CC BY
0ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Дрегало Т.В.
Нацюнальний техтчний унгверситет Украши «Кшвський полтехтчний тститут шет 1горя Ci-корського », астрант (факультет тформатики та обчислювально'1 технжи)
СМоненко В.П.
Нацюнальний техтчний ^iверситет Украши «Кшвський полтехтчний тститут iмeнi 1горя Ci-корського », професор, доктор mexнiчниx наук (факультет тформатики та обчислювально '1 технжи)
Дрегало Л.В.
Нацюнальний техтчний ^iверситет Украши «Кшвський полтехтчний тститут iмeнi 1горя Ci-корського », студентки 4 го курсу групи IC-33 (факультет тформатики та обчислювально'1 техтки)
Педоренко О.Р.
Нацюнальний техтчний ^iверситет Украши «Кшвський nолimexнiчний тститут iмeнi 1горя Ci-корського », студент 4 го курсу групи 1П-31 (факультет тформатики та обчислювально'1 техтки)
ДЕЦЕНТРАЛ1ЗОВАНА СИСТЕМА УПРАВЛ1ННЯ В СИСТЕМАХ ТИПУ SMART HOME
DECENTRALIZED ADMINISTRATION IN SMART HOME SYSTEMS
Dregalo T.V., National Technical University of Ukraine" Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute'", postgraduate student (Faculty of Informatics and Computer Science)
Simonenko V.P., National Technical University of Ukraine" Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute'", Sc.D, professor (Faculty of Informatics and Computer Science)
Dregalo L.V., National Technical University of Ukraine" Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute'", 4th year student group IC-33 (Faculty of Informatics and Computer Science)
Pedorenko O.R., National Technical University of Ukraine" Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute'", 4th year student group 1П-31 (Faculty of Informatics and Computer Science)
АНОТАЦ1Я
Дана стаття присвячена системах типу Smart Home. Автори детально розглянули архитектуру даних систем. Вони також пояснили основш принципи роботи та базовi поняття в системах амействах Smart Home.
Автори статп запропонували нову архитектуру системи, котра складаеться з декшькох контролерiв. Кожний контролер тдключений до локально! мереж1, а на основi чого створити мережевий образ системи. Також до дано! системи було додано сервер достовiрностi, вш необхвдний, якщо потрiбно додати або змь нити налаштування контролера. Кожний контролер може змшювати лише свою налаштування.
ABSTRACT
The paper deals with Smart Home system. Authors have paid much attention to architecture of these systems. They have also explained all laws and paradigms that are related to Smart Home system.
Authors have proposed a new architecture, which consists of several controllers. Also they have proposed to connect every controller to local network and create network image of the system. Also they have added trusted server to this system, every add or edit controller in system must be approved by trusted server. Every controller can change them own setting in image.
Ключовi слова: Smart home, актуатор, датчик, контролер
Keywords: Smart home, actuator, sensor, controller
Вступ
В останш роки масово почали використову-вати технологш «Smart home». Smart home (розум-ний дiм) - це система, яка складаеться з рiзних ти-тв пристро!в, що з'еднанш певним чином. Така система може виконувати ди для виршення певних задач без учасп людини [1]. Цю технолопю вико-ристовують не лише для квартир чи приватних бу-диншв, а навиъ на тдприемствах.
Основними перевагами дано! системи е:
• енергозбереження;
• шдвищення ушфжацп;
• автоматизащя та повне управлшня системою та !! компонентами;
• можливють тдключення дов№них пристро! до дано! системи.
Дана система складаеться як з програмного так i апаратного забезпечення. До апаратного забезпе-чення вщносять три типи пристро!в, а саме: контро-лери, датчики (сенсори) та актуатори. Для комунь каци мiж пристроями використовують радюсиг-нали, найб№ш популярними стандартами е Z-Wave, ZigBee та Wi-Fi [2].
Постановка задачi
Задача полягае в аналiзi iснуючих систем типу Smart home та у виборi найбшьш поширених систем. Також необхвдно визначити основнi недолiки
вибраних систем та запропонувати шляхи !х вирь шення.
Термiнологiя
Smart home - це система, що використовуеться для управлшня електроприладами, як1 пiдключенi в певному примiщеннi. Така система складаеться з апаратного та програмного забезпечення.
Актуатори - виконуючi пристро!, що викону-ють певнi команди яш надходять в!д управляючого пристрою [2].
Датчики - це пристро!, котрi збирають шфор-мацш про зовшшнш свiт.
Контролер - це управляючий пристрiй, котрий з'еднуе всi елементи один з одним та виконуе певш дil [2].
Виклад основного MaTepi&^y
Сучаснi системи Smart home складаються i3 ряду апаратних пристро!в, що пiдключенi до централiзованого пристрою з пультом управлшня, котрий свою чергу мае доступ до 1нтернету. До ос-новних функцш систем типу Smart home ввдносять:
• забезпечення безпеки: до них вщносять вiдео нагляд, управлiння електронними замками, управлшня датчиками руху та сиренами;
• управлшня освиленням: до них в!дно-сять вмикання/вимикання свiтла, управлшня жа-люзi та шторами, автоматична централiзована коре-кцiя освiтлення;
• управлшня ктматом: до них ввдносять датчики температури та вологостi, керування кль матичних пристро!в;
• управлшня додатковими пристроями: до них можна ввднести датчики протiкання рiзного типу рщин та газiв та управлшня шшими пристро-ями.
