Дослідження функціональних характеристик систем “Розумний будинок”

Микитюк, Євгеній Вікторович

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6429

Повний запис метаданих

Поле DC	Значення	Мова
dc.contributor.advisor	Зубко, Ігор Анатолійович	-
dc.contributor.author	Микитюк, Євгеній Вікторович	-
dc.date.accessioned	2023-01-19T09:44:56Z	-
dc.date.available	2023-01-19T09:44:56Z	-
dc.date.issued	2023-01	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6429	-
dc.description.abstract	В рамках магістерської роботи були закріплені та набуті знання з загальнопрофесійних та спеціальних дисциплін, розвинені навички самостійної роботи. Також було зроблено такі висновки: найкращим варіантом для системи отоплення являється термостат Caleo SM73; для контролю за вентиляцєю та кондиціонуванням було обрано контроллер Atomi Smart AC Controller; Для захисту «розумного» будинку від несанкціонованого доступу запропонована остання розробка групи каліфорнійських дослідників – спеціальний пристрій під назвою CUJO; для захисту електричних пристроїв обраний вступний автомат ETI 2143501 напругою на 220 В, номінальним струмом 5 А, струм миттєвого спрацьовування 1 А, ступінь захисту обмежувача IP20; для освітлення встановлені лампи ДРЛ номінальною потужністю 140 Вт, що нормується світловий потік 20000 лм.; для захисту людини від вражень електричним струмом є заземлювальний пристрій, що виконаний з вертикальних пруткових електродів діаметром 12 мм, довжиною 5 м, в кількості 3 шт.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.title	Дослідження функціональних характеристик систем “Розумний будинок”	uk_UA
dc.type	Master Thesis	uk_UA
Розташовується у зібраннях:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
М_174_2022_Микитюк+.pdf Restricted Access		1.78 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії

Показати базовий опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text

‘

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «магістр»
на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
СИСТЕМ “РОЗУМНИЙ БУДИНОК”

Виконав: студент 2 курсу, групи МАКІТ-2109
спеціальності 151 Автоматизація та
комп’ютерно-інтегровані технології,
освітня програма «Комп’ютерно-
інтегровані технологічні процеси і
виробництва»
Євгеній МИКИТЮК
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Керівник Ігор ЗУБКО
( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Рецензент
( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Черкаси 2022
1
2

ЗМІСТ

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ .............................. 4
ВСТУП ..................................................................................................................... 5
РОЗДІЛ 1 ................................................................................................................. 7
ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЇ «РОЗУМНИЙ БУДИНОК» ....................................... 7
1.1. Історія технології .............................................................................................. 8
1.2. Функції розумного будинку .......................................................................... 11
1.2.1. Розумне водопостачання ................................................................................................. 11
1.2.2. Опалення, вентиляція і кондиціонування. ............................................................. 12
1.2.3. Освітлення ............................................................................................................................... 13
1.2.4. Клімат-контроль ................................................................................................................... 13
1.2.5. Безпека ...................................................................................................................................... 14
1.3. Існуючі системи розумного дому ................................................................. 16
1.3.1. Xiaomi ........................................................................................................................................ 17
1.3.2. Fibaro .......................................................................................................................................... 18
1.3.3 BroadLink .................................................................................................................................. 20
1.3.4. Ajax ............................................................................................................................................. 22
1.3.5. «Зроби сам» ............................................................................................................................ 23
1.4. Протоколи, стандарти та технології ............................................................. 24
1.4.1. X10 .............................................................................................................................................. 24
1.4.2. KNX ............................................................................................................................................ 25
1.4.3. Z-Wave ....................................................................................................................................... 27
1.4.4. Технологія Ethernet ............................................................................................................. 28
1.4.5. Технологія мережі Wi-Fi ................................................................................................. 33
1.4.6. Технології мереж 3G/4G .................................................................................................. 35
1.4.7. Багатошарові моделі: TCP / IP, OSI ........................................................................... 37

3

1.4.8. Порівняння протоколів HTTP та MQTT ................................................................. 40
1.4.9. Протокол мережевої безпеки NAT ............................................................................. 43
1.5 Переваги і недоліки ......................................................................................... 44
РОЗДІЛ 2 ............................................................................................................... 48
СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТОМ ЖИТЛА .......................... 48
2.1. Підсистема отоплення .................................................................................... 49
2.2. Підсистема вентиляції та кондиціонування ................................................ 54
РОЗДІЛ 3 ............................................................................................................... 61
СИСТЕМА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ ................................................... 61
3.1. Вразливості системи безпеки ........................................................................ 63
3.2. Аналіз загроз ................................................................................................... 64
3.3. Модель порушника......................................................................................... 67
3.5. Модель вразливостей ..................................................................................... 71
3.6. Оцінка ризику виділених загроз та вразливостей «Розумного дому» ...... 72
3.7. Поради щодо забезпечення безпеки ............................................................. 78
РОЗДІЛ 4 ............................................................................................................... 80
СИСТЕМА ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ............................................................. 80
4.1. Розрахунок електричних навантажень ......................................................... 81
4.2 Розрахунок навантажень освітлення ............................................................. 84
4.3. Розрахунок електричних навантажень ......................................................... 88
4.4. Вибір апаратів захисту електричного кола .................................................. 90
ВИСНОВКИ ......................................................................................................... 94
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................ 95

4

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

Розумний дім - це будинок з мікроконтролером, який може керувати всіма
або більшістю пристроїв всередині.
ІТ - Інформаційні технології
ОС - Операційна система
ПЗ - Програмне забезпечення
ПК - Персональний комп’ютер
КС – Кабельна система
КЦД – Конфідеційність, цілісність, доступність інформації
НСД – Неаснкціонований доступ

5

ВСТУП

У сучасному світі будь-який будинок або квартира складається з підсистем,
відповідальних за виконання різних функцій. Залежно від типу будівлі, кількість і
складність підсистем буде змінюватися. У міру ускладнення їх контроль
ускладнюється, а витрати на обслуговування зростають. Щоб уникнути такої
ситуації, починайте впроваджувати систему автоматизації будинку
Донедавна автоматизована центральна система управління у всій будівлі
використовувалася лише у великих комерційних будівлях та дорогих будинках. Як
правило, сюди входять лише освітлення, опалення та кондиціонування повітря, а
контроль доступний лише на певних пунктах пропуску в самій будівлі. Зараз
ситуація змінюється, і системи домашньої автоматизації виходять на публічний
ринок. Система домашньої автоматизації дозволяє керувати багатьма інженерними
компонентами та пристроями локально та віддалено від центрального пристрою.
Однак інтеграція має свої недоліки. Насправді поєднання різних технологій
при побудові автоматизованої системи збільшує потенційні недоліки рішення з
точки зору безпеки. Кожна технологія, якою б досконалою вона не була, має свої
недоліки. Збільшення кількості пристроїв і технологій, що використовуються в
системі, призвело до зростання вразливостей. Крім того, процес інтеграції різних
рішень не виключає можливості помилкових припущень у проекті. Це може
призвести до інших слабких місць у системі.
Шахраї можуть використовувати уразливості в автоматизованих системах
життєзабезпечення сучасних «розумних будинків» і здійснювати атаки.
Взаємодія людей з житловими приміщеннями якісно виводить на новий
рівень проживання, де відповідно до внутрішніх і зовнішніх умов за допомогою
автоматизації контролюється і налаштовується режим роботи всіх приладів і
систем. дозволяє людям жити безпечно та комфортно в рамках житлових
приміщень та інших соціальних структур.

6

Усі вони повинні забезпечувати енергію для живлення цих систем за
допомогою різноманітних джерел енергії, включаючи альтернативні джерела
енергії, які стануть частиною повсякденного життя. Приклади включають сонячні
батареї, генератори, вітряки та все інше, що допомагає живити дім.

7

РОЗДІЛ 1
ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЇ «РОЗУМНИЙ БУДИНОК»

«Розумний дім» - інтелектуальний комплекс автоматизації, що робить життя
людей безпечним, комфортним і зручним. Концепція «розумного будинку»
передбачає об'єднання різних систем в єдину систему управління. Вона включає
систему освітлення, відеоспостереження, електропостачання, охорони, пожежної
сигналізації та ін. Системи з автоматизованою електронікою не тільки престижні,
але й дозволяють істотно заощадити електрику та опалення для розумних будинків.
Він може контролювати різні пристрої та системи, все залежить від того, що
міститься в об'єкті управління. Можливість автоматизації при несанкціонованому
проникненні в будинок або на ділянку, а також при витоку газу або воду, пожежа
чи інші проблеми. Контролер негайно повідомить про проблему з приміщенням.
Програма може сповістити власника, сфотографувати порушника, викликати
поліцію, або якщо якась аварія трапиться, повідомить і викличе відповідну службу.

