خانه هوشمند | مروری بر تکنولوژی‌ها و مزایا

خانه هوشمند مجموعه ای از تکنولوژی ها و سرویس ها در شبکه خانگی برای بهبود کیفیت زندگی است. که در سال های اخیر بسیار گسترش یافته و جز جدایی ناپذیر تمامی ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی تبدیل شده است. با ورود کامپیوتر و تکنولوژی ارتباطات راه دور، در سال 1970 میلادی ، زندگی بشر متحول گردید. این تغییر و تحول حتی از نظریه ای که خود، جلودار این تکنولوژی بود، پیشی گرفت. مهم ترین انگیزه انجام تحقیقات در زمینه ایجاد ساختارهای هوشمند و نهایتا به وجود آمدن ساختارهای هوشمند مسئله انطباق است. خانه هوشمند تجهیزات و زیر ساخت خانه های هوشمند، ترکیبی از تجهیزات و زیرساخت هایی هستند که به کمک آن ها، امکان مانیتورینگ و کنترل از راه دور خانه فراهم می شود. در این مقاله سعی بر آن شده است تا امنیت سیستم های خانه های هوشمند بررسی شود و راهکارهایی را برای عملکرد بهتر ارائه دهد.

مقدمه

خانه هوشمند مجموعه ای از تکنولوژی ها و سرویس ها در شبکه خانگی برای بهبود کیفیت زندگی است. که در سال های اخیر بسیار گسترش یافته و جز جدایی ناپذیر تمامی ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی تبدیل شده است. تفکر ایجاد خانه های هوشمند به پیش از اختراع کامپیوتر بر می گردد. که در آن بشر همواره افکاری را در هوشمند سازی واحد مسکونی خود داشته و در هنگام ساخت محاسباتی را در این زمینه انجام می داد که زندگی را برای افراد خانه آسانتر سازد. به عنوان مثال خانه هایی را به اصطلاح هوشمند می نامیدند که دسترسی به وسایل مورد نیاز در خانه آسانتر صورت پذیرد.

پس از توسعه کامپیوتر و شبکه های کامپیوتری در زندگی روزمره بشر به تدریجاین مفاهیم تغییر شکل داده و همه موارد و محاسبات بر مبنای سیستم های کامپیوتری و ارتباطات الکتریکی انجام می شود. که این امر از هماهنگی بین سیستم های روشنایی ، امنیتی و دما و استفاده از لوازم برقی شروع و بتدریج به سمت حضور کلیدها و سنسورهای دیجیتالی کشیده شد.

زمانی که ما از گوشی های همراه معمولی به سمت گوشی های هوشمند حرکت کردیم، جهشی بزرگ در ارتباطات را شاهد بودیم. به جای اینکه فقط قادر به ایجاد تماس و ارسال پیام های متنی باشیم، اکنون با تلفن های هوشمند به اینترنت متصل می شویم، ایمیل می فرستیم، پیام های لحظه ای ارسال می کنیم، فایل های مورد نیازمان را دانلود می کنیم و بسیاری کارهای دیگر که به ارتباطات نیاز دارند را انجام می دهیم.تفاوت اصلی خانه های هوشمند با خانه های معمولی در این است که همه ی وسایل در خانه های هوشمند به یکدیگر متصل هستند و با یک دستگاه مرکزی کنترل می شوند. کنترل آب و هوا،چراغ ها،لوازم،قفل ها و انواع مختلفی از دوربین ها و مانتیتورهایی که می توانند به خانه های هوشمند و خودکار اضافه شوند از هرجای خانه و حتی دور از خانه قابل کنترل هستند.

پیشینه خانه‌های هوشمند

با ورود کامپیوتر و تکنولوژی ارتباطات راه دور، در سال 1970 میلادی ، زندگی بشر متحول گردید. این تغییر و تحول حتی از نظریه ای که خود، جلودار این تکنولوژی بود، پیشی گرفت. از سال 1990، زندگی فردی و اجتماعی افراد، با ورود کامپیوتر و ارتباطات راه دور و در نتیجه بی معنی شدن فاصله ها، تغییرات بسیاری کرد. فضاها و مکانهای فیزیکی و تعاریفشان، درست همانند چهره انسان، در طول زمان دچار تغییر شده اند. برای مثال اتاقهای ملاقات و کنفرانس شکل مجازی به خود گرفته اند. چرا که بسیاری از عناصر و اجزاء فیزیکی آنها، جای خود را به کامپیوتر داده اند.

ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار میدهد. عامل یکپارچگی، این توانایی را به سیستم ها میدهد تا بتوانند اطلاعات را میان خود رد و بدل کنند. تبادل اطلاعات میان این سیستم ها باعث میشود که خروجی اطلاعات که همان نتیجه نهایی است، بدون ایجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوی دیگر سیستم های خروجی اطالعات و یا تصمیم گیرنده های نهایی، سیستم هایی هستند پاسخگو، که پاسخی مناسب برای اطلاعات ارسالی که از منابع گوناگون به سیستم وارد میشوند، مهیا میکنند. خروجی های اطلاعات و سیستم های تصمیم گیرنده ، اصلی ترین و ضروری ترین مولفه در این نوع معماری که به نام معماری پاسخگو شناخته میشود، هستند.

