Анализ беспроводных технологий для "умного дома"

Введение 7
1 Обзор и анализ проектов «Умного Дома» с применением технологии Интернета вещей 8
1.1 Концепция технологий связанных с Интернетом вещей 8
1.2 Стандартизация систем Интернета вещей 16
1.3 Современное состояние 22
1.4 Анализ существующих систем для работы с «Умным домом» 30
2 Анализ беспроводных технологий для реализации проекта «Умный Дом» 37
2.1 Подробное сравнение беспроводных технологий 37
3 Разработка архитектуры информационной системы «Умный дом» 54
3.1 Требования к системе «Умный дом» 54
3.2 Проект умного дома на Cisco Packet Tracer 55
3.2 Аппаратная реализация «Умного дома» на ESP-8266 60
3.3 Расчет коэффициента готовности системы «Умный дом» 62
Заключение 66
Список использованных источников 67

Весь текст будет доступен после покупки

С каждым днем стремительно развиваются передовые технологические системы, позволяющие автоматизировать бытовые задачи. Сегодня многие люди используют различные бытовые приборы, устройства и датчики, это так называемые Интернет вещи, которые являются частью системы.
«Умный Дом». Данная система обеспечивает связь между бытовыми приборами и пользователями, а также расширяет возможности автоматизации, мониторинга и дистанционного управления девайсами.
Аналогично для создания более продуктивной и гибкой рабочей среды, адаптированной к соответствующей деятельности в компании также существуют системы на основе технологии Интернет вещей, такие решения называют «Умный дом». При реализации систем «Умный дом» используются современные технологии, которые повышают комфорт и безопасность жителей дома.
Актуальность магистерской диссертации обусловлена возрастающим спросом на внедрение автоматизированных систем управления помещениями для создания умной инфраструктуры из имеющихся устройств. Управление инфраструктурой коттеджного дома необходимо для создания комфортного и безопасного домашнего пространства, что будет влиять на дальнейшую жизнь в целом.
Объектом исследования данной работы являются беспроводные технологии, предметом исследования — разработка информационной системы «Умный дом».
Целью магистерской диссертации является разработка и реализация проекта информационно-измерительной системы «Умный дом», для автоматизации и повышения эффективности управления Интернет вещами для применения в жилом помещении, анализ различных технологий беспроводной сети.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ существующих технологий беспроводной сети для «умного дома»;
2. Разработка модели системы «умный дом»;
3. Моделирование и аппаратная реализация подсистемы «умный дом».
Научная новизна работы обосновывается вкладом в уже существующие решения технологий Умного дома и Интернета вещей. Предложенная концепция представляет возможность использовать ее при разработке систем для проактивного управления интеллектуальным жилым помещением.
Практическая значимость исходит из экономической эффективности, преимуществ возможности использования для конечного пользователя и перспективности технологий Интернета вещей.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Обзор и анализ проектов «Умного Дома» с применением технологии Интернета вещей

В данной главе магистерской диссертации рассмотрено общее понятие беспроводных технологий, которые используются в «Умном доме», их концепция и назначение. В данной главе будет представлено описание используемых алгоритмов и методов, необходимых для реализации системы «Умный дом», а также выполнен обзор имеющихся на рынке подобных решений.

