Вывод на тему умный дом. Доклад: Системы Умный дом. Экономия средств в умном доме

Вот в очередной раз меня просят сделать подбор оборудования для системы Умный Дом по перечню пожеланий типа «чтобы свет был с айфона и вода сама перекрывалась и камеры были». Спрашиваю:

— Какая стадия строительства?

— Отделка завершена, все кабели уже прокинуты

— Как прокинуты?

— Конечно, под умный дом уже всё прокинуто.

Выясняется: рабочие, которые занимались монтажом кабелей на вопрос заказчика, знают ли они что-то про умный дом, сказали «конечно, сто раз так делали», и проложили кабель так, как, по их представлению и некоему опыту кабель кладётся в таких системах. Общение с монтажниками показывает, что они понятия не имеют, как вся эта система будет работать, но однажды по готовому проекту уже кабель «под умный дом» клали. Никакой исполнительной документации нет, но зато «вот тот парень» сам всё проложил, поэтому ему можно задавать любые вопросы, которые меня интересуют. А заказчик очень рад, что рабочие у него такие понимающие и опытные, и никакого проекта им не надо. Вообще, есть такое мнение, что проект нужен не заказчику, а только проектировщикам, чтобы денег на нём заработать и время потянуть.

Чем заканчивается такая история? Либо у нас будет не стройка, а огромная куча проблем, возникающих одна за другой, что приведёт к тому, что заказчик рассорится со всеми работниками, включая меня, а на выходе получит не пойми что, либо делается проект, стены вскрываются, и система монтируется как надо. В основном, конечно, первый вариант, так как заказчик не хочет терять время и деньги на переделку чего-либо, да ещё по не до конца понятной ему причине.

Это всё только предисловие, как оно бывает в не меньше чем четверти случаев. У нас даже был опыт проектирования системы автоматики наперегонки с рабочими: если они проложили кабель раньше, то его надо зарисовать в проект и думать, как его использовать, если я нарисовал чертёж раньше, то рабочие делают по нему. Сдавали объект почти год после такого, с руганью и перекладыванием ответственности.

Почему все системы разные

Разумеется, когда заказчик соглашается с рабочими, которые говорят, что без всяких специалистов всё «под умный дом» проложат, он думает о том, что все системы Умный Дом — одинаковые . Стало быть, есть некий универсальный способ монтажа кабеля. О существовании , кабель под которые монтируется принципиально по-разному, он не знает. Да и не так всё просто, проложить кабель «под шинную систему» тоже нельзя без проекта, так как у нас могут быть как специальные KNX выключатели, так и обычные клавишные выключатели. Настенные панели тоже могут быть KNX или iPad в настенной рамке. Под KNX надо, кстати, вести не витую пару (некоторые так делают по принципу «и так работает, зачем переплачивать»), а специальный кабель KNX/EIB 2x2x0.8. А вот производителем рекомендуется собственный кабель для своей собственной шины (Teletask не совместим с KNX). Вот так, например, может выглядеть отличие классического управления светом от управления в системе Умный Дом:

Но это частный случай! Это означает, что под клавишами выключателей находятся модули KNX. Я бы даже при использовании системы KNX рекомендовал вести обычную витую пару от выключателей до щита, так как витая пара на порядок дешевле кабеля KNX, а модули KNX под выключатель делают систему совсем неоправданно дорогой. И перевести систему на промышленный контроллер мы уже не сможем, когда кабели соединены шлейфом.

Другой «униварсальный» вариант — электрика звездой.

Такой вариант характерен как для системы на промышленном контроллере, так и для системы KNX с классическими выключателями и датчиками. Но если у нас классические выключатели и датчики, зачем нам KNX? Помимо выключателей и лампочек есть ещё датчики протечки воды, сервоприводы, датчики температуры воздуха и пола, метеостанции, ещё куча элементов системы. Какой кабель на них кидать?

В чём причина проблемы?

У проблемы работы без проекта достаточно простая и понятная причина — не хочется принимать решение сейчас, хочется подумать потом. Работа над проектом квартиры, пусть даже самой маленькой, пусть даже студии 30 метров — всегда очень сложная для заказчика (да, я говорю именно про заказчика проекта, а не исполнителя), нужно принимать много решений и отвечать на много вопросов. Чем квадратных метров меньше, тем каждый из них ценнее.

Будет ли у нас в данном месте сенсорная панель на базе iPad или сенсорный выключатель или обычный выключатель? Будет ли у нас система на промышленном контроллере или KNX или Teletask или HDL или вообще беспроводной или какой-то гибрид этих систем? Для заказчика это 1001-ый вопрос, над которым его заставляют задуматься после выбора дверей, стен, потолков, кондиционеров и прочего, конечно, если есть возможность этот вопрос отложить до конца ремонта, то он это с удовольствием делает. Получая при этом множество проблем.

Например, кто задумывается в самом начале ремонта о выборе кухни? Причём, конкретном выборе всей кухонной мебели и техники? А без выбора кухни не сделать выводы кабелей под розетки и подсветки, которые надо делать на этапе монтажа кабеля. Хочется этот вопрос отложить, вот мы и получаем проект электрики с «примерной расстановкой розеток» на месте кухни.