با توجه به رشد فناوری هر روزه امکان برنامه ریزی و بهره برداری مفید تر از زمان و سرمایه فراهم گردیده است. همان گونه که تالش برای رسیدن به سرعت بالاتر در امر تبادل اطلاعات و بستر اینترنت به یک دغدغه بدل شده است. صرفه جویی در هزینه های انرژی و هزینه های بیهوده ناشی از آماده کردن محیط برای کار و فعالیت مفید نیز در بحث اداری و تجاری در کنار رفاهی و آسایشی که به واسطه ی کنترل محیط اطراف از روی یک ابزار کنترلی ساده فهم و واحد و هوشمند به وجود می آید در مورد هتل ها و ابنیه ی رفاهی زمینه را برای همراهی برای استفاده و لذت از فناوری روز فراهم می کند

. لذتی که باتوجه به شرایط زندگی مدرن از جمله فشردگی زمانی و گسترش امکانات داخل یاابنیه به یک ضرورت بدل شده است. رشد روزمره فناوری و سخت افزار و نرم افزار های مرتبط با مبحث هوشمند سازی خانگی، هوشمند سازی هتل ها و … خود گواهی بر این استدلالات خواهند بود. حرکت تکنولوژیک در صنعت اتوماسیون خانگی یا خانه ی هوشمند بی گمان در آتی مشخص کننده منش جهت گیری یکپارچه سازی و رفاه بیشتر، صرفه جویی بیشتر در زمان، مکان و … خواهد بود.

خانه هوشمند و مزایای آنها

خانه های هوشمند امروزه به عنوان یکی از بخش های مهم سیستم های مدیریت جامع ساختمان یا همان BMSمورد توجه واقع شده اند. خانه های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند.امروزه تکنیک های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان های بزرگ بکار گرفته میشود از قبیل کنترل نور ،کنترل دما، کنترل درها و پنجره ها و پرده ها و یا سیستم های امنیتی و مدار بسته و غیره. علاوه برموارد یاد شده، در خانه های هوشمند، کاربردهای دیگری نیز از قبیل کنترلMultimedia ، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی نیز قابل تعریف است.سیستم های خانه ی هوشمند علاوه بر ایجاد آسایش و امنیت مضاعف در خانه به بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در زمان و هزینه های نگهداری ساختمان نیز کمک شایانی مینماید

کارکرد ساختمان هوشمند

یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که در بردارنده محیطی پویا و مقرون به صرفه بوسیله یکپارچه کردن چهار عنصر اصلی یعنی سیستم ها ، ساختار ، سرویس ها ، مدیریت و رابطه میان آنها می باشد .

نکات کلیدى که در این مورد وجود دارد را به صورت زیر مى توان خالصه نمود:

•  کاهش هزینه هاى اجرائى
• کاهش هزینه هاى نگهدارى
• افزایش قابلیت تولید سازگارى

معرفی ساختارهای هوشمند

مهم ترین انگیزه انجام تحقیقات در زمینه ایجاد ساختارهای هوشمند و نهایتا به وجود آمدن ساختارهای هوشمند مسئله انطباق است. محاسبات تطبیقی، سیستم های کنترل تطبیقی و مواد سازش پذیر hز مهم ترین حوزه های تحقیق و پژوهش در مبحث ساختارهای هوشمند می باشد.ساختارهای هوشمند امروزه می روند تا در بیشتر کاربردها جای ساختارهای معمولی(غیر هوشمند) را بگیرند.

کارکرد و کنترل امکانات در ساختمانهای هوشمند به قرار زیر است:

1 .صفحه کنترل مرکزی

2 .کنترل با استفاده از امواج رادیویی

3 .کنترل از راه دور

4 .سناریو

5 .اتوماسیون

6 .سیستم مدیریت یکپارچه اطلاعات (MIS)

7 .سیستم شبکه گسترده اطلاعات (WAN)

8 .سیستم توزیع برق اضطراری UPS

GPS 9 سیستم های اخباری خطرات احتمالی (سیستم لرزه )

10 .یکپارچه سازی زیر سیستم های کنترلی

سیستم کنترل هوشمند

تکنولوژی های کنترل مدرن،قدرت،بهینه بودن و انعطاف پذیری بیشتری را به سیستم قدرت می دهد که مفهوم شبکه هوشمند را بیان می کند.مفهوم شبکه هوشمند امروزه یک تکنولوژی جدید است که مشارکت مشتری ها را ممکن می سازد. این مسئله کیفیت و قابل اطمینان بودن انرژی را فراهم می کند. افزایش تقاضای انرژی تولید غیر متمرکز را به دلیل تغییر فعالیت بازار و سیستم های توزیع پیچیده تر،طلب می کند. در نتیجه کنترل شبکه از طریق یک سیستم مرکزی مشکل است. تکنولوژی سیستم کنترل هوشمند،عملیات امن و قابل اطمینان سیستم را فراهم می کند. سیستم مدیریت انرژی ساختمان(BEMS)هوشمند نیز همین عمل را انجام می دهد.سیستم مدیریت انرژی(EMS)در یک ساختمان تجاری هدف بهبود محیط در ساختمان و به حداقل رساندن مصرف انرژی را دارد.