Рис. 1.1 – Образ розумного будинку

8

При оснащенні будівлі комплексом «розумний дім» всі його системи
починають працювати за заздалегідь підготовленими інструкціями, а користувач
сам вибирає один зі сценаріїв, виходячи з поточних потреб. На основі даних про
час доби, зовнішню погоду, освітленість і місцезнаходження користувача система
налаштовує режими роботи пристроїв і агрегатів відповідно до конкретних
завдань, які вони виконують. Використовуйте сенсорний екран або пульт
дистанційного керування, щоб вибрати сценарій.
Таким чином, система управління будівлею за допомогою комплексу
дозволяє максимально ефективно використовувати ресурси будівлі, економити
ресурси, а також контролювати стан обладнання будівлі та різноманітних
інженерних комунікацій.

1.1. Історія технології

Пересічному спостерігачеві може здатися, що домашня автоматизація є
нещодавньою розробкою. Це правда, якщо думати про зручні для споживача та
доступні рішення для розумного будинку. Однак технологічний прогрес, який
привів нас сюди, відбувався вже досить давно.
Багато істориків технологій вказують на створення Ніколою Теслою пульта
дистанційного керування для іграшки в далекому 1898 році як на справжній
початок легкодоступної автоматизації, орієнтованої на споживача. Незважаючи на
те, що це було багатообіцяючим, минуло кілька десятиліть, перш ніж
електроприлади стануть звичайним явищем у домі, і навіть більше, перш ніж
технологія справді зможе реалізувати обіцянку футуристичного будинку з такими
приладами, керованими дистанційно.

9

Рис. 1.2 – Перша модельль катеру з дистанційним керуванням

Міжнародна виставка «Століття прогресу» 1933 року («Всесвітня виставка в
Чикаго») запропонувала поглянути на будинок майбутнього. Звичайно, він був
розроблений, щоб нагадувати те, що ми все ще впізнаємо сьогодні з наукової
фантастики, але інтер’єр не виправдав обіцянок просто тому, що технології ще не
існувало.
Після винаходу в 1940 році електричного цифрового комп’ютера в 1940-
1960-х роках комп’ютерна технологія набула своїх прав. У 1966 році інженер
Westinghouse Джим Сазерленд створив ECHO IV, який був першим справжнім
пристроєм домашньої автоматизації, який контролював температуру та прилади, а
також дозволяв вводити та згодом отримувати списки покупок, рецепти та інші
сімейні пам’ятки. 1969 рік започаткував справжній зв’язаний всесвіт із появою
ARPAnet, попередника Інтернету, який ми знаємо сьогодні.

10

Рис. 1.3 – Схема системи ECHO IV

1980-ті роки змінили правила гри для повсякденних споживачів. Ліхтарі з
датчиками руху, автоматичне відкривання дверей гаража, програмовані термостати
та системи безпеки тепер стали звичайним явищем і доступними. У 1984 році
Американська асоціація будівельників будинків ввела термін «розумний будинок».
Потім, у 1990 році, Деном Лінчем, президентом інтернет-шоу Інтернет-
мережі Interop, було запропоновано завдання Джону Ромкі та Саймону Гекетту
створити тостер, підключений до Інтернету та керований ним. Народився Інтернет
речей (IoT), хоча Кевіну Ештону знадобилося ще дев’ять років, щоб внести цей
термін.
Того ж року Microsoft внесла власну версію того, як має виглядати та
функціонувати розумний дім. Корпорація Майкрософт передбачила багато речей,
які сучасний власник розумного будинку сприймає як належне, наприклад системи
безпеки, засоби контролю середовища, розумні замки та керування освітленням.
Протягом 2000-х років інтелектуальні пристрої та системи розвивалися
швидкими темпами. За оцінками, до 2012 року вже існувало 1,5 мільйона
автоматизованих домашніх систем. У 2014 році Amazon представила Amazon Echo

11

(для членів Prime), і хоча спочатку він продавався як музичне рішення з голосовим
керуванням, включення Alexa швидко продемонструвало використання пристрою
як розумного домашнього центру. Сьогодні пристроїв Інтернету речей більше, ніж
будь-коли, а вартість систем розумного дому продовжує падати, що робить їх
привабливим варіантом для домовласників. Проте індустрія домашньої
автоматизації зазнала певних труднощів, пов’язаних із запатентованим
програмним забезпеченням і системами. Часто споживачам доводиться шукати
компроміси між наявністю різноманітних пристроїв, які вони справді бажають, і
здатністю цих пристроїв добре працювати в бездоганній установці.

1.2. Функції розумного будинку

Система управління являє собою набір апаратних і програмних засобів, її
основною метою є підвищення ефективності, тобто зменшення можливих витрат
користувача (електроенергія, тепло), а також забезпечення інших функцій, таких
як державний контроль. Розглянемо всі функції докладніше.

1.2.1. Розумне водопостачання

Поряд з іншими можливостями в Розумному будинку впроваджена
автоматизація систем водопостачання та каналізації. Це вирішує проблему захисту
квартир від комунальних аварій. Крім того, ця функція дозволяє жити максимально
комфортно і не витрачати час на побутові негаразди. Автоматизація води
перетворить ваш будинок на ідеальне місце для життя. Не потрібно турбуватися
про протоку, перебуваючи далеко від дому. Автоматичне включення води,

12

наповнення ванни водою при необхідній температурі у встановлений час - такі
дрібниці роблять повсякденне життя набагато зручнішим. Автоматизація
дренажної системи пропонує величезну кількість можливостей.
Контроль якості води. Датчик регулярно вимірює чистоту води, а фільтр
очищення відповідає за очищення води.
Контроль проливу. Коли від датчика надходить сигнал витоку, система
перекриє подачу води.

1.2.2. Опалення, вентиляція і кондиціонування.

Домашній комфорт і здоров’я всіх членів сім’ї залежать від нормальної
роботи систем опалення, вентиляції та кондиціонування. Більше того, енергетичні
витрати цих систем можуть бути найвищими, і їх автоматизація заощадить ваші
гроші. Система автоматизації може значно спростити процес клімат-контролю,
полегшити розуміння та реалізувати найкращий режим управління обладнанням,
який матиме величезний вплив на ваш будинок. А автоматична система вентиляції
буде підтримувати гарну атмосферу. Сонячне світло можна використовувати не
тільки для додаткового освітлення, але і для обігріву будинку. Система управління
може використовувати енергію сонця для обігріву кожної кімнати в будинку, тим
самим керуючи зовнішніми жалюзі. Під час перегляду фільмів, вечірок чи інших
ситуацій, коли у вашому домі багато людей, система може регулювати відповідний
термостат, щоб максимізувати комфорт людей. Коли ви лягаєте спати, система
може знизити температуру в більшості кімнат, але до того часу, коли ви
прокинетесь, бажана температура була встановлена. Це зменшить споживання
енергії, коли ви не знаходитесь у відпустці. Керуючи вентиляцією ванної кімнати
та басейну, система управління може контролювати вологість приміщення та
вимикати вентиляцію після зниження параметрів до прийнятного рівня.

13

Керуючи кліматичною системою, ви також можете підключити її до системи
безпеки, якщо спрацьовує датчик диму, система вентиляції буде вимкнена, а
повітряний клапан буде закритий для запобігання пожежі.

1.2.3. Освітлення

Освітлення впливає майже на всі аспекти життя в вашому будинку. Це
впливає на зручність, комфорт, енергозбереження та безпеку. Тому автоматизація
системи освітлення вашої квартири є розумним рішенням.
Освітлення слід контролювати за допомогою автоматизованої системи, щоб
освітлювати будинок та територію навколо будинку, а також безпечно дістатись до
ванної кімнати посеред ночі або піднятися сходами з підземного гаража. Ви можете
використовувати автоматизовану систему для вимкнення світла в певний час доби,
щоб заощадити на оплаті комунальних послуг. Якщо ви забудете вимкнути світло
в деяких кімнатах, система автоматично вимкне світло, коли ви активуєте сцену "Я
на роботі".

1.2.4. Клімат-контроль

На сьогоднішній день майже 40% квартир використовують кондиціонер,
системи теплих підлог та багато інших функцій для створення комфорту та
належної температури в приміщенні. Однак пристрій зазвичай працює безперервно
і споживає найбільше енергії на пристрої, тому ви побачите багато комунальних
платежів. Для належного розподілу всіх функцій між системами вентиляції та
опалення необхідно організувати окрему систему управління для цих установ.

