Контроллеры системы умного дома

Несмотря на то, что устройства интернета вещей подразумевают  наличие интернета уже в своём названии, зачастую распространены ситуации, когда управление локальными системами умного дома/промышленности/авто имеют локальные контроллеры системы в своём составе. Рассмотрим эти решения более подробно.

Будем рассматривать контроллеры умного дома, как основу. Считая, что решения для умной промышленности и умного авто являются модифицированными (адаптированными) версиями умного дома, который появился исторически раньше.

Наличие локального контроллера в системах умного дома обусловлено как историческими, так и технологическими факторами. Среди исторических факторов можно назвать:

  • низкая скорость интернета в рамках глобальной вычислительной сети (ГВС/WAN),
  • отсутствие готового решения для удалённого управления системами умного дома в момент появления интереса к технологии умного дома,
  • высокая стоимость аренды оборудования и каналов передачи данных для случая выделенного сервера  на проект и малое количество таких проектов, как дополнительный фактор отсутствия возможности снижения издержек за счёт распределения,
  • различия в протоколах и интерфейсах устройств умного дома и интернета (необходимость применения дополнительных преобразователей/шлюзов),
  • ограниченность пула адресов IPv4, высокая стоимость их покупки/аренды.

Из этого списка практически все факторы можно отнести также и к техническим составляющим, т.к. они они таковыми являлись на момент появления первых систем умного дома. Однако, если большинство из них были устранены по мере развития технологий, то некоторые остаются актуальными и сейчас.

Практически все вышеперечисленные факторы привели к тому, что стали появляться решения управления умным домом практически без непосредственного выхода в интернет каждым конкретным узлом системы. Как правило центром системы был простой ПК, на котором устанавливалась программа которая занималась опросом датчиков, обработкой алгоритмов управления и раздачей управляющих воздействий исполнительным устройствам. В большинстве случаев такая функциональность не требует больших ресурсов по причинам относительно малого числа устройств в умном доме (десятки-сотни штук), простоты алгоритмов управления (логика, линейные или ПИД-регуляторы) и невысокой скорости происходящих процессов (периоды от десятков миллисекунд до десятков минут). Применение ПК было обосновано простотой разработки ПО, конфигурации системы, стандартными интерфейсами, а также значительными ресурсами по сравнению с МК.

В настоящий момент подобную функциональность «потянет» практически любой маршрутизатор/Wi-Fi точка доступа обеспечивающий интернетом квартиру или частный дом. Такие устройства получили широкое распространение последние лет 5-10 и установлены у большинства дома.  Однако, т.к. не всё же не все производители маршрутизаторов закладывают подобную функциональность на стадии разработки устройств и не предоставляют возможности модифицировать прошивки своих устройств, то также распространена модель, когда в домашней ЛВС используется дополнительное устройство, которое выполняет роль контроллера умного дома. При этом аппаратно оно представляет собой практически тот же самый маршрутизатор, возможно с рядом дополнительных блоков (как правило, контроллеров интерфейсов). Этот фактор можно отнести к техническим актуальным в текущий момент.

Стоит отметить, что и в настоящий момент нет полной необходимости подключения абсолютно всех узлов умного дома к интернету напрямую. В большинстве случае достаточно, чтобы прямой доступ в интернет имел только контроллер системы. Последний занимается управлением локальной системы (сбором информации с датчиков, выработкой необходимых действий и выдачей команд исполнительным устройствам). Он же через интернет может быть сконфигурирован под актуальную потребность. С этой точки зрения можно считать, что устройством интернета вещей является умный дом, а не каждый его компонент. Однако, в настоящий момент задача подключения всех узлов умного дома к интернету уже технически реализуема. И есть ряд систем построенных по такому принципу (примеры рассмотрим ниже).

Среди других факторов использования локального контроллера умного дома можно отметить:

  • независимость работы системы от наличия канала связи с сервером и задержек передачи данных (актуально для критически важных процессов),
  • отсутствие платы за использование сторонних сервисов,
  • минимизация трафика в сети интернет (снижение затрат на интернет для удалённых регионов, повышение защищённости системы, применение более простых алгоритмов внутри ЛВС),
  • низкая стоимость и распространённость аппаратных платформ и решений для контроллеров на рынке,
  • наличие открытых бесплатных программных решений (возможность гибкой настройки и расширения).