محاسبه ی اندازه بازار هوشمندسازی ساختمان مساحت کل زیر بنای طبقات است که تعریف آن برابر است با: مجموع مساحت زیربنای کلیه طبقات اعم از زیرزمین، طبقه همکف، نیم طبقه، طبقه اول و بقیه طبقات و تفکیک کاربری ها نیز بر اساس جداولی انجام گرفته است. لازم به ذکر است که آمار مربوط به سال 1393 ،با توجه به اینکه هنوز منتشر نشده است، در دسترس نمی باشد، اما اخبارهای مختلف منتشر شده تا کنون، حاکی از سقوط شدید (حدود 31 درصدی) ساخت و ساز در شهر تهران در نیمه ی نخست 93 را نسبت به مدت مشابه سال قبل داشته است. لذا میتوان پیش بینی نمود که در کل سال 94 ،مساحتی در حدود نصف مساحت سال92، ساخت و ساز صورت خواهد گرفت؛ لذا از این داده ی کلیدی و مهم نیز در محاسبه ی رگرسیون و پیش بینی ساخت و ساز سال های آینده استفاده شده است:

عوامل موثر در درصد تمایل به هوشمندسازی:

1 -میزان هوشمندسازی در سال های گذشته تا کنون، در مناطق مختلف شهر تهران

2 -مساحت و درصد بافت فرسوده موجود در مناطق

3 -برخورداری خانوارها از تسهیالت و امکانات (نظیر سرانه مساحت و اتاق، تملک ساختمان و…)

4 -روند سالخوردگی سن افراد

امنیت مجازی خانه هوشمند

امنیت مجازی امنیت سیستم اینترنتی و شبکه سازه های هوشمند اطلاق میشود که متاسفانه این امنیت برای افراد فراهم نشده است. به دلیل اینکه در حوزه خانگی، هکرها میتوانند تلویزیون هوشمند را هک و اطالعات شخصی حساب های کاربری را سرقت کنند یا اینکه درجه ترموستات را بالا ببرند. درهای الکترونیکی نیز باب میل هکرها هستند و باز کردنشان کار آماتورها است. بر اساس گزارش Cnn توالت هوشمند Satis تنها یکی از ابزارهای خانگی هوشمندی بود که هکرها توانستند آن را در کنفرانس کاله سیاه ها و defcon هک کنند. این هکرها همچنین توانستند درهای ورودی هوشمند و خروجی برق را نیز هک کنند و کنترل هاب هماهنگ کننده تمامی ابزارهای خودکار خانگی را بدست بگیرند.

بیشترین خطری که خانه های هوشمند را تهدید میکند، از جانب تجهیزات امنیتی خانه می باشد. قفل های هوشمند به گونه ای طراحی شده اند تا بتواند آنها را با استفاده از یک کد یا یک برنامه کاربردی باز کرد و با استفاده از یک اسمارت فون میتوان به راحتی قفل درهای هوشمند را هک و با استفاده از یک رایانه آن را باز کرد.

وی همچنین توانست به راحتی کد قفل را تغییر دهد و ثابت کرد که تکنولوژی قفل های هوشمند هنوز بسیار نوپا و نابالغ هستند. سارقان به راحتی قادرند شبکه یک خانه و یاسیستم امنیتی آن را تحت نظر بگیرند و به محض یافتن زمان مناسب تمامی حسگرها را غیر فعال کنند و پس از هک کردن قفل در به راحتی وارد خانه شوند.

سیستم کنترل خانه های هوشمند

خانه هوشمند تجهیزات و زیر ساخت خانه های هوشمند، ترکیبی از تجهیزات و زیرساخت هایی هستند که به کمک آن ها، امکان مانیتورینگ و کنترل از راه دور خانه فراهم می شود. فناوری های به کار رفته در خانه هوشمند را می توان به چهار دسته کلی تقسیم بندی کرد:

1. زیر ساخت های اندازه گیری پیشرفته

2. نمایشگرها

3. تجهیزات اتوماسیون خانگی

4. سیستم مدیریت انرژی خانگی

ضرورت معماری هوشمند

امروزه با پیشرفت انسان در زمینه های علم و تکنولوژی های جدید اثر خود را در همه زمینه های زندگی انسان بر جای گذاشته اند. از طرفی به دلیل کمبود منابع و انرژی های مورد نیاز لزوم استفاده بهینه از منابع طبیعی لازم می باشد. معماری هوشمند با مدیریت استفاده بهینه از منابع و تنظیم شرایط محیط زندگی، آسایش محیطی را برای انسان به وجود می آورد.