С гибридом систем интереснее всего: ведь можно поставить, например, беспроводные выключатели Z-Wave (чтобы не штробить стены и не вести кабель), актуаторы KNX в щите, сопрячь всё это с беспроводным аудио-мультирумом Sonos в каких-то сценариях, а управлять системой с Iridium Server, это это отлично позволяет делать. Но всю эту концепцию надо продумать заранее обязательно! Подобрать оборудование, понять его стоимость, силами специалиста по этому оборудованию (а не электрика, который прочитал инструкцию!) выполнить проект, а потом ещё обязательно проверить правильность монтажа силами этого же специалиста.

Выводы

Итак, отвечая на вопрос из заголовка — Умный Дом без проекта не сделать никак . Именно чтобы был «Умный Дом по уму», то есть, продуманный и отвечающий всем пожеланиям заказчика и его ожиданиям от системы.

Есть такой универсальный вариант монтажа кабеля — ко всем точкам кидаем и витую пару и силовой, а можно ещё KNX для большей универсальности. Но это всё равно что делать телевизионный блок розеток «электричество+ТВ+интернет» в нескольких местах комнаты на разной высоте или раскидывать у пола электрические розетки через каждый метр. Это приведёт к тому, что телевизор захочется повесить в итоге именно там, где розеток нет.

На начальном этапе стройки надо потратить столько времени, сколько необходимо, чтобы рассмотреть варианты, прикинуть бюджет и принять решение по используемой системе и всем её элементам, сделать грамотный проект, тогда получившаяся заранее продуманная система даст пользователю именно то, что он от неё ожидал.

Буду признателен за написание какого-либо короткого комментария к тексту. Он оказался полезен? Остались какие-то вопросы? Нашли ошибку? Напишите об этом, пожалуйста.

Мы выполняем проектирование современных инженерных систем для квартир и загородных домов. Также консультации, шеф-монтаж, аудит. Высылайте задачи и любые вопросы на почту

Следует заметить, что мы применяем более широкий термин – «умный дом» (управляемый, интеллектуальный дом) – вместо распространенного в западных статьях термина «цифровой дом» (digital home). Это объясняется тем, что цифровой дом подразумевает контроль лишь над техникой, управляемой командами в цифровых кодах, тогда как умный дом контролирует все (и не только цифровые) технические устройства и системы жизнеобеспечения. Конечно, уже сейчас возникают трудности в контроле всех цифровых устройств, представленных в наших домах - стоит лишь вспомнить, сколько пультов дистанционного управления находится в обычной квартире – для телевизора, DVD-проигрывателя, музыкального центра, домашнего кинотеатра и так далее. Но решение данной проблемы, которое предлагают цифровые дома, - это лишь вершина айсберга.

Гораздо более важную роль в современном жилище начинают играть те устройства и системы, которые зачастую и не привлекают нашего внимания. Сюда, во-первых, следует отнести всю бытовую технику: холодильники, печи, чайники, стиральные машины и другие устройства. Также многие дома обладают установками климат-контроля и различными кондиционерами. Далее, немаловажны системы управления электричеством и водопроводом, а также противопожарная сигнализация. Наконец, в последнее время существенную роль играют системы охранной сигнализации и контроля доступа. Утомляет одно лишь перечисление всего этого многообразия… А как же будет утомлять и отнимать время настройка и управление всеми этими техническими благами цивилизации! Таким образом, необходимость в едином центре управления становится просто очевидной (рис. 1).

Рис. 1. Универсальный пульт дистанционного управления Philips iPronto SBC RU1000. Возможности: управление приборами более чем 500 марок, обучение командам от других пультов, запись макрокоманд, беспроводное соединение с компьютером для обновления ПО и загрузки ТВ-программ. (по материалам сайта http://digital-guide.ru)

Какие же функции должен выполнять умный дом? Во-первых, наше жилище – это место отдыха или, другими словами, место развлечения. Именно для этого мы приобретаем плееры, домашние кинотеатры, аудиосистемы, компьютеры и другие устройства. Более того, все чаще возникает ситуация, когда в каждой комнате стоит несколько медиа устройств – персонально под вкус и интересы каждого проживающего. Как в таком случае организовать передачу информации между комнатами? Какие преимущества и недостатки будут у того или иного способа передачи данных? Как обеспечить баланс между ценой устройств и скоростью передачи? Все эти традиционные «вопросы покупателей» можно отнести к первой функции умного дома – интеграции всех систем и устройств в единое целое.

Второй довольно очевидной функцией цифрового дома является создание оптимальной «среды обитания» для жильцов. Сюда входит множество вопросов, начиная от экономичного управления освещением и температурой в доме до таких рутинных вещей, как проверка наличия (и даже состояния!) продуктов в холодильнике. Иначе говоря, дом должен переложить на свои «цифровые плечи» все те повседневные задачи, которые обычно решает сам человек.

Наконец, вспомним известную поговорку, которая гласит: «мой дом – моя крепость». Нетрудно заключить, что к двум перечисленным выше задачам цифрового дома (развлечение и отдых) следует еще добавить и третью, причем довольно важную – безопасность и защиту жильцов. Сюда же, как ни странно, относится и защита самого цифрового дома от внешних посягательств.