14

Ви можете спробувати самоконтроль та автоматичний клімат-контроль в
системі розумного будинку.
Підключення до системи клімат-контролю забезпечить індивідуальну
температуру для кожної окремої кімнати в будинку. Злагоджена робота допоможе
підтримувати середню температуру в приміщенні, одночасно підтримуючи
температуру в технічному кабінеті, гаражі чи підвалі.
Важливою «майстерністю» клімат-контролю є те, що він може
підлаштуватися під власника будинку та їх перебування в кімнаті. За відсутності
господаря температура повітря в приміщенні автоматично знижуватиметься, а коли
з’явиться власник, вона знову підніметься до потрібної їм температури.
Аналогічним чином, якщо ви встановите ще деякі параметри, ви можете
встановити перемикання таких температур всього за кілька хвилин до прибуття
господарів будинку.
Система такого клімат-контролю працює багатофункціонально та
багатозадачно завдяки управлінню інтелектуальними технологіями. Ви можете
одночасно підвищувати і знижувати температуру, вмикати кондиціонер, вимикати
опалення в різних кімнатах.
Сьогодні клімат-контроль дозволяє контролювати не тільки вологість
повітря, кімнатну температуру, але і визначати наявність протягів і відкритих вікон
в будинку.
Система також піклується про іонізацію повітря в будинку. Чисте і свіже
повітря в будинку - основна функція кондиціонування. Система здатна наситити
повітря корисними мікрочастинками для благополуччя своїх власників.

1.2.5. Безпека

15

Як правило, автоматизовані системи виконують приблизно одні й ті ж
функції. Сцени "Я вдома", "канікули", "на добраніч" - виконуються не тільки
інженерною системою будинку, але й елементами системи безпеки, які можуть
активувати світло та музику для імітації поява вогнів. Однак, на відміну від дуже
передбачуваного методу таймера, що імітує існування, система управління фіксує
поведінку останніх кількох тижнів, яка виконується в будинку, коли хтось
перебуває вдома, а потім відтворюється. Це робить будинок таким, ніби хтось
насправді всередині.
Система безпеки може бути повністю автономною. Але дві системи повинні
працювати разом. Наприклад, система безпеки може виявити, коли хтось заходить
у ваш будинок і подавати сигнал тривоги. У цьому випадку автоматизована система
може вмикати світло та сигналізацію, а також відображати зображення, зняті
камерами спостереження, на домашніх панелях та мобільних телефонах.
Крім того, знання стану вашої домашньої системи може зробити вас більш
безтурботним, особливо коли ви відсутні. Користувацький інтерфейс системи
домашньої автоматизації, що працює на планшеті або мобільному телефоні, може
показати вам, які двері та вікна відчинені, в якій кімнаті перебувають діти, та багато
іншої корисної інформації.
Якщо щось трапиться раптово, поки ви не будете вдома, автоматизована
система надішле вам попередження, і ви зможете побачити стан будинку. Система
також покаже вам журнали подій, що сталися навколо будинку, коли ви були поза
межами. Ви зможете зрозуміти, хто входив у двері, хто дзвонив, які кімнати ви
бачили та коли траплялися умови дорожнього руху, і в цей час ви можете
переглядати зображення з камер відеоспостереження. Існування цієї системи
значно зменшує ризик виникнення будь-якої поганої ситуації, оскільки ваші діти,
ваші співробітники знають, що існує система, яка не може досягти згоди, і
вимкнути її дуже важко. Крім того, навіть коли ви не вдома, ви можете закрити
жалюзі, двері, закрити систему безпеки і навіть вимкнути телевізор, який ваша
дитина дивиться тривалий час.

16

Створюючи систему безпеки зверніть увагу на те, як система працює з
Інтернетом. Сповіщення надсилаються на ваш телефон через глобальну мережу, і
дані часто передаються в різні центри за одним і тим же каналом. Обов’язково
надайте альтернативний спосіб надсилання сповіщень у системі. Зловмисник може
закрити ваш будинок або скористатися простим обладнанням, щоб заблокувати
стільниковий модем. Отже, система повинна мати можливість надсилати вам SMS-
повідомлення та отримувати команди управління через SMS. Крім того,
особливістю стільникових мереж є те, що найбільшим пріоритетом є голосові
дзвінки, а потім передача повідомлень та даних. Тому найкраще, щоб ваша система
безпеки могла за допомогою голосового каналу дзвонити вам в екстрених
випадках.
Система безпеки завжди повинна мати окремий контролер, який контролює
всі системи та надсилає вам спеціальні повідомлення про аварійні ситуації. Він
повинен мати окреме джерело безперебійного живлення. Контролер не повинен
встановлювати зв’язок з локальною мережею будинку. Він повинен взаємодіяти
лише на рівні однієї фізичної лінії зв'язку (дискретний сигнал), що заважатиме
зловмисникам перепрограмувати контролер безпеки.
Щоб запобігти блокуванню стільникових сигналів спеціальними
глушниками, встановіть антену стільникового модему подалі від свого будинку. Це
значно покращить надійність системи, і голосові дзвінки завжди можна робити в
надзвичайних ситуаціях.
Крім того слід налаштувати систему безпеки так, щоб вона надсилала вам
повідомлення при відключенні живлення, підключенні фіксованої лінії та кабелю
провайдера, оскільки це може бути підготовкою до ризиків безпеки.

1.3. Існуючі системи розумного дому

17

Сучасний ринок пропонує великий вибір технічного обладнання для
домашньої автоматизації, тому порівняння систем «розумного будинку» від різних
виробників буде корисним для багатьох людей. З цією метою ми пропонуємо
переглянути та оцінити їх найважливіші характеристики. Ця інформація допоможе
вирішити проблему якомога розумніше і зробити найкращий вибір для одного
запиту.

1.3.1. Xiaomi

Виробник: Китай. Відсутність українського інтерфейсу за замовчуванням,
лише англійської та китайської, що ускладнює труднощі в процесі встановлення та
налаштування. Розумний будинок від Xiaomi належить до бюджетного класу
обладнання, що дозволяє зробити управління різними пристроями та побутовою
технікою в будинку максимально простим і зручним.

Рис. 1.4 – система Xiaomi

Переваги:
а) Можливість масштабування;

18

б) наявність власної камери відеоспостереження;
в) Бездротовий протокол ZigBee; зручне управління через смартфон через
Wi-Fi;
г) наявність настроюваних скриптів; компактність і стильний дизайн;
д) низька вартість базового набору (лише $ 90).
е) повна автономність пристроїв;
Недоліки:
а) дуже мала дальність сигналу (до 10 м);
б) скромний набір датчиків і виконавчих механізмів в базовій
комплектації;
в) відсутність резервного живлення концентратора.
Таким чином, комплект Xiaomi є чудовою початковою платформою для
підключення інших датчиків та пристроїв, включаючи сторонніх виробників.
Його елементи працюють як самостійно, так і в цілому. З їх допомогою можна
створити дуже функціональну систему управління житловою площею,
включаючи охорону.
Ця система, враховуючи свою вартість, підходить для ознайомлення з
системою розумного будинку. Якщо ви все ще не вирішили, який розумний
будинок найкраще використовувати для своєї кімнати, рекомендується
звернутися за кваліфікованою допомогою до консультантів нашої компанії. Ми
допоможемо вам не тільки зробити правильний вибір, але і зрозуміти основні
функції таких цифрових пристроїв.

1.3.2. Fibaro

Виробник: Польща (розробка та реєстрація бренду - США). Важко знайти
україномовний інтерфейс. Розумний будинок Fibaro - це професійне обладнання
для домашньої автоматизації та безпеки з найширшими функціональними

19

можливостями. Однак, на відміну від багатьох подібних систем, її потрібно
встановлювати та налаштовувати досвідченими професіоналами.

Рис. 1.5 – система Fibaro

Переваги:
а) відмінне наповнення системи різними датчиками та приладами;
б) наявність камери відеоспостереження;
в) величезний вибір сценаріїв для користувача;
г) відправка повідомлень на кілька телефонів одночасно;
д) робота на основі протоколу Z-Wave, що дозволяє успішно взаємодіяти
з іншим обладнанням;
е) датчик витрати оснащений сиреною;
ж) розумна розетка відображає рівень енергоспоживання підключених
пристроїв, а також відключається при стрибках напруги;
з) короткий діапазон системного сигналу збільшується за рахунок
можливості кожного з його елементів бути повторювачем сигналу; голосове
управління через Google, але лише англійською мовою.

