Розумний дім

Каталог статей

Розумний дім

Пройшли ті часи, коли співробітники офісів носилися з дискетами від машини до машини. Тепер же неможливо уявити собі офіс без комп'ютерної мережі. Але щодня, повертаючись в свої будинки, ми бачимо там холодильники, які не можуть посилати нам електронні листи із змістом типу: “Запаси газованої води закінчуються”. Абсолютно ясно, що і в житлових будинках все повинно змінитися, і зробити це належить саме вам, фахівцям з мереж.

Де автомобілі, що літають? Голлівуд давно обіцяв нам їх, не говорячи вже про роботів-слуг. На дворі 200... рр., і я не знаю, як щодо вашої машини, але моя все ще пересувається по землі. У наших кімнатах прибирають не роботи, і у нас до цих пір немає антигравітаційних двигунів. Ще письменники-фантасти передбачали, що наші будинки володітимуть єдиною системою освітлення і охорони, по своєму бажанню ми зможемо наповнювати їх звуками і зображеннями, а всі прилади управлятимуться з єдиного пульта дистанційного керування.

І ось ці прогнози в тій чи іншій мірі сьогодні стають реальністю. У нашій цифровій епосі смарт-карт і “інтелектуальних” телефонів настає час “розумних” будинків.

Розумний будинок — це загальний термін, використовуваний для опису численних продуктів і технологій, які значно розширюють функціональність нинішніх домашніх пристроїв і роблять це, як правило, на базі конвергованої мережевої інфраструктури. Іншими словами, мережеві аудіо-, відео- і телефонні служби, а також служба передачі даних тепер не тільки застосовуються в офісах, але починають з'являтися і в будинках. У розумному будинку телевізор можна буде використовувати для проглядання потокового Інтернет-мовлення, фільмів на DVD або для виведення зображення з камер відеоспостереження. Стереосистема стане програвати цифрові музичні файли, завантажені з Інтернет, і вам не доведеться, як раніше, спочатку записувати їх на CD. Технології розумного будинку дозволяють різноманітним пристроям використовувати мережі передачі даних і Інтернет для виконання таких завдань, які не по плечу звичайним побутовим приладам, наприклад, щодня включати світло в шостій ранку, вимикати систему поливання газону, коли йде дощ, і в певний час перенаправляти сигнал DVD-програвача з телевізора у вітальні на телевізор в спальній. Набір вже доступних додатків і пристроїв (для устаткування розумного будинку) вельми вражає і розширюється з кожним місяцем.

Майбутнє сьогодні

Насправді люди вже досить давно користуються пристроями і технологіями, що відповідають сучасній концепції розумного будинку. Це таймери управління електроосвітленням, різного роду системи сигналізацій і “інтелектуальні” термостати. Так, виїжджаючи у відпустку, ви можете задіювати таймери, які періодично включатимуть і вимикатимуть світло в будинку, примушуючи можливих грабіжників думати, що в нім хтось є. Існують таймери, для яких можна написати сценарії роботи, що імітують переміщення по будинку людини, яка ніби вимикає світло і електроприлади в одній кімнаті і включає їх в іншій. Деякі (особливо “інтелектуальні”) таймери здатні точно відтворювати манеру користування електроосвітленням і електроприладами, властиву конкретній людині, коли вона відсутня. Ми знаємо людей, що ще десять років тому встановили на дахах своїх будинків детектори дощу, завдяки яким, якщо з неба починає капати, розбризкувачі води на газонах перестають працювати, що зменшує витрату води і запобігає надмірному зволоженню грунту.

І нарешті, в сучасних будинках є термостати, керуючі роботою систем нагрівання і охолоджування повітря в приміщеннях. Функціонуючи в автоматичному режимі, вони підтримують відносно низьку температуру вночі і вищу вдень, а також виконують спеціальні програми для вихідних днів. Така автоматика забезпечує відчутну економію витрат на оплату комунальних послуг. Хоча вищеназвані пристрої і системи є простими технічними рішеннями для оснащення розумного будинку, вони сприяють розповсюдженню інших технологій. Ясно, що сьогодні ідея виділити холодильнику IP-адресу видастся дурістю, але через декілька років це може стати звичайною справою. Ваші побутові пристрої взаємодіятимуть з мережами передачі даних і Інтернет.

Дроти, дроти...

Варіантів кабелів для передачі сигналів і даних пристроїв розумного будинку декілька. З часом навіть в “тупих” компонентах, таких, як домашні стереосистемы, з'являться мережеві засоби, тому вибір відповідної проводки має велике значення. Це особливо важливо на етапах будівництва нової будівлі або реконструкції старої. Слід пам'ятати, що проводка повинна бути достатньою мірою широкосмуговою для передачі DVD-потоку.