Итак, основной идеей цифрового дома является создание максимально комфортного места проживания для человека. Перечислим еще раз, что для этого необходимо. Конечно же, в первую очередь, весь дом, заполненный до предела электроникой и техникой, должен управляться легко, причем не только изнутри, но и дистанционно. Соответственно, для этого должно быть организовано «общение» всех устройств в доме между собой, а значит, встает вопрос о способах передачи информации в цифровом доме. Далее, часть устройств будет обеспечивать создание в доме подходящего климата (в широком смысле этого слова) – следовательно, нужно решить вопрос домашней автоматизации. И, наконец, весь этот информационно-технический шедевр под названием цифровой дом должен защищать и жильцов, и самого себя, а значит, необходимо решить задачу обеспечения безопасности.

Рис. 2. Плазменная панель при входе в цифровой дом с системой домашнего управления «Клеопатра». Она может приветствовать каждого жильца по имени и сообщать обо всех событиях, которые происходили в его отсутствии (посетители, телефонные звонки, электронная почта и т.д.). Также на экране показывается и другая информация – кто находится в доме, что происходит в помещениях, прогноз погоды и тому подобное (по материалам сайта http://electronichouse.com)

Умный офис.

Следует сказать, что современное жилье все чаще начинает выступать и как место работы человека (например, это актуально для представителей творческих профессий). Кроме этого, концепция цифрового дома может быть с успехом применена не только для жилых домов, но и для офисных помещений (в этом случаем можно говорить об «умном офисе»). В таком случае, вся функциональность умного дома помогает сделать сам труд человека эффективнее, освобождая его от мелких рутинных забот.

Первое, что предлагает умный дом для работающего человека – это покрытие всей площади дома компьютерной и телефонной беспроводной сетью. Не обязательно сидеть в одном и том же кабинете весь рабочий день: если на улице хорошая погода, то можно выйти на лужайку перед домом, взяв с собой ноутбук. При этом вы останетесь на связи и можете продолжать заниматься своими делами без ущерба для производительности.

Применение концепции умных домов для больших офисных помещений решает еще и задачу контроля доступа персонала. Используя уже установленную охранную сигнализацию, можно ограничить определенным людям права доступа к конкретным помещениям. Например, система не будет пускать программистов в банковское хранилище, равно как и финансовых менеджеров – в серверную комнату. Для этих целей может использоваться как опознавание внешности человека, сканирование отпечатков пальцев, так и специальные идентификационные карты, ключи. Основной плюс в таком подходе – это простота интеграции систем контроля доступа в единую информационную сеть умного офиса.

В крупных компаниях часть технического персонала должна работать ночью; но и тогда системы интеллектуального офиса могут оптимизировать энергопотребление помещения. Например, правильно настроенный центральный компьютер заранее разблокирует сигнализацию, впустив технического работника внутрь. Затем он включит свет и выставит комфортную температуру, причем сделает это не во всем здании, а только в тех комнатах и коридорах, которые нужны персоналу в данное время. Все эти, казалось бы, незначительные функциональности сэкономят не только личное время работников, но и заметно сократят расходы на отопление и энергопотребление всего офисного здания.

Немаловажным остаются вопросы безопасности. Умный офис предоставляет не только защиту от физического проникновения злоумышленников, но и обеспечивает информационную безопасность. Это позволяет сохранить интеллектуальную собственность компании, что немаловажно в условиях сегодняшнего рынка. Управляемые умным офисом системы обеспечивают также экологическую безопасность, выполняя постоянный контроль условий труда – освещенности, температуры и состава воздуха. Таким образом, в умном офисе приятнее не только жить, но и работать.

Посмотрим теперь, что предлагают современные технологические компании по каждому из этих направлений. Другими словами, давайте совершим обзорную экскурсию по сегодняшнему рынку высоких технологий.

Технические решения для умного дома.

Интеграция домашних систем: контроль изнутри и снаружи.

Как уже было отмечено в начале этой статьи, в любом современном доме существует огромное количество разнообразных устройств. Их можно объединить в отдельные группы, например, по их назначению: бытовая техника, медиа-аппаратура, установки климат-контроля, охранные системы и тому подобное. Но в настоящее время взаимные связи между данными группами практически отсутствуют, все эти комплексы работают разрозненно, и это есть их большой недостаток. Система кондиционирования и отопления не учитывает пожарную безопасность квартиры, или, работая за компьютером, вы не имеете возможности дистанционно включить чайник или кофеварку. Поэтому одна из ключевых идей умного дома – это интеграция всей техники в единую сеть, обеспечение взаимодействия между отдельными устройствами. Нужно научить технику «разговаривать» друг с другом, заставить ее выполнять команды, полученные от некоего командного центра.

Приведем простой пример, демонстрирующий возможности взаимодействия разных устройств. Вы возвращаетесь с прогулки, и в кармане у вас лежит плеер с включенной любимой музыкой. Разблокируете сигнализацию, заходите внутрь. Система, проанализировав ситуацию, ищет эту песню в своем архиве, и начинает проигрывать мелодию уже на акустической системе дома, а плеер выключает. Такая функциональность заложена в плеерах Zune от Microsoft и Apple iPod, а соответствующее программное обеспечение интегрировано в новых операционных системах Microsoft Windows Vista и некоторых версиях Linux. Также есть решения, не требующие наличия персонального компьютера. Например, это продукция компании SpeakerCraft, позволяющая объединять в одну сеть до 6 плееров iPod и воспроизводить музыкальные файлы с любого из них на внешних динамиках.