20

Недоліки:
а) висока вартість обладнання (від 600$);
б) тільки професійний монтаж і налаштування;
в) обов'язкове підключення центрального контролера Fibaro Home Center
до Інтернету через LAN-кабель;
г) неможливість функціонування без центрального хаба;
д) відсутність резервного живлення хаба;
е) обмежена дальність сигналу;
ж) затримка Push-повідомлень;
з) необхідність в обов'язковій установці програмного забезпечення на
ПК, а також урізаний мобільний додаток.
У порівнянні з розумними домашніми системами інших виробників, пристрої
Fibaro найкраще оснащені різними датчиками для контролю стану будинку та
забезпечення автоматизації управління побутовою технікою. Однак установка
таких складних систем під силу лише професіоналам.

1.3.3 BroadLink

Виробник: Китай. Значення за замовчуванням не має українського
інтерфейсу. Розумний дім BroadLink - це набір найдосконаліших цифрових
пристроїв, призначених для ефективного управління побутовими приладами та
освітленням, енергетикою, безпекою та іншими системами вдома.

21

Рис. 1.6 – система BroadLink
Переваги:
а) швидко встановлюється, підключається і настроюється;
б) має широкий асортимент датчиків (вологості, температури, освітлення,
шуму, забруднення повітря);
в) можна легко додавати і прибирати різні пристрої;
г) функціонує без центрального хаба (автономна робота датчиків);
д) бездротове взаємодія пристроїв між собою;
е) є своя камера відеоспостереження; контролюється по Wi-Fi через
Інтернет з будь-якої точки планети;
ж) демократична вартість обладнання (від 200$).
Недоліки:
а) невелика дальність дії сигналу( до 50 м);
б) відсутність резервного живлення хаба; пульт працює тільки на прийом
сигналів.

22

1.3.4. Ajax

Виробник: Україна, отже, налаштування за замовчуванням підтримують
український та російський інтерфейси. Ця система автоматизації будинку може
виконати два важливі завдання: забезпечити комфорт та зручність у житті
приміщення управління; забезпечити безпеку будинку, контролювати межу об'єкта
крадіжки, а також електричні, пожежні, газові та інші загрози, які можуть будинок.
Обладнання для розумного дому Ajax працює на власному ювелірному шифруванні
та двосторонньому двосторонньому радіообладнанні. За рахунок резервного блоку
живлення воно має повністю автономне головне джерело живлення, а все його
обладнання має стильний дизайн.

Рис. 1.7 – система Ajax

Переваги:
а) проста установка;
б) канал бездротового зв'язку між елементами системи;
в) великий діапазон сигналу (до 2000 м);
г) наявність захисту від зняття будь-якого з датчиків (бампера);
д) можливий доступ інших користувачів (повний або частковий);
автономна робота концентратора від акумулятора (до 16 годин);

23

е) З'єднання Wi-Fi та GSM; різноманітність способів інформування
користувача (дзвінок, SMS, push-повідомлення);
ж) розумна розетка відображає витрати електроенергії (з урахуванням
підключених пристроїв), автоматично відключається при перепадах напруги;
з) установка за допомогою QR-коду та управління через смартфон (iOS,
Android); підключення до 100 пристроїв;
и) наявність кнопки тривоги на пульті дистанційного керування (брелок);
невисока вартість набору (від 200 доларів).
Недоліки:
а) робота лише з центральним контролером (концентратором), тобто
відсутність автономності датчика;
б) немає власної камери відеоспостереження (але є можливість
підключення стороннього обладнання);
в) керувати лише за допомогою телефону, хоча це позбавляє від
необхідності встановлювати будь-які додаткові програми на ПК.
Ajax багатофункціональний, надійний, зручний, компактний. Він має якісний
захист від крадіжки, відмінний дизайн та чіткий інтерфейс. Встановлення та
конфігурація такого комплексу спрощується до мінімуму і є повністю доступною
навіть для технічно непідготовлених користувачів. Важливою перевагою є досить
демократична ціна на пристрій з урахуванням його широких функціональних
можливостей.

1.3.5. «Зроби сам»

Система «зроби сам» - це аналог дорогої та професійної системи
автоматизації. Головна перевага - низька ціна обладнання. До недоліків можна
віднести нижчу якість та надійність компонентів порівняно з комерційною
продукцією, а також відсутність гарантій та технічної підтримки. На додаток до

24

вищезазначених недоліків, слід також пам’ятати, що ви повинні володіти
наступними навичками:
а) Знання про електроенергію. Розуміти принципи управління різними
електроприладами;
б) Розуміти принципи побудови систем автоматизації: тип контролера, вхід і
вихід контролера та тип сигналу;
в) Навички програмування та чітке розуміння необхідних системних
алгоритмів;
г) Мати повне розуміння використовуваного обладнання.
Система «Зроби сам» може управляти електроприладами, контролювати
доступ до будинку, запобігати поривам вітру та віддалено отримувати доступ до
панелі управління. Також ця система може бути модернізована, тому її якість та
функціональність будуть не меншими за комерційні рішення.

1.4. Протоколи, стандарти та технології

Пропоную коротко розглянути основні мережеві технології, стандарти та
протоколи для роботи розумного будинку.

1.4.1. X10

Це одна з найперших угод про автоматизацію житла, яка з’явилася в 1970-х
роках. Стандарт відкритий. Це провідний протокол, який використовує домашній
шнур живлення як середовище передачі. Тому при використанні обладнання, яке
працює за цим стандартом, немає необхідності прокладати додаткові дроти.

25

Технологія X10 заснована на передачі сигналу через електропроводку
будинку. Для передачі сигналу використовується коливання з частотою 120 кГц і
тривалістю 1 мс. Спочатку технологія працювала на частоті 60 Гц і напрузі
живлення 110 В і застосовувалася лише в США. X10 допомагає вирішити різні
завдання автоматизації будинку, починаючи від управління освітленням і
закінчуючи безпекою.
Для цієї угоди було виготовлено велику кількість виконавчих модулів для
управління освітленням, електроприладами, системами опалення, вентиляції та
охорони. Існує велика кількість різних перемикачів і датчиків, які можуть
працювати з модулем виконання, але, можливо, також потрібно буде встановити
контролер. Комунікаційний модуль повинен взаємодіяти з персональним
комп’ютером і працювати з контролером відповідно до стандартного протоколу.
Серйозним недоліком X10 є низька швидкість передачі даних, тому існує
певна затримка у відповіді на події. Він не дуже великий, але очевидний,
наприклад, при побудові системи управління освітленням. Ще одним недоліком
цього протоколу є відсутність шифрування та гарантованої доставки повідомлень.
Це може призвести до того, що команда увімкнути світло взагалі не буде виконана.
Всі ці недоліки пов'язані з використанням ліній електропередач для передачі
даних. Крім того, угода була сформульована давно, а імпульсний блок живлення,
який активно перешкоджає роботі пристрою X10, з’явився із запізненням, тому
неможливо висувати серйозні претензії до розробника угоди.

1.4.2. KNX
Побудова системи автоматизації на основі стандарту KNX є найдорожчим
варіантом, але вона дуже популярна в Європі і насправді є європейським
стандартом для автоматизації будівель. Цей стандарт порівняно рідко
використовується для автоматизації будинків або навіть автоматизації квартир, але
часто використовується для автоматизації будівель та офісів.

26

Цей стандарт з’явився на початку 1990-х. Стандарт базується на шині EIB
(Європейська інсталяційна шина). Стандарт характеризується великою кількістю
властивих йому функцій, а також складністю проектування та монтажу. Протокол
KNX може використовувати шину, електричну мережу або радіоканал як носій
передачі даних. Стандарт надає різні варіанти топології мережі, але більшість
фахівців KNX пов'язують її з найбільш часто використовуваним провідним
варіантом. Система децентралізована, може не мати центрального контролера. Але
має бути джерело живлення.
Цей протокол дуже підходить для автоматизації великих будівель і може
об'єднати до 50 000 пристроїв у мережу. Створена Всесвітня асоціація KNX, що
включає понад 350 компаній по всьому світу. Сьогодні найвідомішими
виробниками обладнання KNX є Schneider Electric, ABB та Gira. У світі
виробляється велика кількість пристроїв з різними функціями. Тому ви можете
вирішити будь-які проблеми, використовуючи цей стандарт.
Кабель 4 × 0,8 найчастіше використовується для роботи пристрою, одна пара
проводів використовується для роботи самої шини KNX, а друга пара - для
живлення. Обмін даними між пристроями здійснюється безпосередньо, без участі
спеціального контролера, тому вихід з ладу одного пристрою не призведе до
вимкнення всієї системи. Цей спосіб має переваги та недоліки. Однак ніхто не
заважає вам використовувати окремий контролер для вирішення складних
інтерактивних завдань, які неможливо виконати, налаштувавши пристрій.
Єдиним недоліком KNX є висока вартість обладнання та висока ступінь уваги
до професіоналів. У реалізації проекту беруть участь великі компанії, оскільки
початкові витрати на навчання персоналу, придбання необхідного програмного
забезпечення та випробувального обладнання дуже великі. Хоча теоретично
стандарт фактично не підходить для того, щоб це робити самостійно. Коротше
кажучи, стандарт KNX - це дуже дороге, відоме та надійне рішення для систем
автоматизації будівель.