Перший варіант — звичайна побутова електропроводка. По ній можна передавати дані з використанням протоколу Х-10. Кожен пристрій включається в розетку і, якщо він підтримує вказаний протокол, реагуватиме на відповідні сигнали. Двонаправлений зв'язок між Х-10-сумісними пристроями можливий, але він здійснюється дуже повільно. Швидкість передачі даних по лінії електроживлення залежить від типу використовуваного протоколу і якості самої лінії. Протокол Х-10 забезпечує швидкість передачі, що дорівнює 60 біт/с. Інша технологія, описана в стандарті HomePlug 1.0, орієнтована на досягнення швидкості до 14 Мбіт/с. Звичайно ж, реальна швидкість залежить від рівня перешкод на лінії. У багатьох будинках він досить високий. Перешкоди, що створюються такими пристроями,, як посудомийні машини можуть істотно уповільнити передачу даних.

Другий варіант — коаксіальний кабель, традиційно використовуваний для передачі відеосигналу і даних (пригадайте технологію 10Base2). Такий кабель легко прокладати і термінувати. Нескладно робити і відгалуження від нього. Проте, як і лінії електроживлення, він має невисоку пропускну спроможність: технологія 10Base2 забезпечує швидкість передачі до 10 Мбіт/с.

Третій варіант — телефонні лінії. Більше десяти років тому користувачі комп'ютерів Macintosh об'єднували їх в мережі за допомогою телефонної проводки і ресіверів Phonenet. Ці мережі, ймовірно, і були найпершими реалізаціями конвергованих мереж, призначених для передачі мови і даних. Організовувати домашні мережі на базі телефонних ліній просто, але пропускну спроможність таких ліній теж високою не назвеш. У першій версії стандарту Home Phoneline Networking Alliance (HPNA) швидкість передачі передбачена на рівні 1 Мбіт/с, а в другій — 10 Мбіт/с.

Четвертий варіант — кабель категорії 5e з пропускною спроможністю до одного гігабіта в секунду. Цього більш ніж достатньо для передачі відео і даних. Фірма Linksys недавно випустила восьмипортовий гігабітовий комутатор, який коштує всього лише 189 дол. Для високоякісної передачі відео потрібна дуже широка смуга пропускання, оскільки короткострокові перерви в показі зображення і обумовлене роботою засобів стиснення певне погіршення його якості, хоч і вважаються прийнятними для Інтернет-додатків і систем відеоконференц-зв'язку, недопустимі при прогляданні фільмів на DVD (особливо тих, в яких є батальні сцени). Побутова відеокамера формату DV (Digital Video) передає відеопотік (без аудіоінформації) із швидкістю 25 Мбіт/с. Передача звукового ряду і службових даних підвищує швидкість потоку приблизно до 36 Мбіт/с. Існує і 50-Мбіт/с фомат DV з покращеною якістю зображення. Сучасні програвачі DVD тільки для передачі відео підтримують максимальну бітову швидкість, рівну 9,8 Мбіт/с, і у них залишається досить обмежена смуга пропускання для передачі звуку, тому можна припустити, що з часом стандарти DVD переглядатимуться в плані розширення смуги пропускання.

Ще одна широкосмугова технологія — телебачення високої чіткості (ТВЧ) — все ще залишається дуже складною для реалізації виробниками електронного устаткування і трансляційними компаніями. Для передачі динамічних сюжетів, включаючи репортажі про спортивні змагання, з використанням функції стиснення, системі ТВЧ необхідна смуга пропускання близько 18 Мбіт/с. Нестиснений ТВЧ-потік має просто запаморочливу інтенсивність — 1,2 Гбіт/с.

Чим менша ступінь стиснення, тим вища якість зображення і звуку. Найближчими роками користувачам напевно буде потрібно ще чіткіша картинка і більше число аудіоканалів. Як і у випадку з проектуванням будь-якої мережі, важливо зробити домашню інфраструктуру такою, що не застаріває морально, забезпечивши при її створенні певний запас смуги пропускання для майбутніх додатків.

Кабель категорії 5e буває двох видів — пленумний і звичайний. Пленумний кабель має спеціальне покриття, яке при горінні виділяє менше газів. В обох видів кабелю однакові характеристики передачі даних, але пленумний при цьому коштує приблизно в три рази дорожче звичайного. Деякі інсталятори вважають, що пленумний кабель прокладати складніше, оскільки він менш гнучкий.

І нарешті, останній варіант реалізації домашньої кабельної інфраструктури — це установка оптоволокна. Втім, більшість представників компаній-виробників, з якими ми радилися, вважають, що в житловому будинку не варто використовувати оптоволокно: воно дорожче за інші види кабелів, його складніше прокладати і термінувати. У магазині 300-метровий відрізок звичайного кабелю категорії 5e (з покриттям з полівінілхлориду) коштує приблизно 100 дол., пленумного — 280, двожильного оптоволоконного з поліхлорвініловим покриттям— 330, двожильного оптоволоконного пленумного — 350 дол.