Дальше вы подходите к компьютеру, чтобы проверить электронную почту. Одновременно с компьютера вы включаете чайник, и к тому моменту, как письма прочитаны, уже можно идти на кухню и сразу пить чай. Заодно вы, не отходя от компьютера, можете подстроить систему кондиционирования, выставив более комфортную температуру. А теперь посчитайте, сколько действий за вас выполнил умный дом, и сколько это сэкономило вашего времени. И если управление бытовой техники с рабочего стола компьютера пока что не получило широкого распространения, то некоторые модели кондиционеров таких торговых марок, как LG и Samsung уже предусматривают регулировку не с пульта дистанционного управления, а с любого компьютера, оснащенного стандартным инфракрасным портом.

Еще один важный аспект – это возможность делать комплекс систем не изолированным, а доступным извне, по обычным каналам связи, к примеру, через телефонные линии или канал кабельного Интернета. Это позволяет еще больше расширить функциональность умного дома. Например, находясь на работе, вы можете посмотреть изображение с видеокамер, установленных в доме, и проверить, все ли нормально. Еще в пути с вашего сотового телефона можно включить свет и кондиционер, чтобы по приезду домой вас встретили тепло и уют. Например, японский оператор сотовой связи NTT DoCoMo уже запустил новую услугу – дистанционное управление домашней аппаратурой с мобильного телефона. С помощью можно просматривать состояние домашних приборов и, при необходимости, выключать их (рис. 3).

Рис. 3. Система удаленного управления устройствами цифрового дома Remocon Saucer (слева) и схема ее работы (справа). Для передачи команд к Remocon Saucer должен быть подключен второй телефон. (по материалам сайта http://phoneyworld.com)

Некоторые производители пошли еще дальше. Компания LG выпустила холодильник и микроволновую печь, подключаемые к сети Интернет. В результате у их владельцев появилась возможность еще с работы узнать список продуктов, хранящихся в холодильнике, и сформировать список для похода в магазин. Можно и просто запрограммировать холодильник так, чтобы он сам отслеживал количество продуктов и при необходимости делал заказ в онлайн-магазинах. А микроволновая печь может поискать по кулинарным сайтам и предложить хозяевам оригинальный рецепт и тут же приготовить блюдо.

Как вы уже догадались, все эти удивительные возможности появились не за счет приобретения каких-то новых, дорогих устройств. Просто обычные, привычные вещи стали «общаться» между собой, согласовывать выполняемые действия. Согласитесь, описанные примеры могут сильно облегчить жизнь хозяевам, поэтому идея умных домов получает все большее распространение.

Передача данных: кофеварка на связи!

Одним из ключевых моментов в концепции умного дома является связь любого устройства со всеми остальными. Логичный вопрос – а как организовать эту связь? Вряд ли бы вам понравится, если по всей квартире будут висеть пучки проводов, соединяющих, в том числе, кофеварку с телевизором. Для решения этой проблемы существует три основных метода: использование беспроводных сетей WiFi, передача информации по силовым линиям и использование различных радио сетей.

Стандарт беспроводной связи WiFi завоевывает рынок благодаря своей удобности, высокой скорости передачи и широким возможностям. Установив так называемый hot spot – точку доступа, вы можете спокойно ходить по квартире со своим ноутбуком, который при этом будет оставаться подключенным к Интернету. В последнее время устройствами доступа к сетям WiFi оснащают не только десктоп-компьютеры и ноутбуки, но также карманные компьютеры (КПК), и даже телевизоры и системы домашнего кинотеатра.

Одно из основных достоинств WiFi – это возможность легко связать достаточно «умные» устройства: компьютер, телевизор, аудиосистему. Они смогут передавать разные данные со скоростью, достаточной для воспроизведения аудио и видео среднего качества. Кроме того, беспроводная сеть, построенная на технологии WiFi, легко настраивается и перестраивается; поэтому при покупке еще одного ноутбука или телевизора вам не придется тратить время на то, чтобы заставить все это работать. Развитием WiFi и его применением в умных домах занимаются такие гиганты, как Microsoft и Intel; последняя, вдобавок, разрабатывает усовершенствованную версию – технологию WiMax.

Недостаток технологии WiFi – нецелесообразность ее использования для связи относительно «глупых» устройств. Никому и в голову не придет встраивать карточку доступа WiFi в кофеварку – дорого, и абсолютно бессмысленно. Для устройств такого типа найдено другое решение – использование линий электропитания, которые уже проложены в доме.

Действительно, основная часть приборов и бытовая техника уже подключены к электрической сети. Почему бы не использовать ее провода еще и для передачи информации? Принцип работы такой технологии основан на том, что подача энергии осуществляется на низкой частоте (50 Гц); информацию и команды управления можно передавать по этим же проводам на высоких частотах (например, 100 МГц). При этом система энергопитания и информационная сеть не будут мешать друг другу. Существуют устройства, позволяющие строить даже компьютерные сети «через розетку», то есть использующие силовые линии питания для передачи данных. Это, например, продукция российской компании ЗАО «Электро-ком», которая обеспечивает ширину канала в 20 Мбит/с, что гораздо лучше соединения через модем. Компания Marantz представила свою разработку в другом направлении – систему DAvED (Digital Audio via Electrical Distribution, цифровое аудио через электрические сети), позволяющую передавать аудио сигнал от различных источников до динамиков, . В комплект поставки входит аудио приемник, набор удаленных колонок и модуль управления системой; базовая комплектация предлагается покупателям за $1300 (рис. 4).