27

1.4.3. Z-Wave

Z-Wave - це бездротовий протокол, дуже схожий на ZigBee. Він був
розроблений спеціально для систем домашньої автоматизації датською компанією
Zen-sys наприкінці 1990-х. Цей протокол також використовує структуру топології
клітин, все для забезпечення наднизького енергоспоживання. Різниця полягає в
тому, що протокол закритий, тому розробка та виробництво комунікаційних
модулів є єдиною компанією Sigma Designs. Незалежно від виробника, усі пристрої
використовують один і той же тип модуля зв'язку. Це забезпечує сумісність
пристрою, хоча є деякі тонкощі, пов'язані з діапазоном частот.
Z-хвиля використовує смугу частот 868 МГц без перешкод. Для передачі
даних використовується шифрування AES. Мережа повинна мати центральний
контролер, який може надавати послуги до 255 пристроїв. Коли кількість пристроїв
збільшується, можна поєднати два контролери. Оскільки угода закрита, розроблено
набагато менше інформації та програмного забезпечення. Однак є кілька
безкоштовних проектів, які дозволяють поєднувати пристрої Z-Wave з іншими
системами домашньої автоматизації (наприклад, LinuxMCE).
Всі пристрої Z-Wave на ринку можна розділити на такі групи:
а) Підключіть розетку або електричний вимикач, який замінює
традиційний настінний вимикач. Їх також можна зібрати в деякі електроприлади,
такі як електроплити або обігрівачі.
б) Електричний регулятор яскравості, роз’ємний модуль або як заміна
традиційного настінного вимикача.
в) Пристрій управління двигуном, як правило, використовується для
відкривання або закриття дверей, вікон, штор або жалюзі.

28

г) Різні типи датчиків використовуються для вимірювання температури,
вологості, концентрації газів (наприклад, вуглекислого газу або чадного газу) та
інших параметрів.
д) Управління термостатом
е) Пульт дистанційного керування, такий як універсальний пульт, що
підтримує ІЧ-порт, або спеціальний пульт Z-Wave, має спеціальні кнопки для
функцій мережі, управління групами або сценами.
ж) Контролер USB та шлюз IP використовуються для забезпечення
доступу програмного забезпечення ПК до мережі Z-Wave. Використання
протоколу IP для цих інтерфейсів може забезпечити віддалений доступ через
Інтернет.
Z-Wave дуже підходить для систем домашньої автоматизації та використання
концепцій "зроби сам". Але це не означає, що великі проекти не можуть
здійснюватися на базі цього обладнання. Багато компаній продають різні пристрої
Z-Wave і використовують їх у своїх проектах. Їх не можна назвати дешевими, але
їх установка дуже проста і доступна для більшості людей.

1.4.4. Технологія Ethernet

Ethernet є домінуючою технологією для дротових локальних мереж. Роберт
Метклафф винайшов його в Xerox в 1973 році з метою підключення якомога більше
комп’ютерів до лазерного принтера.
Надалі Xerox, DEC та Intel вирішують використовувати Ethernet як
стандартне мережеве рішення (Ethernet II). Більше того, вже в 1982 році вийшла
специфікація IEEE 802.3 для стандартизації Ethernet. На рисунку 5 показано
положення Ethernet в моделі OSI:

29

Рис 1.8 - Положення Ethernet у моделі OSI

Існує кілька типів мереж Ethernet з різною швидкістю та носіями передачі
(типи кабелів). Є дві технології Ethernet:
а) Класичне середовище спільного використання Ethernet (Ethernet-
Gigabit Ethernet).
б) Комутований Ethernet (точка-точка). З'являється у Fast Ethernet і є
єдиним варіантом у 10G Ethernet.
Класичний Ethernet. Коаксіальний кабель використовується як загальна
шина. Згодом це рішення було замінено концентратором Ethernet
(концентратором). Ми використовуємо фізичну топологію - "зірка" та логічну
топологію - "загальну шину", де комп'ютер підключений до концентратора за
допомогою крученої пари, але внутрішньо - загальну шину, тобто всі дані, що
надходять в один порт, передаються всім інші порти MAC Адреса
використовується для ідентифікації мережевого інтерфейсу вузла в мережі
Ethernet. Очевидно, вони повинні бути унікальними в сегменті мережі. Якщо кілька
з них мають однаковий MAC, один з них не працюватиме, а один з них не буде під
наглядом.
Стандартами Ethernet є:
а) Перший варіант - експериментальна реалізація в Xerox.
б) Ethernet II (Ethernet DIX) -Xerox, Intel, власний стандарт Ethernet DEC.
в) IEEE 802.3-юридичний стандарт Ethernet.
Ethernet II та IEEE 802.3 дещо відрізняються. Перший з’явився раніше в
історії, а з появою другого багато апаратного забезпечення є на Ethernet II. Зараз

30

підтримуються обидва. Різниця полягає в тому, що в Ethernet II передається тип
протоколу, тоді як в IEEE 802.3 передається довжина поля даних.

Рис. 1.9 - Порівняння Ethernet II і IEEE 802.3

Ми опишемо основні сфери фреймворку Ethernet II та дамо відмінності між
ним та фреймворком 802.3-Ethernet.
а) Преамбула (8 байтів) - це схема, де 1 і 0 чергуються, а дві одиниці
закінчуються. Коли цей шаблон отримано, відомо, що все, що слідує за цим
шаблоном, є фактичним кадром.
б) Адреса призначення. Перші шість байтів кадру Ethernet становлять
цільову адресу. DA (адреса призначення) вказує, на який адаптер надсилається кадр
даних. Адреси призначення всіх блоків позначають широкомовне повідомлення,
яке читають усі адаптери, що отримують Ethernet. Перші три байти присвоюються
адресі IEEE провайдером адаптера і є певними для провайдера. Джерело та адреса
призначення MAC використовуються для обміну на основі MAC
в) Адреса джерела. Останні шість байтів кадру Ethernet становлять адресу
джерела. Адреса джерела вказує, з якого джерела походить повідомлення. Як і для
цільової адреси, перші три байти ідентифікують постачальника адаптерної картки).
Формат адреси призначення однаковий у всіх реалізаціях Ethernet.
г) Ефір. Адреса джерела має 2-байтове поле під назвою Ethertype.
Ethertype визначає буфер пам'яті для утримання цього кадру. Ефірний тип; 0800-29

31

д) IPv4; 86DD-IPv6; 0806-ARP. Якщо розглядати формати кадру 802.3 та
Ethernet II: обидва формати представляють 2-байтове поле (Ethertype в Ethernet II
та Length у 802.3) після адреси джерела. Значення всіх типів ефірів перевищують
05DC, що становить 1500. Оскільки максимальний розмір кадру в Ethernet
становить 1518 байт, перекриття типу Ethernet і довжини безглуздо. Якщо поле
після адреси джерела перевищує шістнадцяткове значення O5DC, кадр має версію
II, інакше воно має інший вміст.
е) Дані (46-1500 байт). Поле Ethertype супроводжується 46-1500 байтами
даних, як правило, складаються із заголовків верхнього рівня, таких як TCP / IP або
IPX, за якими йдуть фактичні дані користувача.
ж) Поле FCS: останні 4 байти. В останніх 4 байтах адаптер зчитує
послідовність перевірки кадру або перевірку CRC-Cyclic Redundancy Check. Коли
напруга на лінії дорівнює нулю, адаптер перевіряє останні 4 байти, які він отримує,
і порівнює їх з контрольною сумою, що генерується складним поліномом. Якщо
обчислювана контрольна сума не відповідає контрольній сумі на кадрі, кадр
відкидається і буфер пам'яті станції ніколи не буде досягнутий. Кожен кабель
Ethernet, зазначений у EIA / TIA, має характеристики ослаблення Характеристики
ослаблення визначаються як втрата потужності сигналу при проходженні довжини
кабелю, в децибелах (дБ). Кабелі, що використовуються у компанії та на
внутрішньому ринку, вимірюються за категоріями. Кабелі вищої якості матимуть
вищі номінальні категорії та нижчий рівень загасання.
Стандартні технічні характеристики IEEE 802.3 включають:
а) 10Base2 10 Мбіт / с, технологія базової смуги, найдовша 185 метрів.
Він називається тонким і може підтримувати до 30 робочих станцій на одному
сегменті мережі. Використовуйте фізичні та логічні шини з роз'ємами AUI. Число
10 означає швидкість-10 Мбіт / с, Base означає технологію базової смуги, а число 2
означає майже 200 метрів. Картка 10Base2 Ethernet використовує роз'єми BNC та
T-типу для підключення до мережі.