Звичайна система розумний дiм складаеться з набору пристро!в, котрi пiдключеннi до контролера. Контролер в свою чергу управляе тдключе-ними пристроями, контролер тдключений до глобально! мереж1, а управлшня вщбуваеться за допо-могою програмного забезпечення. Контролер за допомогою датчишв отримуе данi, а далi передае команди актуаторам. Загальна схема роботи сис-теми зображена на рисунку 1.
Розглянувши схему на рисунку 1, можна з пев-шстю сказати, що даною системою керуе один еле-мент. Якщо контролер вийде з ладу, тодi система зовсiм не буде працювати, що е досить критичним. Саме тому апаратна архитектура дано! системи е досить недосконалою та потребуе покращення.
Рисунок 1. Загальна схема роботи системи.
Основним розв'язком дано! проблеми е децен-тратзащя управлiння системою. В першу чергу система повинна складатись з дешлькох контролерiв, котрi будуть пiдключенi до однiе! локально! мереж!. Кожний контролер, в свою чергу, буде нада-вати доступ до сво!х пристро!в. В якосп контролера можна використовувати одноплатнi комп'ютери з операцшною системою з амейства Linux.
Кожний контролер складаеться з основно! опе-рацiйно!' системи та набору команд для управлшня вама пристроями, що доступш для вах контроле-р!в. На перший погляд, все досить складно. Саме тому розглянемо дану систему бшьш детально.
Спочатку беремо перший контролер та на його основ! створюемо перший вузол. Кожен вузол мае
ушкальне !м'я, номер версп створення та наб!р команд для доступу до актуатор!в та датчишв. Шсля цього створюеться образ та передаеться на сервер достов!рносп, вузол чекае ввдповщ в!д сервера, де-монстращя на рисунку 2 (а). Якщо сервер достов!р-носп тдтверджуе створення вузла, то вш збертае повний змют образа та його версш. Додавання нового вузла може додавати лише пвдтверджений вузол, тсля цього шдтверджений вузол ввдправляе свш образ до нового вузла, демонстращя на рисунку 2 (б). Новий вузол вщправляе запит до сервера достов!рносп на запит актуально! версп. Якщо вер-си ствпадають, то проходить запит на оновлення образу, зм!нюеться верая образу, а дал! вузол над-силае вам вузлам свш образ.
а б
Рисунок 2. Алгоритм тдключення нових вузлiв.
Основною задачею сервера достовiрносri (Trusted Server) е обробка змш KOTpi вноситься до образу системи, щоб кожний вузол Mir вносити змши лише до сво!х налаштувань. А також кожний сервер збертае останню актуальну версiю образа системи. У кожного вузла е актуальна котя системи та в дов№ний момент кожний вузол може вщ-правляти суадшм вузлам свiй образ, а тi можуть
його приймати лише зi згоди сервера достовiрностi. Сервер достовiрностi необхвдний лише у випадку оновлення або додавання нових вузлiв. Навiть якщо вш перестане працювати - ва вузли будуть функць онувати. У випадку, якщо сервер достовiрностi буде замшений на новий, повнiстю всю систему не-обхвдно буде перебудувати. Нова загальна архгтек-тура системи з N вузлiв зображена на рисунку 3.
Рисунок 3. Загальна схема ново '1 архтектури для N вузлiв.
Якщо виходить iз ладу один з вузлiв системи, система буде працювати i надал^ але без цього вузла та приладiв котрi пiдключеннi до цього вузла. За рахунок цього надшшсть дано! системи зб№шу-еться. Так як система стала складатись з N модулiв [3], де модуль це окремий вузол, а кожний вузол е окремим пультом керування системи.
Висновки
В данш стал розглянуто сучаснi системи для управлшня будинком або тдприемством, а саме системи амейства «Smart Home». Було зроблено ана-лiз юнуючих системи та знайденi деяш недолiки. На основi цього аналiзу було запропоновано змiнити основну архггектури системи, в загальному виглядi дана система е централiзованою, що е основним !! недолiком. Була запропонована децентралiзована система управлiння даною системою. Основною перевагою запропоновано! системи е те, що якщо
один з вузлiв системи вийде iз ладу, система буде функцюнувати i надал^ але без зламаних вузлiв та !х приладiв, а кожний вузол може управляти всiма iншими вузлами системи.
Лiтература
1. 5 Open Source Home Automation Projects We Love, [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://www.fastcompany.com/3038442/elasticity/5-open-source-home-automation-projects-we-love
2. Smart home, [Електронний ресурс]. - Режим доступу:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BC%D 0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%B4%D0%BE%D0 %BC
3. Таненбаум Э. С., Бос Х. Современные операционные системы, 4-е изд. - СПБ.:Питер, 2016, -1120с. СПБ.:Питер, 2016, - 1120с.
