خانه هوشمند چیست و تجهیزات مورد نیاز برای داشتن آن چیست؟

اینترنت اشیا یکی از مهمترین مقوله هایی است که این روزها نقل همه محافل علمی و مرتبط با فناوری بوده و نقش مهمی در پیشرفت تکنولوژی بازی می کند. موضوع اینترنت اشیا در واقع مدت هاست که مطرح شده و تاکنون ده ها هزار مقاله علمی و معتبر در این زمینه و روش های طراحی، پیاده سازی، تامین امنیت، جامعیت و ابزار مورد نیاز آن، ارائه شده است. این فناوری دارای ابعاد و کاربردهای گسترده و گوناگونی می باشد که یکی از مهمترین آن ها، خانه های هوشمند یا Smart home می باشد. خانه هوشمند در واقع یک نمونه کوچک شده از اینترنت اشیا سراسری محسوب می شود که قادر است تمامی ابزارهای الکترونیکی که قابلیت ارسال داده را دارند، در محیط خانه، به یک دیگر و شبکه جهانی اینترنت متصل کرده و به این تریتب یک شبکه ارتباطی گسترده ایجاد نماید. در این مطلب قصد داریم در رابطه با فناوری خانه هوشمند صحبت کرده و پیش نیازهای موجود برای داشتن یک خانه هوشمند را مورد بحث و بررسی قرار دهیم.

خانه هوشمند چیست؟

همانطور که اشاره شد، خانه هوشمند یک نمونه کوچک شده از اینترنت اشیا جهانی می باشد. اینترنت اشیا در سطح جهانی، به این معنی است که تمامی ابزارهای الکترونیکی در سطح دنیا را که قابلیت ارسال و دریافت داده دارند، به شبکه اینترنت متصل کرده و از راه دور کنترل نماییم. به عنوان مثال با استفاده از فناوری اینترنت اشیا می توان زمانی که در مسیر برگشت به منزل خود هستید، قهوه ساز خود را روشن کرده، اتاق خواب خود را گرم نموده و حتی ناهار خود را آماده نمایید تا هنگامی که به خانه برگشتید همه چیز برای شما فراهم شده باشد. البته این تنها نمونه ای ساده از امکاناتی است که اینترنت اشیا برای ما به ارمغان خواهد آورد.

در سطح دنیا، اینترنت اشیا در پزشکی، کنترل ترافیک، راه آهن، سلامت، کارخانه جات، تامین روشنایی و سایر موارد کاربردهای بسیاری داشته و هم اکنون بسیاری از کشورها در حال تامین زیرساخت های لازم برای برقراری این فناوری در سطح کشور خود می باشند. خانه هوشمند یک نمونه کوچک شده از فناوری جهانی اینترنت اشیا محسوب می شود که با استفاده از آن قادر خواهیم بود، تمامی ابزار الکترونیکی موجود در منزل را از راه دور کنترل کرده و هر لحظه از اتفاقاتی که درون منزل ما می گذرد، اگاهی داشته باشیم.

کاربردهای مختلف اینترنت اشیا در سطح جهانی

در واقع خانه هوشمند، دارای ابزار و زیرساخت هایی است که ساکنین خانه را قادر می سازد در هر زمانی و در هر مکانی که باشند، به سادگی اقدام به کنترل و نظارت منزل خود نمایند. علاوه بر این، وجود فناوری اینترنت اشیا در خانه هوشمند موجب می شود که مدیریت کاملی در زمینه نحوه مصرف انرژی، سلامت و آخرین فعالیت های انجام شده در منزل، داشت. هنگامی که یک دستگاه الکترونیکی، تمامی اطلاعات خود را به دستگاه کنترل کننده اصلی، ارسال می کند، ما قادر خواهیم بود از کوچکترین جزئیات کارکرد آن آگاه شده و دقیقا بدانیم که دستگاه مورد نظر چه تاثیری در میزان مصرف انرژی خواهد داشت. امروزه مفهوم خانه هوشمند با خانه سبز، یا دوستدار محیط زیست نیز گره خورده است و بسیاری از افرادی که به دنبال اجرای فناوری خانه هوشمند در منزل خود هستند، به دنبال ایجاد یک فضای دوستدار محیط زیست نیز بوده و به دنبال راه های استفاده حداکثری از انرژی پاک در محیط منزل خود می باشند.