32

б) 10Base5 10 Мбіт / с, технологія базової смуги, до 500 метрів.
Загальновідомий як товстий. Використовуйте фізичні та логічні шини з розетками
AUI. До 2500 метрів (з ретрансляторами) і 1024 користувачів, придатних для всіх
сегментів.
в) 10BaseT 10 Мбіт / с використовує UTP-кабелі категорії 3. На відміну
від мереж 10Base2 та 10Base5, кожен пристрій повинен бути підключений до
концентратора або комутатора, і кожен сегмент мережі або провід може мати лише
одного хоста. Використовуйте роз'єми RJ-45 (8-контактні модульні роз'єми),
фізичною топологією яких є "зірка" та "логічна шина".
До вдосконалених специфікацій IEEE Ethernet 802.3 належать:
а) 100BaseTX (IEEE 802.3u). Використовуйте кабель EIA / TIA
подвійного підключення UTP категорії 5, 6 або 7. Можливість підключення одного
користувача для кожного сегмента мережі; до 100 метрів. Він використовує роз'єми
RJ-45 з фізичною топологією зірки та логічною шиною.
б) 100BaseFX (IEEE 802.3u). Використовуйте волоконно-оптичний
кабель багатомодового волокна 62,5 / 125 мкм. Топологія точка-точка; довжина 412
метрів. Він використовує роз'єми ST або SC, які є роз'ємами мультимедійного
інтерфейсу.
в) 1000BaseCX (IEEE 802.3z). Використовується мідна вита пара, яка
називається твінакс (збалансована коаксіальна пара), яка може використовуватися
довжиною до 25 метрів.
г) 1000BaseT (IEEE 802.3ab). Використовуйте кабелі категорії 5 і
використовуйте чотири пари кабелів UTP максимальною довжиною 100 метрів
д) 1000BaseSX (IEEE 802.3z). Він використовується для передачі даних
мультимедійного формату (MMF) за допомогою ядер 62,5 та 50 мкм; за допомогою
лазерів 850 нм 62,5 мкм може досягати 220 метрів, а 50 мкм - 550 метрів.
е) 1000BaseLX (IEE 802.3z). Використовуючи одномодове волокно з 9-
мікронним ядром і 1300-нанометровим лазером, воно може розширити відстань від
3 до 10 кілометрів.

33

1.4.5. Технологія мережі Wi-Fi

Wi-Fi - це популярна технологія в бездротових мережах. Wi-Fi означає
"бездротову лояльність". Wi-Fi був винайдений NCR / AT&T у Нідерландах у 1991
році. Завдяки цій технології ви можете обмінюватися інформацією між двома або
більше пристроями. Wi-Fi призначений для мобільних обчислювальних пристроїв,
таких як ноутбуки, але в наш час він широко використовується в мобільних
додатках та побутовій електроніці, таких як телевізори, DVD-програвачі та цифрові
камери. Повинні бути два способи зв’язку із з’єднанням Wi-Fi, які можна здійснити
через точку доступу до підключення клієнта або від підключення клієнта до
клієнта. Wi-Fi - це різновид технології бездротової локальної мережі. Технологія
Wi-Fi дозволяє локальній мережі працювати без проводів та кабелів. Це робить
його популярним для вибору та використання в домашніх та ділових мережах. В
даний час існує чотири основних типи технології Wi-Fi: Wi-Fi-802.11a; Wi-Fi-
802.11b; Wi-Fi-802.11g; Wi-Fi-802.11n.
-802.11a-Серія бездротових технологій, що використовуються для
визначення формату та структури радіосигналів, що передаються мережевими
маршрутизаторами Wi-Fi з антенами.
-Wi-Fi-802.11b-Серія бездротових технологій, які підтримують пропускну
здатність 11 Мбіт / с. Сигнал в безумовному спектрі становить приблизно 2,4 ГГц.
Порівняно з Wi-Fi-802.11a, ця нижча частота означає, що вона може працювати на
розумній відстані. Діапазон сигналів побутової техніки.
-Серія Wi-Fi-802.11g, з’явилася у 2002 та 2003 роках. Ця технологія
підтримує нові продукти. Завдяки швидкому доступу та максимальній швидкості
ця технологія перевершує 802.11a та 802.11b. 802.11 b підтримує пропускну

34

здатність до 54 Мбіт / с і використовує частоту 2,4 ГГц для досягнення більшого
діапазону. Але вартість підключення перевищує 802.11b.
-Wi-Fi-802.11n - це найновіша технологія Wi-Fi. Він спрямований на
вдосконалення 802.11g. Підтримуйте пропускну здатність, використовуючи кілька
бездротових сигналів та антен замість однієї. Він підтримує пропускну здатність
100 Мбіт / с і збільшує потужність сигналу.
Розглянемо принцип WiFi.
Wi-Fi - це високошвидкісне підключення до Інтернету та підключення до
мережі без використання будь-яких кабелів або проводів. бездротової мережі
Використовуйте три важливі елементи - радіосигнал, антену та
маршрутизатор. Передача здійснюється радіохвилями. Для спілкування через
мережі Wi-Fi комп'ютери та мобільні телефони повинні бути оснащені адаптерами
Wi-Fi. Wi-Fi дозволяє людям отримати доступ до Інтернету в будь-якому місці в
межах фактичної зони покриття. Радіосигнал передається від маршрутизатора, а
сигнал приймається приймачем Wi-Fi (наприклад, комп’ютером та мобільним
телефоном) із вбудованим адаптером Wi-Fi. До тих пір, поки комп’ютер отримує
сигнал в межах зони дії маршрутизатора, він негайно підключатиметься до
пристрою. Діапазон Wi-Fi залежить від оточення, типу місця або простору. Адаптер
Wi-Fi зчитує сигнал і підключається до Інтернету між користувачем та мережею.
Швидкість пристрою, підключеного до Wi-Fi, збільшується, коли комп'ютер
наближається до основного джерела, і навпаки, коли комп'ютер віддаляється,
швидкість зменшується. Багато нових ноутбуків та мобільних телефонів мають
вбудовані трансивери Wi-Fi.
Бездротовий маршрутизатор - це різновид обладнання, яке зазвичай
використовується в приміщенні. Цей тип обладнання в основному
використовується постачальниками послуг Інтернету для підключення своїх
мережевих кабелів, що називається обладнанням WLAN Wi-Fi.Основною
функцією цього типу маршрутизатора є поєднання мережевих функцій
маршрутизатора та бездротової точки доступу. Як і дротова мережа, концентратор

35

розташований у центрі мережі, і всі комп’ютери підключені до концентратора для
забезпечення доступу до мережі. В даний час бездротові концентратори можна
використовувати як маршрутизатори в так званих шлюзах. Найпоширенішим
способом бездротового підключення користувачів до Інтернету є використання
невеликого настільного маршрутизатора Wi-Fi з антеною. Пристрій передає
сигнали на роботі чи вдома. Однак сигнал цього WiFi-маршрутизатора дуже
слабкий, і для збільшення покриття Інтернету в масив потрібно помістити
спеціальні розширення Wi-Fi.
До недоліків Wi-Fi належать: обмежений діапазон; перешкоди від інших
пристроїв, таких як мікрохвильові печі, телефони тощо; велике споживання енергії;
ризики безпеки даних, особливо у громадських місцях; передача даних має певні
обмеження, і дані не можуть передаватися довго відстані. У порівнянні з дротовим
підключенням, вартість впровадження Wi-Fi дуже висока.
До переваг технології WiFi належать: бездротові пристрої можна передавати
з одного місця в інше; використання комунікаційних пристроїв у мережі Wi-Fi
може зменшити мережеві витрати за рахунок економії лінійних витрат;
налаштування Wi-Fi простіше, ніж підключення кабелів, тому цілком безпечно , не
буде заважати будь-якій мережі; можливість підключення до Інтернету через точку
доступу в бездротовому середовищі.