Рис. 4. Инструкция по использованию аудиосистемы DAvED с сайта http://www.audioholics.com:
- подключите ресивер ZR6001 (слева) к источнику звука
- подключите ZR6001 к розетке в стене
- подключите в другой комнате к розетке блок-клиент ZC4001 (справа)
- выпейте чашечку кофе в другой комнате, наслаждаясь любимой музыкой (опционально)

Но если передача данных на большой скорости еще сопряжена с некоторыми техническими трудностями, то передача коротких команд типа «Чайник, включись» или «Кондиционер, установи температуру 22 градуса» оказывается очень просто реализуемой. Таким образом, данная технология – именно то, что нужно для эффективного управления несложной бытовой техникой. При этом дополнительным оборудованием является лишь небольшая коробочка, воткнутая в розетку и соединенная с компьютером.

Последняя группа устройств, для которой не подходят две вышеописанные технологии – это различные медиа устройства, такие как: фотоаппараты, плееры, видеокамеры и т.д. Идея, положенная в основу работы данной группы устройств – это создание универсального интерфейса, то есть некоего «языка», на котором все эти устройства буду работать. В настоящее время одним из самых популярных проводных интерфейсов, применяемых в такой технике, является USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина). Поэтому родилась идея разработать аналогичный, но беспроводной USB интерфейс. Этой задачей с весны 2006 года занимается корпорация Intel; в сентябре на Форуме Разработчиков Intel было объявлено о первых экземплярах устройств, поддерживающий данный формат. На данный момент возможно построение сети размером до 128 устройств со скоростью передачи до 400 Мбит/с. В настоящее время, пока новый формат не получил широкого распространения, связь между устройствами поддерживается по достаточно популярной технологии Bluetooth. Таким образом, все такие медиа устройства могут успешно интегрироваться в комплекс систем умного дома. И это, несомненно, создаст дополнительные удобства для его хозяев.

Необходимо отметить, что остается один тип соединения, который необходимо выполнить проводным способом. Это канал связи между медиа системами (компьютер, музыкальный центр, телевизор), где требуется передавать данные с еще большей скоростью и без помех. На данный момент, связь по ВЧ-кабелям остается самой лучшей с точки зрения качества передаваемого звука и видеоизображения. В будущем такой кабель повсеместно будет оптоволоконным.

Таким образом, мы получаем полную взаимосвязь всех устройств в доме по разным технологиям, в зависимости от предъявленных требований. Если нужна высокая скорость и поток сложных данных – применяем WiFi; если нужна связь с минимальной системой команд, скорость не критична – применяем связь «через розетку»; если же необходимо обеспечить канал передачи между медиа устройствами – используем беспроводной USB интерфейс.

Безопасность жильцов.

Пожалуй, стоит отдельно осветить вопрос о концепции интегрирования систем безопасности в структуру умного дома. Охранная сигнализация, бесспорно, является одной из самых важных компонент, и ее правильное взаимодействие с остальной системой управляемого дома – залог его безопасности и безопасности его жильцов.

Первая из проблем, с которой сталкиваются разработчики – это безопасность канала передачи данных. Согласитесь, одно дело, когда злоумышленнику удалось перехватить список продуктов, которые заказал ваш холодильник или название песни, которую воспроизводит аудиосистема, и совсем другое дело – перехват кодов активации охранной системы, идентификационных ключей и прочей секретной информации. Безопасность каналов передачи мы еще обсудим несколько позднее, но уже сейчас можно с уверенностью сделать утверждение, что включение охранной сигнализации в общую систему умного дома следует проводить с гораздо большей тщательностью, чем, например, домашней медиа системы.

Рис. 5. Российская разработка – видеосервер «Трал». В руках такого невзрачного блока находится вся система видеонаблюдения цифрового дома. Позволяет записывать до 4 каналов видео и 2 каналов звука с видеокамер в цифровом виде на встроенный винчестер. Доступ к видеосерверу может осуществляться через локальную сеть, WiFi или сотовый телефон. (по материалам сайта http://www.tral.ru)

Другой важный момент – это необходимость обрабатывать большие потоки информации. Например, хороший охранный комплекс включает в себя камеры наружного наблюдения, датчики целостности периметра (срабатывающие на открывание окон, дверей), детекторы движения, систему контроля энергопотребления. Иногда сюда же встраивают системы противопожарной безопасности. Реализация такого комплекса требует очень мощного, а поэтому, дорогостоящего центрального обрабатывающего модуля.

Долгое время такие сигнализации считались профессиональными, и были недоступны обычному человеку из-за их сложности и высокой стоимости. Причина крылась в простом факте – центральный модуль такой сигнализации стоил как хороший профессиональный компьютер, так как ему приходилось обрабатывать большое число датчиков, в том числе и несколько потоков видеоизображения. Но с появлением концепции умных домов ситуация резко улучшается: теперь роль этого центрального модуля выполняет обычный персональный компьютер хозяина дома. При этом не только уменьшается стоимость комплекта, но и возрастает функциональность такой системы.

Современное программное обеспечение позволяет производить, например, распознавание образов, что позволит избежать ложных срабатываний от движения домашних животных по квартире. Кроме этого, используя сетевое соединение, владелец может полностью контролировать состояние своего дома с любого компьютера или даже с сотового телефона.

