Vymedzenie pojmov, vrstvová architektúra, oblasti využitia

Úvod

Slovo „smart“ sa dnes používa v reklame na takmer čokoľvek, od žiarovky po chladničku, a stráca tým svoju skutočnú podstatu. Aby ste vedeli posúdiť, čo zariadenie naozaj robí a či má v inštalácii zmysel, potrebujete presné vymedzenie pojmu a model, do ktorého sa dá každé zariadenie zaradiť. Tento model — vrstvová architektúra — budete používať po celý rok pri návrhu inštalácií aj pri hľadaní chýb.

Čo je a čo nie je SMART technológia

SMART technológia je technológia, ktorá vníma stav svojho okolia alebo používateľa, spracuje získané údaje, komunikuje a reaguje podľa nastavených pravidiel alebo algoritmov.

Z definície vyplývajú štyri znaky. Zariadenie je SMART iba vtedy, keď spĺňa všetky:

Vzorové príklady:

• Diaľkovo ovládaná zásuvka bez merania. Komunikuje a vykoná akciu, ale nič nesníma a nič nevyhodnocuje. Je to "chytrejší" vypínač, nie SMART technológia.
• Schodiskový vypínač. Sníma stlačenie tlačidla a po nastavenom čase zhasne. Nekomunikuje a pravidlo je pevne dané konštrukciou. Ide o automatizáciu, nie o SMART technológiu.
• Termostat s časovým plánom a detekciou otvoreného okna. Sníma teplotu, vyhodnocuje pravidlo, komunikuje s riadiacou platformou a ovláda akčný člen. Spĺňa všetky štyri znaky.

Dva omyly, ktorým sa vyhnite:

• SMART neznamená umelá inteligencia. Drvivá väčšina zariadení v inteligentnej domácnosti pracuje na jednoduchých pravidlách typu „ak detektor pohybu zaznamená pohyb po západe slnka, zapni svetlo na tri minúty“. Algoritmus strojového učenia tam nie je a ani nie je potrebný.
• SMART neznamená ovládanie mobilom. Mobilná aplikácia je iba jedno z možných rozhraní. Systém, ktorý funguje sám a aplikáciu potrebujete len na kontrolu, je „chytrejší“ než ten, ktorý bez telefónu neurobí nič.

Vzťah k Internetu vecí. Medzinárodná telekomunikačná únia definuje Internet vecí ako globálnu infraštruktúru pre informačnú spoločnosť, ktorá umožňuje pokročilé služby prepojením fyzických aj virtuálnych vecí prostredníctvom existujúcich a vyvíjajúcich sa interoperabilných informačných a komunikačných technológií (ITU-T, 2012). IoT teda popisuje najmä prepojenie a prenos údajov. SMART technológia je pojem širší — zahŕňa aj vyhodnocovanie a reakciu. Zjednodušene: IoT je infraštruktúra, SMART je to, čo sa na nej dá postaviť.

Vrstvová architektúra smart systému

Každý smart systém, od jedného senzora až po zabezpečenie celej budovy, sa dá rozdeliť na štyri vrstvy. Kreslia sa nad seba, pretože každá vyššia vrstva stojí na tej pod ňou:

  PREZENTÁCIA     ovládací panel, mobilná aplikácia, notifikácie
        ▲ │
        │ ▼
  RIADENIE        riadiaca platforma, pravidlá a scenáre, história
        ▲ │
        │ ▼
  KOMUNIKÁCIA     Wi-Fi, Zigbee, Ethernet, brány a protokoly
        ▲ │
        │ ▼
  SNÍMANIE        senzory a detektory        akčné členy
  A AKCIA         (údaj smerom hore)         (príkaz smerom dole)

Prečo sú senzory a akčné členy v jednej vrstve. Je to častá otázka a odpoveď znie: pretože sú na rovnakej úrovni systému, len v opačnom smere toku. Senzor prináša údaj dovnútra, akčný člen odnáša rozhodnutie von. Oboje je na hranici medzi systémom a fyzickým svetom a oboje sa pripája k tej istej komunikačnej vrstve.

Vrstvy nie sú to isté, čo postupnosť krokov. Keď sledujete jednu konkrétnu funkciu, dostanete cestu, a tá vyzerá inak:

senzor  →  komunikácia  →  riadenie  →  komunikácia  →  akčný člen

Všimnite si, že komunikácia je v nej dvakrát. Príkaz z riadiacej platformy sa k akčnému členu nedostane inak než cez tú istú sieť, ktorou prišiel údaj zo senzora. Práve preto sa komunikácia v architektúre kreslí ako jedna vrstva a nie ako dva kroky reťazca.

Oba obrázky sú správne, len odpovedajú na inú otázku. Vrstvový model hovorí, kde v systéme sa daný prvok nachádza. Pričom cesta (postupnosť) hovorí, čo sa deje po sebe.

Prečo model potrebujete. Má dva praktické dôsledky:

• Výmena prvku v jednej vrstve nezasiahne ostatné. Ak nahradíte detektor pohybu iným modelom, pravidlá vo vrstve riadenia aj ovládací panel zostanú nezmenené — pokiaľ nové zariadenie hovorí rovnakým protokolom.
• Poruchu hľadáte po vrstvách, nie náhodne. Ak sa svetlo nerozsvieti, postupne overujete: hlási detektor pohyb (snímanie), dorazil údaj do systému (komunikácia), spustilo sa pravidlo (riadenie), vrátil sa príkaz späť cez sieť a reagoval akčný člen (komunikácia a akcia). Tým zúžite hľadanie z celej inštalácie na jednu vrstvu.

Príklad — smart chodba:

1. Detektor pohybu zaznamená pohyb (snímanie).
2. Údaj sa prenesie cez Zigbee do brány a odtiaľ do riadiacej platformy (komunikácia).
3. Platforma overí, že je tma a je medzi 22:00 a 06:00, a rozhodne (riadenie).
4. Príkaz sa vráti cez Zigbee k stmievaču (komunikácia) a ten rozsvieti svetlo na 20 % výkonu (akcia).
5. Stav svetla sa zobrazí na ovládacom paneli (prezentácia).

Oblasti využitia

Spoločný znak všetkých oblastí: systém zbiera údaje, ktoré predtým nikto nemal, a na ich základe mení správanie. Bez tohto prínosu je inštalácia len drahšou verziou bežného riešenia — a to je otázka, ktorou sa oplatí začať pri každom návrhu.