1.1 Концепция технологий связанных с Интернетом вещей

Концепция системы Умный дом предполагает новый подход в организации жизнедеятельности в доме, при котором на основе комплекса высокотехнологичного оборудования создается единая автоматизированная система управления, позволяющая значительно увеличить эффективность функционирования и надежность управления всех систем жизнеобеспечения [33].
Умный дом - система, которая обеспечивает безопасность, ресурсосбережение и комфорт для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из подсистем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.
Под «умным домом» понимается такая концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда работа всех инженерных систем и электроприборов регулируется автоматически из единого центра, в соответствии с заранее заданными параметрами. Такая система обеспечивает пользователям несколько преимуществ: комфорт, безопасность и экономию ресурсов. Система подразумевает слаженную работу системы отопления и кондиционирования, а также контроль факторов, влияющих на необходимость включения или отключения указанных систем. Иными словами, в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов [45].
В развитых странах Умный дом пересекается с концепцией экологичности и устойчивости, поскольку данная технология помогает рационально использовать ограниченные природные ресурсы, минимально негативно воздействовать на окружающую среду и благосостояние людей. Основная задача Умного дома - повысить комфорт жильцов и облегчить повседневную жизнь [55].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Абросимова М. А., Захаров А. В. Особенности создания умной инфраструктуры в вузе / М.А. Абросимова, А.В. Захаров // Вестник УГНТУ. Наука, образование, экономика. Серия: Экономика. – 2016. – №4 (18). – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-sozdaniya- umnoyinfrastruktury-v-vuze (дата обращения 15.05.2021).
2. Аксенова М. А. От интернета людей - к интернету вещей: концепция XXI века / М. А. Аксенова, Р. Я. Рахматулин // Информационные ресурсы России. – 2016. – № 5(153). – С. 37-39.
3. Алгулиев Р., Махмудов Р. Интернет вещей // Информационное общество. – 2013. – № 3. – С. 42–48.
4. Ативанов, В. А. Обзор протоколов Интернета вещей / В. А. Ативанов // XLVIII Огарёвские чтения: Материалы научной конференции. В 3-х частях, Саранск, 06–13 декабря 2019 года / Составитель А.В. Столяров. Отв. за выпуск П.В. Сенин. – Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2020. – С. 412- 417.
5. Арзамасова А. И. Интернет вещей: актуальность, решения, проблематика / А. И. Арзамасова, А. Ю. Ролич, Е. С. Мартюкова // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Арменского: Материалы конференции, Москва, 03–13 февраля 2015 года / Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики». – Москва: Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ, 2015. – С. 140- 142.
6. Байгозин Д. В., Первухин Д.Н., Захарова Г.Б. Разработка принципов интеллектуального управления инженерным оборудованием в системе
«умный дом» / Д. В. Байгозин, Д.Н. Первухин, Г.Б. Захарова // Известия Томского политехнического университета – 2008. – Т. 313. – № 5. – С. 168– 172.
7. Бендик Н.В. Системная архитектура информационных систем: Учебное пособие / Н.В. Бендик, С.А. Петрова - Иркутск: Изд-во Иркутского ГАУ, 2016, - 92 с.
8. Богус, Г. В. Использование платформы Microsoft Azure IoT Suite для автоматизации управления предприятиями / Г. В. Богус, У. А. Магомадов // Nauka-Rastudent.ru. – 2017. – № 3-3. – С. 11.
9. Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя. 2-е изд.: Пер. с англ. Мухин Н. – М.: ДМК Пресс, 2006. – 496 с. ISBN 5-94074- 334-X.
10. Варзунов А. В. Анализ и управление бизнес-процессами, [Текст]: Учеб. пособие. СПб: Университет ИТМО, 2016. – 112 с.
11. Викентьева О. Л., Кычкин А. В., Дерябин А. И., Шестакова Л. В. Архитектура сетевого управляющего комплекса здания на базе IoT устройств / О. Л. Викентьева, А. В. Кычкин, А. И. Дерябин, Л.В. Шестакова
// Датчики и системы. – 2018. – № 5. – С. 32-38.
12. Викентьева О.Л. Синтез информационной системы управления подсистемами технического обеспечения интеллектуальных зданий / О.Л. Викентьева, А.И. Дерябин, Л.В. Шестакова, А.В. Кычкин // Вестник МГСУ
– 2017. –Т. 12. – Вып. 10 (109). – С. 1191–1201.
13. Газизов, Д. И. Обзор методов статистического анализа временных рядов и проблемы, возникающие при анализе нестационарных временных рядов / Д. И. Газизов // Научный журнал. – 2016. – № 3(4). – С. 9-14.