Благодаря появлению таких систем улучшаются и технологии замков. Вместо привычных механических ключей появляются устройства, открывающие замок по биометрическим данным человекам – отпечаткам пальцев, узорам сетчатки глаза. Такой вид контроля доступа решили использовать и сотрудники компании Tychi Systems, разработавшие необычный дверной замок (рис. 6). Новинка не позволит открыть дверь чужакам – в круглую дверную ручку нового замка BioKnob вмонтировано устройство сканирования отпечатков пальцев. Сам замок при этом отличают весьма небольшие размеры, так что его монтаж не вызовет трудностей. Память у BioKnob весьма ёмкая – в ней могут содержаться до ста образцов отпечатков пальцев людей, которым разрешено открывать дверь; всем остальным этого сделать не удастся. Еще интереснее то, что BioKnob автоматически ведет регистрацию, которая может содержать до одной тысячи записей о попытках (как успешных, так и неудачных) открыть дверь. Аналогичная разработка есть и у российской компании «Смартлок». Ими разработан комплекс «Мцыри», позволяющий подключить к системе идентификации множество разнообразных электромеханических замков, защелок, «замков-невидимок».

Рис. 6. Биометрический замок BioKnob. С таким замком нет необходимости искать в сумочке ключи и задавать вопрос «Во сколько ты вернулся сегодня ночью?». (по материалам сайта http://bobvila.com)

Таким образом, интегрирование систем безопасности в структуру управляемого дома оказывается не только выгодным, но и гораздо более функциональным. Поэтому большинство решений, предлагаемых компаниями, которые занимаются умными домами, уже имеют встроенный модуль охранной сигнализации.

Безопасность умного дома.

У большинства крупных систем, состоящих из некоторого числа взаимосвязанных модулей, важным критерием является их устойчивость к ошибкам и к атакам злоумышленников извне. Особое внимание мы обратим на вопрос защиты от постороннего вмешательства. Как мы помним, у интеллектуального дома предусмотрено управление им по сети. А что будет, если некий злоумышленник получит доступ к модулю управления дома? Тогда у него будет возможность не только ограбить квартиру, перенастроив систему безопасности, но и, скажем, постоянно следить за его хозяином, использую систему видео наблюдения этой системы. Кроме того, у него появляется доступ к компьютеру, на котором может храниться весьма важная и конфиденциальная информация. Поэтому совершенно очевидно, что любой канал управления каким-либо модулем должен быть зашифрован.

Существует два основных подхода к построению структуры умного дома – соответственно, с различными способами защиты.

Первый подход – построение распределенной сети. В таком методе нет единого управляющего центра, а есть ряд блоков, которые контролируют отдельные системы, и именно эти блоки соединены между собой. Например, в продаже имеются блоки управления освещением дома, климат-контроля, охранной сигнализации и так далее. Таким образом, останется только связать эти блоки между собой и с компьютером; при этом у них всех будет одинаковый приоритет в этой информационной сети.

Преимущество такого подхода очевидно – выход любого из блоков не повлечет прекращения нормального функционирования остальных. То есть, если у вас вдруг перестал работать свет, на работе системы кондиционирования это никак не скажется.

Но при реализации такой концепции разработчики сталкиваются с двумя основными проблемами. Во-первых, если какой-то из модулей «сошел с ума», то есть начинает вести себя несоответствующим образом (причиной может быть как внутренняя неисправность, так и целенаправленное выведение его из строя злоумышленником), то оставшиеся управляющие блоки должны не только определить это некорректное поведение, но и отключиться от неисправного. Реализовать же такую систему на одноранговой сети (когда все устройства равноправны) – достаточно нетривиальная задача. Во-вторых, каждый из этих блоков должен иметь доступ во внешнюю сеть (для реализации всей заявленной функциональности по дистанционному управлению домом), а значит, каждый из них придется оборудовать дополнительной системой шифрования, что не только трудно, но и дорого.

Второй подход отличается от первого тем, что все управляющие блоки соединены не напрямую друг с другом, а через компьютер. Соответственно, этот центральный компьютер обладает максимальным приоритетом; все остальные блоки только выполняют его команды и отдают ему данные, собранные от периферийных устройств и датчиков.

Очевидно, что проблема с распознаванием и отключением вышедших из строя модулей управления в такой топологии сети разрешается намного проще. Кроме того, только этот центральный компьютер имеет доступ во внешнюю сеть, и хозяин будет управлять любым модулем (освещение, сигнализация и т.п.) не напрямую, а посредством передачи команды именно через этот главный компьютер. Понятно, что при таком подходе систему шифрования нужно встраивать только в этот контрольный центр, а это намного проще и дешевле по сравнению с первым подходом.

Ключевой недостаток такой схемы – потеря управляемости в случае выхода из строя этого центра. В таком случае мы лишаемся контроля над всеми системами дома, что дает злоумышленнику простор для действий. Однако современный уровень развития технологий обеспечивает настолько надежную технику, что отказ из-за неисправности практически невозможен, его вероятность крайне низка. Одновременно с этим, существует немало криптографических алгоритмов, которые делают ваш умный дом невзламываемым за разумный промежуток времени (например, злоумышленнику придется потратить несколько тысяч лет на взлом секретного ключа).

