CC BY
184
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Развитие техники и программного обеспечения систем жизнеобеспечения в жилых
помещениях: актуализация исследования Алимпиев И.А.
Алимпиев Иван Александрович /Alimpiev Ivan Alexandrovich - кафедра автоматизированных систем управления института
радиоэлектроники и информационных технологий, магистр Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина,
г. Екатеринбург
Аннотация: в данной работе рассматривается структура опций систем домашней автоматизации, называемая «умный дом», а также обосновывается актуальность применения опций, связанных с обеспечением безопасности в жилом помещении и подчеркиваются преимущества сервера статистики, относящегося к новому поколению программируемых при помощи встроенного Web-интерфейса контроллеров.
Abstract: in this article the structure of the options of home automation systems, called «smart home», is examined as well as the actuality of the application of options related to security in dwellings. The article also contains the benefits of server statistics related to the new generation of programmable with the embedded Web interface controllers.
Ключевые слова: безопасность, система домашней автоматизации, «умный дом», система жизнеобеспечения в жилых помещениях, опции.
Keywords: security, home automation system, «smart home», a life support system in dwellings, an option.
В настоящее время проблема безопасности, под которой понимается «свойство системы «человек - среда обитания» сохранять условия взаимодействия с минимальной возможностью возникновения ущерба людским, природным и материальным ресурсам» [1, с. 7], в широком ее понимании становиться все более актуальной. Безопасность - это, в первую очередь, комплексное понятие, одним из основных направлений которой является безопасность в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов. В соответствии с Федеральным законом от 28.12.2010 N390-ФЗ «О безопасности» в содержание деятельности по обеспечению безопасности наряду с другими входят также: разработка, производство и внедрение техники гражданского назначения и организация научной деятельности в области обеспечения безопасности [2].
В сфере информационных технологий и радиоэлектроники разработка техники и совершенствование программного обеспечения на основе достижений науки в целях обеспечения безопасности в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов является актуальной. Решение данной проблемы возможно посредством разработки, внедрения и совершенствования комплекса взаимодействующих систем, которые при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств, содействуют увеличению безопасности, комфорта и энергоэффективности проживания людей в жилых помещениях. В повседневной практике используется понятие «умный дом». Актуальность данного направления исследований подтверждается темпами роста рынка, которые в 2012 году составили 25,6%, по итогам маркетингового исследования, организованного Директ ИНФО [3]. В настоящее время, по данным статистики wordstat.yandex.ru, зафиксировано 33 000 запросов на установку систем домашней автоматизации - «умный дом» [4].
Система домашней автоматизации включает в себя большое количество элементов, которые несут на себе различную функциональную нагрузку. Структура опций систем домашней автоматизации может быть представлена следующим образом: 1. Опции, связанные с безопасностью в жилом помещении (датчики протечки воды, датчики утечки газа, датчики взлома и др.); 2. Опции, содействующие экономии энергоресурсов (счетчики выключения подачи электричества на то оборудование, в котором нет необходимости в период отсутствия хозяев); 3. Опции, позволяющие заменить отдельные операции в рамках домохозяйства; 4. Опции, отвечающие за обеспечение комфорта и оптимизацию досуга (авторегулируемые краны на отопительных системах, управляемые с помощью технологии KNX или Ethernet, система удаленного управлением светом, телевизором, домашней стереосистемой и т.д.). В первую очередь, в данной работе внимание уделяется опциям, связанным с обеспечением безопасности, поскольку именно они преодолевают самые актуальные бытовые проблемы и угрозы безопасности жизнедеятельности, с которыми постоянно сталкиваются домохозяйства. Для работы этих опций необходим компактный программируемый сервер статистики, который обрабатывал бы телеметрическую информацию, получаемую с устройств, управляющих системами жизнеобеспечения в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов, такими как датчики протечки воды, датчики утечки газа, датчики взлома.
Однако в настоящее время в Российской Федерации не организовано производство таких компактных программируемых серверов статистики. Анализ предложений на рынке производства систем домашней автоматизации выявил, что в нашей стране производятся только промышленные серверы-контролеры, занимающие большое пространство и требующие высокого уровня квалификации для их установки, в отличие от аналогов европейских производителей. Производимое в Германии (Weinzierl) KNX IP BAOS 772 устройство одновременно может поддерживать до 5 подключений в режиме туннелирования (KNXnet/IP) и до 10 соединений сервера BAOS. Среди ряда других предложений, представленных на рынке устройство MegaD-328, производимое в Украине (ab-log) также может работать в режиме KNXnet/IP. Соотношение технических возможностей, цены и качества складывается в пользу MegaD-328.
Программируемый сервер статистики MegaD-328 относится к новому поколению программируемых при помощи встроенного Web интерфейса контроллеров [5]. Логика взаимодействия с другими устройствами строится на написанных пользователем скриптах, которые позволяют получить полный контроль над всей системой жизнеобеспечения в жилых помещениях и обрабатывать телеметрические данные при помощи SQL запросов. Подобный механизм взаимодействия обладает существенными преимуществами по сравнению с аналогичными устройствами, в которых логика управления построена на функциональных блоках, где отсутствует пользовательский доступ для внесения изменений. В рассматриваемом устройстве постоянный контроль и выполнение необходимых транзакций возможно при помощи простого мобильного телефона по GPRS каналу, а также с мобильных устройств, где возможен выход в Интернет с использованием защищенного протокола https [5].