1.4.6. Технології мереж 3G/4G

Технології бездротових мобільних мереж включають 3G-системи, що
використовують CDMA (множний доступ із кодовим поділом) та WCDMA
(широкосмуговий широкосмуговий доступ із кодовим поділом). CDMA - це метод
присвоєння унікального коду кожному користувачеві, що використовує канал на
той момент. Після призначення унікального коду він може ефективно

36

використовувати повністю доступну пропускну здатність. Тому, порівняно з
TDMA та FDMA, багато користувачів можуть використовувати цей канал
одночасно.
Діапазон частот, який використовує 3G, становить від 15 МГц до 20 МГц, а
смуга частот 3G становить від 1800 МГц до 2500 МГц. Максимальна швидкість
приблизно 2 Мбіт / с досягається в базовій системі 3G. WCDMA, також відомий як
UMTS (Універсальна система мобільного зв'язку), має набагато вищий коефіцієнт
використання та може вмістити більше користувачів, ніж CDMA. Основна мережа,
що використовується в системі 3G, являє собою поєднання комутації каналів та
комутації пакетів.
Швидкісний доступ до пакетів даних (HSPA) та HSPA + забезпечують
швидкісну передачу даних.
Поняття MIMO (Multiple Input Multiple Output) було вперше представлено в
HSPA +. MIMO - це метод, що використовує концепцію багатопроменевості для
поліпшення радіозв'язку. Отримайте один і той же сигнал кілька разів на стороні
приймача. Тому ймовірність помилки зменшується, а загальна продуктивність
покращується. Отже, швидкість передачі даних може досягати 42 Мбіт / с. HSPA
та HSPA + можна розглядати як 3,5G та 3,75G відповідно. Тип модуляції, що
використовується в HSPA +, - це 64-розрядна QAM (квадратурна амплітудна
модуляція). Ще однією перевагою системи 3G є Hand-off.
У цьому випадку користувальницьке обладнання підключається до обох веж
одночасно, тому дзвінок не буде скинутий під час процесу передачі.
LTE (Long Term Evolution) - стандарт для мобільного зв'язку 4G, такий як
Такі технології, як GSM / EDGE та UMTS / HSPA. LTE використовує CDMA
або мультиплексування з ортогональним частотним поділом-OFDM. Діапазон
частот, що використовується в 4G, становить від 2000 МГц до 8000 МГц, а діапазон
частот - від 5 МГц до 20 МГц. У системі LTE максимальна швидкість низхідної
лінії зв'язку становить близько 100 Мбіт / с, а швидкість висхідної лінії зв'язку -
близько 50 Мбіт / с. Завдяки високошвидкісному LTE ви можете підтримувати

37

програми, які потребують високої пропускної здатності, такі як онлайн-ігри,
потокове передавання відео високої чіткості та IP-голос.
Тип базової мережі, що використовується 4G, базується на IP. Мережі 4G
мають надзвичайно низьку затримку, ширші канали та агрегацію несучих до 100
МГц.

1.4.7. Багатошарові моделі: TCP / IP, OSI

В даний час існує дві багаторівневі моделі. Оскільки модель TCP / IP
спочатку була визначена Міністерством оборони США, вона має лише одну
конкретну мету - створити загальнодержавну мережу. Модель OSI - це стандартна
модель, розроблена Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO), яка
визначає, як програмні та апаратні компоненти, що беруть участь у мережевій
комунікації, повинні розподіляти роботу та взаємодіяти між собою. Іншими
словами, модель OSI є концептуальною моделлю для зв’язку, телекомунікацій або
комп’ютерних систем, і вона ігнорує внутрішню структуру або технологію.
Модель TCP / IP, як випливає з назви, TCP - це протокол передачі або
управління передачею та протокол IP або Internet, що є двома стандартами.
Модель TCP / IP є більш вільною та відкритою, ніж модель OSI, тому вона
має лише чотири шари, і вони не повністю підходять для кожного шару моделі OSI.
Рівні TCP / IP такі: рівень додатків; транспортний рівень; інтернет-рівень;
рівень мережевого інтерфейсу.
На рис. 1.10 показані деякі протоколи / послуги, пов'язані з відповідними
рівнями.

38

Рис. 1.10 - Протоколи / послуги на кожному рівні TCP / IP

Розглянемо структуру моделі, зображеної на рис. 1.10:
а) Рівень 4-Рівень програми (рівень додатків) визначає протокол і те, як
хост-програма взаємодіє зі службами транспортного рівня для використання
мережі.
б) 3 шари-транспортний рівень. Транспортний рівень забезпечує
управління сеансами зв'язку між головними комп'ютерами. Визначте рівень
обслуговування та стан з’єднання, що використовуються під час передачі даних.
в) Рівень 2-рівень Інтернету. Інтернет-рівень пакує дані в дейтаграми IP,
які містять інформацію про адресу джерела та адресу, що використовується для
передачі дейтаграми між хостами та мережами. Він також направляє дейтаграми
IP.
г) 1 рівень - рівень мережевого інтерфейсу. Рівень мережевого
інтерфейсу визначає деталі фізичного передавання даних через мережу. Він також
додає інформацію MAC-адреси, щоб вказати, з якого апаратного пристрою
надійшло повідомлення та з якого апаратного пристрою отримано повідомлення.
CP визначає, як правильно та безпечно встановити, передати та закрити канал
зв'язку (ідентифікувати отриманий пакет даних). Оскільки він встановлює зв’язок і
гарантує кінець прийому, це орієнтований на комунікацію протокол, тоді як IP - ні.

39

Зв'язок TCP закінчується, коли програми з обох кінців успішно закінчують
надсилання та отримання даних.
TCP гарантує доставку фрагментів даних, званих пакетами (протокол
дейтаграми). Ці програми розділені на фрагменти з заголовками.
Це створить фрагмент, який називається сегментом. Він використовує вікна
для управління контролем потоку, щоб уникнути помилок.
TCP - це наступний найвищий рівень ІР. Він взаємодіє з IP-рівнем програми.
Крім того, IP головним чином допомагає знайти бажаний пункт призначення
(маршрутизацію та адресацію) та передати дані з одного комп'ютера на інший через
мережевий носій. Це офлайн-протокол.
Пакети даних із рівня TCP інкапсулюються в дейтаграми IP і пересилаються
на наступний рівень. Практично не існує механізму уникнення певних помилок.
Порівняно з раніше описаною моделлю, модель OSI не розроблена для
роботи в мережі, але завдяки продуманій структурі більшість протоколів та систем
дуже точно дотримуються цієї моделі. Основною метою цієї моделі є обговорення
або опис окремих функцій мережі, щоб хтось міг їх зрозуміти. Модель OSI має сім
рівнів: Додаток; презентація; сесія; транспорт; мережа; посилання на тип даних;
фізичний.
Опишемо ці рівні:
Рівень 7 - Рівень додатків. Цей рівень використовується разом із прикладним
програмним забезпеченням для забезпечення функцій зв'язку за необхідності. Він
перевіряє наявність комунікаційних партнерів та ресурсів для підтримки будь-якої
передачі даних.
Рівень 6 – Рівень презентації. Цей рівень перевіряє, чи дані сумісні з
ресурсами системи зв'язку. Він також обробляє будь-який формат даних або
перетворення коду, які можуть знадобитися.
5 рівень – рівень сеансу. Цей рівень обробляє функції автентифікації та
авторизації. Він також контролює зв'язок між двома пристроями зв'язку. Він
з’єднує, підтримує та від’єднує.

40

4 рівень - транспортний рівень. Цей рівень забезпечує якісні сервісні функції
для забезпечення повної доставки даних. Цілісність даних гарантується на цьому
рівні за допомогою виправлення помилок та подібних функцій.
3 рівень – рівень мережі. Мережевий рівень використовує логічну адресацію
та комутацію для обробки маршрутизації пакетів.
2 рівень - рівеньданих каналу. Цей рівень рядка даних розпаковує дані у
кадри, які можна передавати через фізичний носій.
1 рівень - фізичний рівень. Фізичний рівень визначає рівень логіки, швидкість
передачі даних, фізичний носій та функції перетворення даних .Ці функції
становлять бітовий потік пакетів даних, що передаються з одного пристрою на
інший.

1.4.8. Порівняння протоколів HTTP та MQTT

Протокол MQTT, або транспортна телеметрія черги повідомлень, був
розроблений Енді Стенфорд-Кларком та Арленом Ніппером. Це протокол взаємодії
IoT, заснований на моделі Publisher / Subscribe. Ця модель є простою моделлю, яка
забезпечує підтримку якості обслуговування (QoS). Завдяки своїм можливостям
його можна знайти в кожному другому пристрої на основі IoT. Цей протокол має
багато функцій, оскільки працює через TCP і використовує SSL / TLS для безпеки.
Він використовує CONNECT, PUBLISH, SUBSCRIBE, DISCONNECT тощо для
обміну повідомленнями між серверами.
Оскільки MQTT є протоколом на основі TCP / IP, спочатку встановлюється
TCP-з'єднання, а потім передаються дані. Зв'язок MQTT відбувається у три етапи:
а) встановлення з'єднання TCP;
б) встановлення з'єднання MQTT та публікація даних;
в) припинення з'єднання TCP.