Однако эти подходы можно совместить, устранив при этом их недостатки. На Форуме Разработчиков Intel была оглашена следующая модель управляемого дома, обеспечивающая максимальную надежность. Есть два компьютера, главный и резервный; выход во внешнюю сеть имеет только главный, задача резервного – только следить за состоянием этого центрального компьютера. Все другие контрольные модули подключены к ним обоим и обязаны выполнять команды любого из них. В нормальном режиме резервный центр не отдает никаких указаний. Но если на главный компьютер совершена атака, или он вышел из строя, то его роль берет на себя резервный. При этом теряется возможность выхода во внешнюю сеть, но все системы дома остаются активными и работоспособными. Для передачи же какого-либо экстренного сигнала используются резервные каналы – сотовый эфир, телефонная линия.

Итак, существующие методы обеспечивают достаточную защиту умного дома. Поэтому люди могут спокойно использовать все удобства и преимущества новых технологий, не беспокоясь за сохранность своего имущества.

Экология умных домов.

Микроклимат в доме.

В России до сих пор умные дома ассоциируются в первую очередь с комфортом. Вспомните хотя бы ту зарисовку, которая была приведена в начале статьи: вы возвращаетесь вечером домой, в прихожей автоматически включается свет, начинает играть та музыка, которая была у вас на плеере, горячую воду в ванную вы набрали уже по дороге, и она ждет вас…

Впрочем, это лишь одна сторона вопроса. В действительности, умный дом предлагаем намного больше, чем просто комфорт. Во-первых, он позволяет существенно экономить ресурсы, а вместе с тем и деньги в собственном кармане. А во-вторых, создаваемый им микроклимат обеспечивает поддержание здоровья жильцов на требуемом уровне. Другими словами, управляемый дом делает наше жилье заметно более экологичным. Поэтому давайте рассмотрим этот аспект подробнее…

Как выглядит климат-контроль в квартирах старого типа? Батарея центрального отопления и форточка, открываемая и закрываемая по мере необходимости. Не очень удобно, если не сказать хуже – совершенно неудобно и крайне расточительно. В прямом смысле выбрасывание денег на ветер… Есть, конечно, более современный вариант – использование кондиционера, однако и здесь присутствует недостаток: в помещение не поступает свежий воздух. А ведь от состояния воздуха очень сильно зависит наше здоровье. Здесь важен и состав воздуха (например, пластмассы и синтетические материалы могут выделять различные вредные газы), и содержание в нем различных частиц (той же пыли, которая может попадать с улицы и накапливаться в мебели), и температура, и влажность. Причем последние два параметра еще должны меняться в зависимости от того, какая погода и время суток на улице. И такая, на первый взгляд, непростая задача в действительности может быть легко решена средствами умного дома.

Рассмотрим для начала нагревание воздуха в помещениях (весьма актуальный вопрос для нашей страны). Для этой цели используют радиаторы и систему «теплый пол». Причем, как правило, контроль над теплым полом не нужно заводить на управляющий компьютер умного дома. Первая причина этого заключается в том, что теплый пол преимущественно создает лишь комфорт для ног, и поэтому установка его температуры производится только один раз. Вторая же причина кроется в большой тепловой инерции теплого пола. В результате, пытаясь поддержать быстро меняющуюся температуру воздуха в комнате, он будет либо слишком нагреваться, либо, наоборот, сильно остывать. Гораздо удобнее использовать для этого обычные радиаторы, установленные под окнами.

Возможна и обратная ситуация – когда температуру в помещении нужно понижать. Привычным способом является использование кондиционера (разумеется, уже интегрированного в систему умного дома). Необычной же альтернативой кондиционерам в последнее время становится идея панельного охлаждения потолков. Общий принцип здесь тот же, что и у подогреваемых водой полов, только змеевики разводятся на потолке, и вода в них используется с температурой около +15°С. Все это не шумит, не дует и не сильно обременяет карман счетами за электроэнергию.

Наконец, воздух в помещениях должен постоянно обновляться – для того, чтобы в них поддерживался нормальный газовый состав, а также удалялись различные вредные вещества (особенную опасность здесь представляют испарения пластмасс, упомянутые ранее). Разумеется, поступающий воздух нужно очищать, нагревать или охлаждать, а также увлажнять или осушать в зависимости от ситуации вне дома. Видно, что здесь никак не обойтись без использования систем нагрева или охлаждения воздуха, описанных выше. Другими словами, мы приходим к идее единой комплексной системы, которая контролирует все параметры воздуха в доме: проветривает, обогревает, охлаждает и очищает – словом, делает все для нашего комфорта.

Однако еще одним достоинством такой автоматизированной системы является то, что она еще позволяет и заметно сократить расходы на энергопотребление (рис. 7), о чем пойдет речь в следующем разделе.

Рис. 7. Диаграмма энергозатрат для жилых помещений. Налицо – возможность огромной экономии на отоплении жилья. (по материалам http://dancor.sumy.ua)

Экономия средств в умном доме.

Многие знают недостатки современных городских систем отопления – холодно осенью, когда отопление еще не включено, и жарко весной, когда оно, наоборот, еще не выключено. В то же время, умный дом отслеживает всю ситуацию (температуру, влажность, газовый состав и т.д.), что называется, «в режиме реальном времени», и потому действует наиболее оптимальным (а значит, и самым экономным!) образом.