مهمترین دستاوردی که خانه هوشمند برای ساکنین آن به همراه می آورد، ایجاد آسایش و راحتی است. مسلما کسانی که بیشترین استفاده از فناوری های روز را می کنند، آسایش بیشتری را نسیب خود و خانواده خود خواهند کرد. اگر یکی از اعضای خانواده شما از بیماری رنج می برد که نیاز به مراقبت دائمی و یا نظارت همیگشی او می باشد، خانه هوشمند می تواند برای شما بسیار کاربردی باشد. آنچه در پیاده سازی خانه های هوشمند نقش کلیدی را ایفا می کند، بهره بری از سنسورها و یا حسگرهای مختلف است. مفهوم یک خانه هوشمند با تعداد زیادی از سنسورها و حسگرها، عجین شده است و بدون وجود آنها، خانه هوشمند معنی کاملی را به خود نمی گیرد و نمی تواند تمامی نیازهای گفته شده را مرتفع سازد. در ادامه با ابزار مورد نیاز برای پیاده سازی یک خانه هوشمند صحبت خواهیم نمود.

ایجاد آسایش، امنیت و راحتی از اصلی ترین اهداف پیاده سازی خانه هوشمند می باشد.

تجهیزات مورد نیاز برای پیاده سازی خانه هوشمند

همانطور که می دانید برای پیاده سازی و داشتن یک خانه هوشمند، نیاز است که ابتدا یک سری زیرساخت ها و الزامات را فراهم نماییم. همانطور که اشاره شدف یک خانه هوشمند، متشکل از تعداد زیادی از سنسورها، دوربین ها، هماهنگ کننده ها (coordinators)، ارتباطات و سرور مرکزی، و همچنین یک ارتباط دائمی با اینترنت می باشد. از آنجا که خانه هوشمند بر بستر اینترنت اشیا کار می کند، بدون وجود اینترنت پر سرعت و مطلوب، عملا پیاده سازی خانه هوشمند غیر ممکن خواهد بود. وجود نرم افزارهای واسط کاربری نیز در خانه های هوشمند، نقش موثری داشته و بدون حضور آن ها، نمی توان با ابزار موجود در خانه هوشمند، ارتباط موثری برقرار نمود.

سنسورها یا حسگرهای بکار رفته در خانه هوشمند، بسته به کاربردی که از آن انتظار داریم، می تواند متفاوت باشد. اما به طور کلی در یک اسمارت هوم، سنسورهایی مثل سنسور تشخیص و تنظیم شدت نور، سنسور دماسنج، تشخیص دود، تشخیص فعالیت، تشخیص حرکت، گام شمار، تشخیص مسافت و غیره بکار می رود. معمولا در ساختار خانه های هوشمند از ارتباطات وایرلس و سیمی و همچنین شبکه LAN نیز استفاده می شود. دستگاه هایی مثل تلویزیون کابلی، از طریق ارتباطات LAN و دستگاه هایی مثل سنسور دماسنج از طریق وایرلس و دستگاه هایی مثل کلید یا قفل هوشمند نیز از هر دو گزینه استفاده می کنند.

تجهیزات مورد نیاز برای پیاده سازی خانه هوشمند

هماهنگ کننده ها که می توانند به عنوان یک روتر در شبکه محسوب شوند، نقش ایجاد ارتباط و هماهنگی میان سنسورهای مختلف موجود در هر منظقه از خانه را به عهده دارند. این ابزار وظیفه همگام سازی و سینک کردن سنسورهای مختلف را با یکدیگر داشته و پس از استخراج داده های مورد نیاز از سنسورها، آن ها را برای سرور مرکزی ارسال می کنند. استفاده دیگری که یک هماهنگ کنند می تواند در خانه هوشمند داشته باشد، محاسبه و بهینه کردن مقدار مصرف انرژی می باشد. در ادامه در رابطه با نحوه کار سنسورها در خانه هوشمند ، صحبت خواهیم نمود.

چگونگی کار خانه هوشمند

به طور کلی هنگامی که یک سنسور، موفق به دریافت اطلاعات می گردد، آن داده را پس از پردازش محلی خود، به سمت هماهنگ کننده ها ارسال و سپس هماهنگ کننده با استخراج دانش مورد نیاز از داده های دریافت شده، چکیده آن را برای سرور اصلی، از طریق خطوط ارتباطی مختلف، ارسال می کند. به عنوان مثال و برای درک بهتر موضوع، فرض کنیم سنسور دمایی، در هر پنج ثانیه اقدام به ارسال اطلاعات مربوط به دمای ثبت شده توسط خود، می کند. طی 5 دقیقه، تعداد 60 بسته به سمت سرور ارسال می گردد که شامل اطلاعاتی مثل مقدار فعلی دما، آیدی فرستنده و آیدی گیرنده، ساعت ثبت اطلاعات و اطلاعات دیگری از این دست می باشد. اگر هر سنسور بخواهد به تنهایی تمامی این اطلاعات را به سمت سرور مرکزی ارسال کند، قطعا سرور در پردازش این همه داده، به مشکل خورده و کارایی خود را از دست خواهد داد. در اینجا هماهنگ کننده ها نقش خود را پر رنگ کرده و به کمک سرور مرکزی خواهند آمد.