Рассмотрение бытового примера функционирования системы жизнеобеспечения в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов на технологии Ethernet демонстрирует преимущество устройства MegaD-328. Важной особенностью построения является возможность применения отработанных сетевых протоколов, позволяющих строить абсолютно любые по своей гибкости системы управления. Большинство шин функционируют на базе традиционного подхода «master-slave», представленного на Рисунке 1.
Рис. 1 Традиционная схема master-slave [5]
В традиционной схеме функционирует один ведущий элемент (master) и множество управляемых клиентов (slave). Клиент может послать сообщение в сеть только по запросу от ведущего элемента. Для работы с клиентами сервера требуется постоянный опрос шины, поскольку самостоятельно, без запроса, ни один ведомый элемент послать серверу сигнал или пакет с данными не может. В случае если к сети подключено большое количество элементов, многие из которых требуют моментальной реакции системы (например, выключатели, датчики движения и др.), устройство не способно должным образом обработать поступающие сигналы, поскольку для реализации этой задачи ведущий элемент обязан опрашивать другие элементы системы несколько раз в секунду. Такой процесс, именуемый «поллинг», дополнительно создает высокую нагрузку на шину.
В свою очередь, контроллер MegaD-328 сам способен сообщить серверу или другим сетевым устройствам о поступившем сигнале без соответствующего внешнего запроса. Несколько таких устройств могут общаться между собой без участия сервера. Вместо постоянного поллинга, контроллер может не только самостоятельно уведомить о срабатывании входа, но и сообщить управляющий сигнал другому устройству MegaD-328. Указанное свойство является крайне важным при использовании опций, связанных с безопасностью в жилом помещении. Например, датчик протечки подключен к одному модулю, а клапан или кран с сервоприводом к другому. В случае возникновения аварийной ситуации, когда сервер не отвечает, MegaD-328, к которому подключен датчик протечки, самостоятельно отправляет по сети команду управления другому устройству на перекрытие воды. Схема работы MegaD-328 представлена на Рисунке 2.
N.
О
\ Ч
Выключить Выход №4
MegaD-328
MegaD-328
Рис.2 Схема работы MegaD-328 [5]
Среди других преимуществ MegaD-328 особо можно выделить использование TCP/IP в качестве сетевого и транспортного протокола, что, в свою очередь, открывает огромные возможности. Все современные устройства поддерживают TCP/IP, поэтому не требуется дополнительного программного обеспечения работы с контроллером. Вместе с тем применение TCP/IP позволяет маршрутизировать, выделять, выставлять приоритеты и делать любые операции с сообщениями между MegaD-328 и пользователем. Следует отметить, что использование традиционной шины, также как и схемы «master-slave», лишает систему автоматизации указанных преимуществ и создает дополнительные трудности и проблемы.
Опции, связанным с обеспечением безопасности, позволяют преодолеть самые актуальные бытовые проблемы и угрозы безопасности жизнедеятельности, с которыми постоянно сталкиваются домохозяйства, именно поэтому в нашей стране в целях содействия повышению уровня безопасности было бы целесообразно внедрять систему домашней автоматизации на стадии сдачи готового объекта строительства. Однако в настоящее время система жизнеобеспечения в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов может быть установлена лишь дополнительно по причине высокой стоимости закупочных материалов. При этом большинство потребителей задумываются о системах домашней автоматизации только после возникновения угрозы безопасности жизнедеятельности, не зная о том, что контроль протечки воды, утечки газа, взлома с легкостью достигается посредством доступного интерфейса на смартфоне, персональном компьютере, либо на прилагаемой интерактивной панели управления. Появление на Российском рынке систем домашней автоматизации российских производителей повысило бы возможность установки систем жизнеобеспечения в жилых помещениях индивидуальных и многоквартирных домов еще на этапе строительства. В силу этого данное направление научных разработок представляется актуальным и перспективным.
1. Шестаков В.А. Защита населения в чрезвычайных ситуациях. Екатеринбург: УрАГС, 2006. 261 c.
2. О безопасности: Федеральный закон от 28.12.2010 N 390-ФЗ // Справочно-правовая система «Консультант Плюс».
3. Умный дом - маркетинговое исследование российского рынка: текущее состояние и прогноз развития, Директ ИНФО, январь 2014.
4. URL:http://www.directinfo.net/index.php?option=com_content&view=artide&id=139%3A2010-07-06-13-57-09&caüd=1%3A2008-n-27-09-05-45&Itemid=84&lang=ru (Дата обращения 09.07.2014).
5. Wordstat.yandex.ru.URL:http://wordstat.yandex.ru/#!/?words=%D1%83%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0 %B4%D0%BE%D0%BC (Дата обращения 09.07.2014).
6. Ab-log URL: http://www.ab-log.ru/smart-house/ethernet/megad-328 (Дата обращения 09.07.2014).
Литература