Управляемый дом позволяет делать и такие вещи, которые без привлечения «умной» автоматики вряд ли были бы возможны. Например, хозяева дома могут запрограммировать систему на то, что они собираются проснуться, скажем, в 8 утра. Тогда большую часть ночи дом будет находиться в состоянии экономичного потребления электричества: минимально необходимая работа системы кондиционирования, отключенная система подачи воды, выключенный практически везде свет. Но в 7.30 утра самостоятельно включается нагрев воды, насосы, и, таким образом, система кондиционирования поднимет температуру до комфортного уровня. В 8 утра хозяева проснутся в теплом и светлом доме, и им не придется тратить ни минуты на какие-то бытовые вещи. При этом экономия электроэнергии не приведет ни к каким-либо неудобствам и ограничениям.

Конечно, как следует из рис. 7, в первую очередь экономия средств должна идти за счет снижения расходов на отопление. Однако есть и другие пути, где умный дом может оказать посильную помощь. Например, это системы динамического освещения в коридорах, на лестницах и подсобных помещениях, которые включают свет только тогда, когда в них есть человек.

Электромагнитная безопасность.

Как вы уже догадались, функциональность управляемых домов может существенно упростить жизнь их хозяевам. Осталось прояснить только один вопрос – а насколько безопасны умные дома для физического здоровья человека? Казалось бы, в доме находятся устройства, каждое из которых общается с другими, распространяя в пространстве электромагнитные волны. Однако нет повода для беспокойства – умный дом оказывается безопаснее обычного.

Рассмотрим сначала устройства, связанные друг с другом через силовые линии. Как мы уже упоминали, информация по таким линиям передается высокочастотным сигналом, на который не влияет низкочастотный ток питания. Но, во-первых, сама амплитуда этого сигнала очень мала (например, в вышеупомянутой системе DAvED используется сигнал напряжением 3-5 В, что практически незаметно в сравнении со стандартным 220В напряжением питания). А раз амплитуда сигнала мала, то и создаваемое им поле тоже не велико. Во-вторых, эти управляющие сигналы не передаются постоянно. Например, сигнал, посылаемый чайнику для его включения, займет доли секунды, а затем в линии вновь не будет дополнительных токов, и значит, не будет никаких электромагнитных полей. Таким образом, связь устройств с использованием силовых линий практически не вносит изменений в существующую электромагнитную обстановку умного дома.

Есть еще устройства, которые используют для передачи данных между собой радиосвязь. Однако при их разработке инженеры старались экономить энергопотребление такого устройства; достигается это за счет импульсного режима работы передатчика. Другими словами, они не передают информацию постоянно; они ее накапливают, а потом отправляют в эфир. При этом радиопередатчик работает не постоянно, а редкими импульсами, поэтому создаваемое им электромагнитное поле кратковременно. Вдобавок, современные приемники настолько чувствительны, что для связи устройств используются электромагнитные поля малой интенсивности. Например, спецификация WiFi предписывает использование полей напряженностью примерно в 10 раз меньше порога влияния биологических реакций человека. Другими словами, на человека эти поля никак не влияют; более того, он просто не в состоянии их почувствовать.

Наконец, аудио и видеотехника умных домов связаны через дорогие коаксиальные экранированные провода. Их разработчики делают все возможное, чтобы свести к минимуму влияние внешних наводок на передаваемый сигнал, что позволяет передавать высококачественное видео изображение и звук. Но при этом достигается и положительный обратный эффект – такие провода сами практически не излучают электромагнитные волны. Влиянием таких соединений на экологию дома просто можно пренебречь.

В итоге мы получили, что все удобства умного дома никак не влияют на здоровье его хозяев. Электромагнитные поля в таком доме не сильнее, чем в обычном. Более того, за счет разнообразных систем управления и контроля силовых агрегатов (системы отопления, водоснабжения, электропитания) можно существенно снизить интенсивность электромагнитного излучения. Таким образом, управляемый дом с точки зрения экологии является более безопасным, чем традиционный.

Заключение.

Умные дома – это больше, чем просто очередная техническая новинка. Умные дома – это первейшая необходимость для современного человека. Ведь в помещениях мы проводим существенную часть своей жизни, а потому они должны максимально способствовать поддержанию нашего здоровья. Сюда, в частности, следует отнести сохранение психологического здоровья: в нынешний цифровой век каждый ощущает на себе давление потока информации, что может привести к дискомфорту, стрессам и даже заболеваниям. Обработать такой поток, выделить только самое нужное и интересное для человека – вот задача информационных систем умного дома.

С другой стороны, умный дом сохраняет и физическое здоровье. Этому способствуют различные системы климат-контроля, которые незаметно, но безоговорочно создают в помещениях оптимальную «среду обитания». Те минуты жизни человека, которые они сохраняют день за днем, затем превращаются в дополнительные годы нашей жизни.

Наконец, в современной рыночной экономике существенную роль начинает играть и экономия средств, которую предлагает умный дом. Но эта медаль и имеет обратную, еще более существенную сторону – сохранение природных ресурсов. Ведь то, что было сэкономлено благодаря системам умного дома, оказалось сохраненным в природе, будь то энергоресурсы, минеральные ресурсы, растительное сырье или что-то еще. И такое сохранение природных богатств – возможно, одна из главных функций умного дома. Человечество неразрывно связано с природой, оно является ее частью, а потому сохраненная сегодня природа порадует завтра нас самих. А также наших детей и внуков.