На ринку існує і бездротове устаткування стандарту 802.11b, але його пропускної спроможності явно недостатньо для високоякісної передачі відео. Швидкості цього устаткування вистачить лише для пересилки звуку і файлів. Нагадуємо, що DVD-програвач генерує 9,8-Мбіт/с відеопотік, а максимальна пропускна спроможність устаткування стандарту 802.11b теоретично складає 11 Мбіт/с. У продажу вже з'явилися 54-Мбіт/с бездротові засоби стандарту 802.11а, але все одно смуга пропускання кабельної інфраструктури значно ширша, адже кабель категорії 5e підтримує технологію Gigabit Ethernet. Крім того, бездротове устаткування не позбавлене проблем з перешкодами і захистом даних.

Отже, який же кабель вибрати? Домашню високошвидкісну мережу передачі даних слід будувати на базі кабелю категорії 5e. По ньому можна не тільки швидко пересилати інформацію, але і подавати електроживлення (невеликої потужності) на термостати і IP-телефони. Для зв'язку із засобами автоматики і іншими пристроями, що не вимагають високих швидкостей передачі даних, простіше і дешевше задіювати силову електропроводку. Деякі фахівці вважають, що з часом в розумних будинках стануть використовуватися і мідна, і бездротова інфраструктури, але в найближчі декілька років високошвидкісні додатки (включаючи передачу відео і швидкий обмін файлами) краще працюватимуть з мідною проводкою.

Компанія Home Director (яка відокремилася від корпорації IBM) і інші постачальники структурованих кабельних систем орієнтуються на організації, що будують нові будинки, а не реконструють старі. Кабель категорії 5e дуже просто прокладати в процесі будівництва будинку. При цьому всі кабельні лінії повинні сходитися до одного центрального вузла.

Якщо ви будуєте новий будинок, задіюйте як телефонні лінії, відрізки кабелю категорії 5e замість традиційної проводки категорій 1—3. В майбутньому це істотно полегшить вам впровадження засобів передачі даних і/або систем VOIP.

Непогана ідея — при будівництві нового житлового будинку встановити в ньому закладні труби для кабелів, як це робиться в офісних будівлях. Завдяки ним в перспективі ви зможете без особливих зусиль прокладати нові лінії або замінювати старі. Можливо, вже через декілька років вам захочеться замінити кабель категорії 5e оптичним або підключити до домашньої мережі раніше не приєднані до неї кімнати. Вартість системи закладних труб залежить від типу матеріалу, з якого вони виготовлені (метал або пластмаса), розцінок будівельної організації і довжини самих труб.

Низькошвидкісні додатки

Для взаємодії із засобами автоматики, що не вимагають високої швидкості передачі даних, широке застосування отримав протокол Х-10, в якому передбачена вставка 120-кГц імпульсів між циклами синусоїдальної напруги змінного струму. Щоб компенсувати вплив перешкод, команди передаються двічі. Кожен пристрій Х-10 має два встановлюваних 4-біт адреса. Перший — це домашній код, призначений для об'єднання пристроїв в групи, другий — ідентифікаційний код. Наприклад, ви можете привласнити всім перебуваючим в житлових приміщеннях будинку пристроям код A, а в не житлових — код B. Це спрощує процес адміністрування.

Контроллери, що під'єднуються до комп'ютера через послідовні порти або порти USB, працюють з володіючими певним домашнім кодом пристроями X-10 або ж можна використовувати комп'ютер для управління всім будинком. На ринку є декілька різновидів контроллерів різних виробників.

У будинку може бути задіяно до 256 індивідуально керованих пристроїв Х-10. Декілька пристроїв можуть мати однаковий код; вони діятимуть одночасно. Деякі пристрої не тільки виконують команди, але і самі посилають їх. Так, термостат може повідомити керуючий комп'ютер про температуру повітря на даний момент, а комп'ютер використовує цю інформацію спільно з сценарієм роботи для визначення дій, які потрібно зробити.

Протокол Х-10 з'явився в кінці 70-х років. Він прекрасно підходить для роботи з низькошвидкісними і досить простими пристроями. Зазвичай його використовують для управління електроосвітленням. Один з редакторів нашого журналу розробив для засобів цього протоколу сценарій під назвою “На добраніч”, за яким світло в спальні включається в заданий час і через три хвилини вимикається. У іншого редактора після проглядання відеофільму світло в кімнаті запалюється плавно (протягом декількох секунд), замість того щоб спалахнути вмить, не давши очам адаптуватися до яскравого освітлення. Ця функція включається з єдиного пульта дистанційного керування, який управляє освітленням, телевізором і програвачем DVD. Великою перевагою устаткування X-10 є простота його установки, конфігурування і використання.

