обратите внимание, что индикация пустого дома генерируется приложением «Умный дом», а индикация «вкл» устройства — IoT. Следовательно, этот сценарий возможен благодаря интеграции между умным домом и системами IoT.

9. Выводы и резюме

В этой главе мы описали интеграцию трех слабосвязанных компонентов, умного дома, Iot и облачных вычислений.Для организации и своевременного управления обширным потоком данных эффективным и сбалансированным способом, используя сильные стороны каждого компонента, мы предлагаем централизованное приложение для обработки событий в реальном времени.

Мы опишем преимущества и преимущества каждого отдельного компонента и его возможные дополнения, которые могут быть достигнуты путем интеграции его с другими компонентами, обеспечивающими новые преимущества, полученные от всей составной системы. Поскольку эти компоненты все еще находятся на стадии разработки, интеграция между ними может измениться и обеспечить надежную парадигму, которая генерирует инфраструктуру и приложения нового поколения.

Поскольку мы будем следить за ходом работы каждого компонента и его соответствующим влиянием на интегрированный компонент, мы будем постоянно рассматривать возможность добавления дополнительных компонентов, что приведет к появлению новых сервисных моделей и приложений.