В результате можно сделать вывод, что использование локальных контроллеров умного дома обосновано по факторов и имеет ряд особенностей описанных выше. Рассмотрим существующие решения. Первоначально необходимо определиться с составляющими системы, т.к. умный дом состоит из 3 основных составляющих: аппаратной, программной и облачной. Соответственно могут предоставляться, как законченные решения, включающие всё сразу, так и различные менее функциональные комбинации. В рамках этой статьи наиболее интересны решения с функциональностью контроллера. В таблицах ниже «~»  обозначает частичную поддержку, «3P» — поддержку решений от 3 партнёров (проектов).

Таблица 1.1 — составляющие системы умного дома.

Название Аппаратные решения Программные решения Облачные сервисы Функциональность
CubieBoard + + ~ Контроллер
Razberry + + Контроллер
OpenRemote 3P + + Контроллер
DeviceHive 3P + +, 3P Контроллер
OpenHab 3P + +, 3P Контроллер
BeagleBone + 3P +, 3P Контроллер
OSGi 3P 3P + Контроллер через облако
People Power 3P 3P + Контроллер через облако
iControl 3P + + Контроллер через облако
LinuxMCE 3P + Контроллер, свет, климат, безопасность, телеком
Ago Control 3P + + Контроллер, свет, безопасность, телеком

Среди рассмотренных систем только OSGi позиционирует себя, как универсальное решение, остальные ориентированы на умный дом.

Не маловажными являются также такие составляющие проектов, текущее состояние проекта (готовность к практической реализации, развёртыванию системы на практике), а также условия лицензирования продуктов. Страна происхождения в условия мировой глобализации уже почти не играет роли, но эта информация может быть интересна с точки зрения понимания тенденций.

Таблица 1.2 — составляющие системы умного дома.

Название Статус Лицензия Страна
CubieBoard массовое Open Hardware Международная
Razberry массовое закрытая Швейцария
OpenRemote массовое закрытая Нидерланды?
DeviceHive Дизайн MIT Международная
OpenHab Дизайн Eclipse PL Международная
BeagleBone массовое Open Hardware Америка, международная
OSGi Концепция закрытая Америка
People Power дизайн Закрытая, Open API Америка
iControl n/a закрытая Америка
LinuxMCE дизайн GPL, Pluto Международная
Ago Control n/a GPL 3

Стоит сделать несколько замечаний относительно некоторых проектов:

  • Razberry  построен на базе связки Raspberry Pi и закрытого протокола  Z-Wave (есть открытая библиотека, которая позволяет общаться с устройствами Z-Wave посредством API от производителя),
  • OpenRemote согласно бизнес модели занимается продажей сервисов, лицензий и OEM-дизайнов для крупных производителей электроники,
  • DeviceHive поддерживает множество различных модулей и языков программирования, в числе сверхвысокоуровневые, как, например Python. Благодаря большому количеству модулей этот проект обладает, наверное, самыми большими возможностями по управлению и аналитике процессов, а также поддерживает множество аппаратных платформ,
  • OpenHab  с самого начала разрабатывался, как платформонезависимое решение для контроллера умного дома, поэтому имеет правильную архитектуру и ряд специализированных сопутствующих решений, таких, как например, ПО для смартфонов,
  • BeagleBone — система на модуле (SoM) от Texas Instruments, благодаря поддержке сообщества и доступной цене нашла широкое распространение в среде энтузиастов, под большинство открытых проектов в этом списке есть реализации на этом модуле,
  • OSGi разрабатывался как платформа IoT на Java с оглядкой на корпоративный сегменте,
  • People Power предлагают платформу IoT на нескольких уровнях для различных участников интернета вещей, акцентируя внимания на системном подходе и решениях для всех участников рынка интернета вещей,
  • iControl отличается форматом распространения, т.к. работает с сетями кабельных ТВ и охранными компаниями.

Цветом в таблице 1.2 выделены открытые для лицензирования решения. Наибольший интерес для начинающих компаний и разработчиков составляют проекты обеспечивающие совокупность ряда фактов: открытость исходных кодов, поддержка программных решений, готовность к развёртыванию. Данным условиям удовлетворяют следующие решения:

Как видно на основе проведённого анализа существует ряд решений ориентированных на различных потребителей и различные модели бизнеса (распространения и поддержки) — начиная от полностью открытых и поддерживаемых сообществом до закрытых и распространяемых крупными корпорациями и альянсами. В зависимости от задачи оптимальным является тот или иной вариант.

Контроллеры системы умного дома: 2 комментария

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s