Заради безпеки

Одна з найважливіших функцій устаткування розумного будинку — забезпечення безпеки людей, що живуть в ньому. Зовні з метою спостереження за навколишнім простором можуть бути встановлені дротові і бездротові відеокамери. Корисно задіювати датчики руху і детектори розбивання скла. Завдяки такому детектору при порушенні цілісності скла запускається спеціальний сценарій, що передбачає включення світла і активізацію відеокамери.

Коли в підвалі з'явиться вода, детектори води повідомлять вас про це. Датчики — що реагують на тепло, дим, двоокис вуглецю і інші ознаки виникнення небезпечних для життя і здоров'я людини ситуацій — включать сирену, яскраві вогні (що важливо для людей з слабим слухом) і/або пошлють вам на роботу повідомлення по електронній пошті. Контроллери приводів штор зможуть закривати їх в запрограмований вами час або коли фотоелемент визначить настання сутінків.

Високошвидкісні додатки

Мабуть, найцікавішими для людей виявляться розважальні додатки, які можуть стати головною рушійною силою розвитку ринку засобів для розумних будинків. В даний час вже є технологія, що дозволяє ретранслювати відеосигнал по радіохвилях з однієї частини будинку в іншу. Але якість картинки при цьому гірша, ніж при прогляданні DVD, а перешкоди викликають випадання елементів зображення і короткочасні зупинки рухомої картинки. Проте, якщо будинок оснастити високошвидкісною дротовою мережею, передавати аудіо- і відеоінформацію можна буде з високим рівнем якості і без впливу на роботу інших додатків.

У домашньому інформаційному середовищі, що характеризується відносно невеликим трафіком і малим числом вузлів, проблем з реалізацією необхідного рівня якості обслуговування трафіку (Quality of Service — QOS) виникати не повинно. При роботі в мережі Інтернет засоби забезпечення QOS мають велике значення, але зовсім не обов'язково, щоб їх робота контролювалася самим кінцевим користувачем.

Компанія ITT Industries розробила високошвидкісну структуровану кабельну систему DILAN (Domestic Integrated LAN). Партнерство компаній ITT і Home Director приведе до появи в США розумних будинків, в яких всюди прокладуть кабелі категорії 5e і під'єднають їх до розташованих в підвалах центральних комутаційних блоків. Звичайний пристрій — скажімо, телевізор — підключатиметься до мережі через адаптер (коаксиал/RJ-45). Відеосигнал від DVD-програвача можна буде направляти в будь-яку кімнату в будинку, а музичні файли — передавати з будь-якого домашнього комп'ютера на стереосистему, яка зможе їх відтворювати.

Якщо до домашньої мережі підключити відеокамери зовнішнього спостереження, з'являться додаткові можливості. Коли задзвонить дверний дзвінок, на екрані телевізора виникне зображення людини, що стоїть біля дверей, і ви відразу дізнаєтеся, хто прийшов: рознощик піци або кавалер вашої дочки. Крім того, на екран телевізора може виводитися інформація про того, хто дзвонить вам по телефону, і ви, не відриваючи око від улюбленої спортивної гри, вирішите, чи варто вам відповідати.

Зрозуміло, широкосмугова мережа придатна не тільки для ігор і інших розваг. Передача відео по кабелях категорії 5e зробить і офісне середовище динамічнішої. Кімнату для переговорів цілком реально буде перетворити на телестудію або зал для проглядання відеопрограм. З'явиться можливість передати, наприклад, останній рекламний ролик вашої компанії із студії відеомонтажа на монітор, встановлений в кабінеті керівника підприємства трьома поверхами вище, і відпаде необхідність записувати його на відеострічку або завантажувати по комп'ютерній мережі.

Після 2010 року

Які перспективи у технологій розумного будинку? У міру того як виробники електронного устаткування налагоджуватимуть відносини з будівельними організаціями, стане з'являтися все більше будинків, підготовлених для розгортання широкосмугових додатків. Найбільший інтерес, швидше за все, викличуть розважальні додатки, а не можливості управляти електроосвітленням і функції забезпечення безпеки. Деякі люди, що володіють певними навиками, в цілях економії самі побудують свої системи безпеки. З часом багато домашніх пристроїв буде автоматизовано. Холодильник зможе сповістити домашній ПК про те, що його дверки не закриті, а також повідомить в майстерню про поломку якихось своїх компонентів.

На перший погляд зв'язок по мережі між пральною машиною і телевізором не потрібний, але деяким людям може прийти в голову, щоб телевізор інформував їх про закінчення прання. В майбутньому стануть звичайними дома з інформаційним середовищем, яке гнучко підстроюється під індивідуальні потреби мешканців.