14. Гололобов, В. Н. «Умный дом» своими руками / В. Н. Гололобов. — Москва: НТ Пресс, 2007. — 416 с. — ISBN: 5-477-00484-3.
15. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99. Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Часть 1. Базовая модель [Сайт]. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200028699 (дата обращения 11.05.2021).
16. Грингард С. Интернет вещей. Будущее уже здесь / С. Грингард. – М.: Альпина Паблишер, 2016. – 188 с. – ISBN 978-5-9614-6118-3.
17. Гусев В.В. Интернет вещей и устройства, подключаемые к Интернету / В. В. Гусев, И. В. Гусев, Р. П. Христофоров, Т. С. Домрачева // Аллея науки.
– 2018. – Т. 2. – № 11(27). – С. 859-865.
18. Дворников А. А. Исследование стеков протоколов сетевого и выше уровней для интернет-вещей / А. А. Дворников // Новые информационные технологии: Тезисы докладов XXI Международной студенческой школы- семинара, Судак, 20–27 мая 2013 года / МИЭМ НИУ ВШЭ. – Судак: Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ, 2013. – С. 124- 126.
19. Довгаль, Д. В. Обзор функций безопасности ускорителя решений Azure IoT / Д. В. Довгаль, В. А. Довгаль // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сборник трудов Всероссийской научно- технической конференции, Ижевск, Россия, 29 мая 2020 года / Отв. ред. К. Ю. Петухов. – Ижевск: Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2020. – С. 81-88.
20. Интернет вещей: сетевая архитектура и архитектура безопасности [сайт]. – URL: http://internetinside.ru/internet-veshhey-setevaya-arkhitektura- i/(дата обращения 13.05.2021). – Текст: электронный.
21. Интернет вещей: [сайт] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki https://iot.ru/wiki/ (дата обращения 04.05.2021). – Текст: электронный.
22. История развития системы «Умный дом»: [сайт] – URL: http://www.aptech.ru/istoriya-razvitiya-sistemy-umnyj-dom (дата обращения 08.05.2021). – Текст: электронный.
23. IoT для умных часов и IIoT для умных станков: что такое интернет вещей и каким он бывает: [сайт] – URL: https://mcs.mail.ru/blog/iot-dlya-umnyh- chasov-iiot-umnyh-stankov-internet-veshchej (дата обращения 30.04.2021). – Текст: электронный.
24. Кирсанов Н. С. Исследование и синтез системы управления умным зданием / Н. С. Кирсанов. — Текст: непосредственный // Молодой ученый.
- 2018. - № 16 (202). - С. 127-130. - URL:https://moluch.ru/archive/202/49486/ (дата обращения: 08.05.2021).
25. Ковбасенко А. С. Проектирование высокоэффективной, масштабируемой корпоративной сети умного дома / А. С. Ковбасенко, И. В. Лаврова // Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения: Материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием. В 2 частях, Тольятти, 22–24 апреля 2019 года. – Тольятти: Издатель Качалин Александр Васильевич, 2019. – С. 122-128.
26. Криницин В. В. Протокол MQTT как основа шаблона "издатель - подписчик" в Интернете вещей / В. В. Криницин // Защита информации. Инсайд. – 2020. – № 5(95). – С. 72-76.
27. Крюков, М. Ю. Использование протокола MQTT в концепции Интернета вещей / М. Ю. Крюков // Студенческая наука: современные реалии: Сборник материалов Международной студенческой научно-практической конференции, Чебоксары, 27 апреля 2017 года / Редколлегия: О.Н. Широков -Чебоксары: Общество с ограниченной ответственностью "Центр научного сотрудничества "Интерактив плюс", 2017. – С. 95-96.
28. Куликова, А. В. Интернет вещей: виртуальное благоденствие и реальные риски / А. В. Куликова // Индекс безопасности. – 2015. – Т. 21. – № 3(114).– С. 95-112.
29. Кучерявый А.Е. Интернет вещей // Электросвязь. – 2013. – № 1. – ISSN 0013-5771.
30. Малыш В. Н. Анализ угроз информационной безопасности системы "Умный дом" / В. Н. Малыш, Д. С. Букреев // Труды международного симпозиума "Надежность и качество". – 2012. – Т. 1. – С. 149.
31. Марк Э.С. Практические советы и решения по созданию "Умного дома": самоучитель по электронике / Э.С. Марк. – Москва: НТ Пресс, 2007. – 421 с. – ISBN 978-5-477-00341-9.
32. Нигл К. Как подготовиться к киберугрозам Интернета вещей / К. Нигл // Директор информационной службы. – 2015. – № 9. – С. 46.
33. Новости интернета вещей: [сайт] – URL: https://iot.ru/wiki/ (дата обращения 04.05.2021). – Текст: электронный.
34. [34]. Официальный сайт журнала Fast Company – Текст: электронный // Fast Company & Inc © 2018 Mansueto Ventures, LLC: [сайт] – URL: https://www.fastcompany.com/ (дата обращения 01.05.2021).
35. Панченко А. О. Анализ и исследование существующих протоколов Интернета вещей / А. О. Панченко // Тенденции развития науки и образования. – 2018. – № 36-1. – С. 55-57. – DOI 10.18411/lj-31-03-2018-16.