از آنجا که ماهیت سنسورها، به دلیل حجم پردازشی پایین، اجازه نمی دهد که خود به طور محلی، اقدام به استخراج دانش از داده های خود نمایند، این امر به عهده هماهنگ کننده ها، قرار می گیرد. هماهنگ کننده اطلاعات مربوط به تمامی سنسورهای منظقه تحت پوشش خود را جمع آوری کرده و پس از پردازش و جداسازی اطلاعات مورد نیاز، آن را برای سرور مرکزی ارسال می کند. حال سرور مرکزی تمامی اطلاعاتی که از چند هماهنگ کننده دریافت کرده است را دوباره پردازش کرده و در حافظه خود یا فضای ابری، ثبت می کند.

معماری طراحی خانه هوشمند

کاربر با استفاده از دستگاه موبایل یا سیستم رایانه خود، با استفاده از یوزرنیم و پسورد و یا دیگر روش های احراز هویت، از طریق اینترنت، به فضای ابری خود یا سرور مرکزی خانه هوشمند ، متصل می گردد. حال با استفاده از رابط کاربری تهیه شده توسط ارائه دهنده خدمات اینترنت اشیا، می تواند به تمامی اطلاعاتی که در سرور ثبت شده است دسترسی داشته باشد. همچنین می تواند از طریق ارسال فرمان به سرور، فرمان هایی را به سنسورها ارسال کرده تا اجرا گردد. به عنوان مثال هنگامی که کاربر قصد دارد دمای خانه را روی 25 درجه تنظیم کند، فرمانی را به سرور ارسال می کند، سرور فرمان را هماهنگ کننده و سپس هماهنگ کننده آن را به سنسور مربوطه ارسال می کند، حال سنسور با توجه به قابلیتی که دارد، دمای درخواست شده را تنظیم می نماید و گزارش خود را دوباره به سرور ارسال می کند.

البته وقتی صحبت از خانه هوشمند می شود، یعنی باید تمامی این مراحل به صورت خودکار نیز اداره شوند. حقیقت ماجرا این است که در حال حاضر در بسیاری از خانه های هوشمند هنوز به این سطح از فناوری نرسیده ایم که همه چیز به صورت خودکار و بدون دخالت انسانی و تنها از طریق محاسبات ماشین، انجام گیرد. اما با توجه به پیشرفت های محققان در این زمینه، شاهد اضافه شدن موضوع تشخیص فعالیت و پیش بینی فعالیت به بحث خانه هوشمند نیز هستیم. این موضوع سبب می شود که خانه هوشمند ما، همچون یک ربات هوشمند، تمامی رفتار ها و فعالیت های ساکنین خانه را در نظر گرفته و پس از یادگیری تمامی جنبه های موجود، اقدام به انجام یک سری از امور به صورت پیش فرض نماید.

چگونه می توان یک خانه هوشمند داشت؟

همانطور که اشاره شد، خانه هوشمند، تنها با داشتن چند سنسور و یک سرور مرکزی، قابل دسترسی نیست. چرا که مهمترین بخش یک خانه هوشمند، بحث برقراری امنیت آن است. از آنجا که خانه های هوشمند، نزدیک ترین رابطه ممکن را با افراد دارند و از تمامی رفتارهای آن ها اطلاعات جمع آوری کرده و از سوی دیگر قابلیت کنترل همه چیز را دارد، کوچکترین نفوذ افراد بیگانه به این سیستم، می تاوند منجر به ایجاد خسارتی عظیم به ساکنین، شود. ایجاد امنیت خانه هوشمند ، همواره از طرف دانشمندان فعال در این زمینه مورد بحث بوده و تاکنون راهکارهای فراوانی برای آن ارائه شده است. اما با این وجود باید بدانید که اگر خواهان استفاده از یک خانه هوشمند هستید، باید قبل از هر چیز نسبت به امنیت آن اطلاعات کسب کرده و چگونگی تضمین امنیت را از طرف شرکت های پیاده ساز این سیستم، بررسی نمایید.

داشتن خانه هوشمند چندان دور از انتظار نبوده و به زودی باید شاهد ورود گسترده این فناوری به خانه ها بود