36. Росляков, А.В. Интернет вещей: учеб. пособие по направлению подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»/ С.В. Ваняшин, А.Ю. Гребешков; А.В. Росляков. — Самара: Изд-во ПГУТИ, 2015.
— С. 136. — URL: https://rucont.ru/efd/565059 (дата обращения: 01.06.2021).
37. Система «умный дом» – концепция умного дома: [сайт]. – URL: http://energorus.com/sistema-umnyj-dom-koncepciya-umnogo-doma/ (дата обращения: 04.06.2021).
38. Скрипкин К.Г. Экономическая эффективность информационных систем – М.: ДМК Пресс, 2010. – 256 с.
39. Станкевич Л. А. Интеллектуальные системы и технологии: учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры/ Л. А. Станкевич. — М.: Издательство Юрайт, 2016. — 397 с. —ISBN 978-5-9916-7575-8.
40. «Умный дом»: идеология или технология»: [сайт]. – URL: http://cyberleninka.ru/article/n/umnyy-dom-ideologiya-ili-tehnologiya (дата обращения 06.05.2021). – Текст: электронный.
41. Управление жизненным циклом информационных систем: монография / Е.П. Зараменских. – Новосибирск: Издательство ЦРНС, 2014. – 270 с. – ISBN 978-5-00068-118-3.
42. Хасенов, А. Ш. Применение стандартных протоколов связи для взаимодействия Интернета вещей в “smart home” / А. Ш. Хасенов, Ж. Ж. Ахметова // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. – 2019. – № 3(110). – С. 138-144.
43. Черняк Л. Интернет вещей: новые вызовы и новые технологии / Л. Черняк // Открытые системы. СУБД. – 2013. – № 4. – С. 14–18.
44. Ядгарова, Ю. В. Модель и алгоритм выбора программной архитектуры для систем Интернета вещей / Ю. В. Ядгарова // Программные продукты и системы. – 2019. – № 4. – С. 682-689.
45. Ядгарова, Ю. В. Модель выбора шаблона программной архитектуры и тактик проектирования для систем Интернета вещей / Ю. В. Ядгарова, В. В. Таратухин // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. – 2019. – № 3. – С. 112- 122.
46. Яшков, М. В. Система "умный дом" в офисах / М. В. Яшков, Е. Б. Рябкова // Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ. – 2014. – Т. 2. – С. 287-290.
47. Asghar M., Mohammadzadeh N., «Design and simulation of energy efficiency in node based on MQTT protocol in Internet of Things» // International Conference on Green Computing and Internet of Things. – 2015. – С. 1413-1417.
48. AWS IoT Core: Обзор облачной платформы. Официальный сайт сервисов Amazon Web Services [сайт]. – URL: https://aws.amazon.com/ru/iot- core/ (дата обращения 30.05.2021).
49. Azure IoT Suite. Статья Tadviser [сайт]. – URL: http://www.tadviser.ru/index.php?title=Продукт:Azure_IoT_Suite (дата обращения 30.05.2021).
50. Bass A., Bauer M., Fiedler M., Kramp T., van Kranenburg R., Lange S., Meissner S. Enabling Things to Talk. Springer-Verlag GmbH, 2013. – P. 325.
51. Gubbi J., Marusicet S., Buyya R., Palaniswami M. Internet of Things (IoT): A vision, architectural elements, and future directions. Future Generation Computer Systems. – 2013. – №. 7. – С. 1645–1660. [сайт]. - URL: 10.1016/j.future.2013.01.010.
52. Heather Flanagan, “Digital Preservation Considerations for the RFC Series,” January 2015, Internet Draft, work in progress, draft-flanagan-rfc-preservation- 03.
53. Internet of Things Global Standards Initiative: [сайт]. – URL: http://www.itu.int/en/ITU-T/gsi/iot/Pages/default.aspx (дата обращения 17.05.2021). – Текст: электронный.
54. Internet of Things Global Standards Initiative: [сайт]. – URL: http://www.itu.int/en/ITU-T/gsi/iot/ Pages/default.aspx (дата обращения 24.04.2021).
55. Kang D., Park M., «Room Temperature Control and Fire Alarm/Suppression IoT Service Using MQTT on AWS» // International Conference on Platform Technology and Service. – 2017. – С. 1-5.
56. Lin S.W., Martin R.A., Miller B.W., Durand J. et al. Industrial internet reference architecture technical report. IIC, 2015.
57. Lobaccaro G, Carlucci S, Lofstrom E. A review of systems and technologies for smart homes and smart grids. Energies, 2016. – 348 с.
58. Shih C., Chou J., Designing CPS/IoT applications for smart buildings and cities / C. Shih, J. Chou // IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications.
– 2016. – № 1. – С. 3-12.
59. Wortmann F., Fluchter K. Internet of things. Business & Inform. Syst. Eng, 2015. – № 3. – С. 221–224 .
60. Xia F., Yang L.T., Wang L., Vinel A. Internet of things. Int. J. of Commun. Syst. – 2012. – Vol. 25. – № 9. – С. 1101–1109 [Сайт]. – URL: https://doi.org/10.1002/dac.2417 (дата обращения 13.05.2021).

Весь текст будет доступен после покупки