41

Розглянемо їх:
1. Встановлення TCP-з'єднання - це тристороннє рукостискання, яке
досягається шляхом передачі 3-х пакетів між клієнтом та сервером. Сервер завжди
слухає. Перший клієнт надсилає на сервер повідомлення-повідомлення у вигляді
запиту на підключення - пакету з позначкою SYN = 1 і ACK = 0. Отримавши пакет
запиту на підключення, сервер надсилає пакет підтвердження з прапорами SYN =
1 та ACK = 1, щоб повідомити клієнта про те, що сервер отримав з'єднання пакету
запиту та готовий до зв'язку. Клієнт, отримавши SYN Flag = 1 і ACK = 1 в пакеті
підтвердження від сервера, надішле пакет підтвердження з SYN Flag = 0 і ACK = 1,
щоб повідомити сервер про те, що клієнт отримав підтвердження з'єднання і
готовий до спілкуватися. Передача даних відбуватиметься лише після успішного
рукостискання з TCP.
2. Після успішного рукостискання TCP, першим пакетом, надісланим від
видавця брокера, є пакет CONNECT, який є нічим іншим, як пакетом запиту на
підключення до сервера. Отримавши запит на підключення, пакетний брокер
надішле емітенту пакет підтвердження із заявою, що брокер отримав пакет запиту
на підключення та готовий до зв'язку. Як тільки видавець отримає пакет
підтвердження від сервера або брокера, видавець помітить, що сервер також
готовий до спілкування, і видавець почне публікувати повідомлення. Після
публікації повідомлення видавець від’єднається від продавця, надіславши пакет
запиту на від’єднання. Рукостискання видавця MQTT з брокером різняться залежно
від рівня якості обслуговування. Описаний вище алгоритм рукостискання брокера-
видавця MQTT відноситься до рівня QOS.
3. Припинення з'єднання TCP відоме як симетричне вивільнення. Кажуть, що
зв’язок закінчується, коли клієнт і сервер надсилають один одному пакет із
позначкою FIN = 1. Коли клієнт хоче від’єднатися від сервера, він надсилає запит
на від’єднання з позначкою FIN = 1, вказуючи на те, що він хоче розірвати зв’язок.
Після отримання пакету запиту на відключення сервер надішле два пакети, перший
пакет буде пакетом підтвердження з ACK = 1 клієнту, повідомляючи йому, що

42

сервер отримав запит на відключення, а другий пакет буде пакетом запиту на
відключення з FIN = 1 і ACK = 1 на бічному сервері, що означає, що сервер також
хоче від'єднатися. Отримавши закінчувальний пакет від сервера з прапором FIN =
1 і ACK = 1, клієнт розуміє, що сервер також відправив завершення зі свого боку,
тоді клієнт надішле на сервер пакет підтвердження з ACK = 1, що означає на
дзвінок відповіли, і він негайно роз’єднує дзвінок (рисунок 1.11).

Рис. 1.11 – Етапи встановлення зв'язку MQTT
Протокол передачі гіпертексту (HTTP) використовується Інтернетом для
визначення способу передачі та форматування повідомлень. Цей протокол
відповідає за дії, які повинен виконати сервер під час надсилання інформації через
мережу. Після введення URL-адреси у браузер протокол надсилає HTTP-запит на
сервер, а потім відповідь HTTP надсилається назад у браузер. Цей протокол також
відповідає за перевірку веб-сайтів у Всесвітній павутині на форматування та
презентацію.

43

1.4.9. Протокол мережевої безпеки NAT

Інтелектуальні мережі IoT вимагають певних механізмів захисту від різного
роду зловмисних вторгнень. Одним із механізмів, що дозволяють підтримувати
мережеву безпеку, є технологія NAT - механізм у мережах TCP / IP, що дозволяє
змінювати IP-адреси транзитних пакетів.
Пристрій NAT (Source SNAT) використовується для зміни адреси адреси
джерела та пункту призначення у відповідних номерах пакетів або джерел портів.
Користувач «розумної» мережі надсилає запит в Інтернет з локальної мережі, який
переходить до внутрішнього інтерфейсу маршрутизатора, сервера доступу або
брандмауера. Пристрій NAT приймає пакет і робить запис у таблиці відстеження
з'єднань, що контролює перетворення адреси. У свою чергу, пристрій NAT,
отримавши цей пакет, знаходить відправника вихідного пакета в таблиці
трасування з'єднання, замінює IP-адресу призначення на відповідну приватну IP-
адресу та пересилає пакет на вихідний комп'ютер.
Оскільки пристрій NAT надсилає пакети від імені всіх внутрішніх
комп'ютерів, воно змінює вихідний мережевий порт, і ця інформація зберігається в
таблиці трасування з'єднання. З метою захисту мережі IoT ми використовуємо
концепцію перекладу адрес - статичний NAT або SAT (статичний переклад
мережевих адрес), що дозволяє декільком окремим пристроям отримувати доступ
до Інтернету через одну публічну адресу. Для цього вам потрібно перетворити
приватну IP-адресу на загальнодоступну IP-адресу.
Перевагами цього перекладу адрес є: мінімізація використання публічних
адрес; підвищена гнучкість у використанні адрес; можливість зміни зовнішніх
адрес без необхідності змінювати план адрес локальної мережі; підвищений рівень
безпеки завдяки прямому доступу до внутрішніх пристроїв з Інтернету.

44

1.5 Переваги і недоліки

Проекти розумних будинків створюються, щоб полегшити життя людей.
Такий будиночок може керувати різними процесами в будинку, керувати
освітленням або іншим обладнанням, і робити це навіть не встаючи з дивана. А
якщо ви далеко від дому, то це не проблема, навіть за тисячі кілометрів ви можете
контролювати всі процеси, не турбуючись про проблеми. Система безпеки будинку
запобігає проникненню будь-кого, і якщо виникає будь-яка надзвичайна ситуація,
розумний будинок реагує і може викликати поліцію та пожежну службу одночасно.
Ось ще кілька прикладів цікавих можливостей:
а) освітлення шляху вночі;
б) годівля домашніх улюбленців чітко визначеними обсягами кормів за
графіком;
в) налаштувати телевізор так, щоб діти могли дивитися його лише в
певний час;
г) прогріти спальню перед тим, як встати з ліжка;
д) увімкнути кавоварку з ліжка.
Розумний будинок можна вважати більш економним, все прораховано
системою контролю за всіма електроприладами і раціональним використанням
освітлення і навіть гарячої води. Для людей з обмеженими можливостями
технологія «розумного дому» принесе великі переваги, оскільки будинок зможе
нагадувати людям про необхідність приймати ліки та стежити за дієтою людини.
Якщо будинок порожній кілька днів, система буде знаходитися в сплячому режимі
і не буде виконувати різні операції, а система буде максимально економною.
Як і інші пристрої, системи розумного будинку мають переваги, які варто
встановити. Серед них:
а) Безпека. Система забезпечує комплексний моніторинг приміщень.
Якщо був зроблений незапланований доступ, він надішле сповіщення про це. У разі

45

виникнення надзвичайної ситуації «розумний дім» докладе всіх зусиль, щоб
запобігти їй, у тому числі й виникненню пожежі. Це дозволяє стежити за тим, що
відбувається в будинку з будь-якої точки світу.
б) Простий у використанні. Вся система контролюється одним
пристроєм. Найчастіше це мобільні телефони.
в) Гнучкі налаштування. Ця система дозволяє налаштовувати пристрій,
змінюючи його функціональність. Ви також можете додати до нього інші пристрої
в будь-який зручний час.
г) Економічність. «Розумний дім» знижує витрати на оплату
комунальних послуг. Це тому, що система вимикає пристрої, які зараз не
використовуються. В результаті зменшується навантаження на мережу і відповідно
зменшується енергоспоживання. На освітленні можна заощадити до 40%, а на
опаленні – до 30%.
д) Автоматизація. Більшість предметів побуту можна підключити до
розумного будинку. Тому ними можна керувати в автоматичному режимі. Це
економить багато часу.
е) Дизайн. Всі елементи системи (кнопки, терморегулятори, датчики,
розетки, вимикачі) виглядають сучасно і стильно і вписуються в будь-який інтер'єр.
Недоліки розумного будинку такі ж важливі, як і переваги. Ті, хто не стикався
з розумним будинком і не бачив його, відразу припустять, що це непрактично і
дорого, і не захочуть жити в такому будинку. Це дослідження обговорювало багато
переваг системи, але мало й негативний аспект, але яку точку зору ми повинні
розглядати? Перший виклик полягає в тому, що багато людей різного віку не
використовують усі доступні технології. Інша причина полягає в тому, що не кожен
зможе адаптуватися до повністю автоматизованого будинку, є велика ймовірність,
що це створить проблеми для людей.
У цих випадках ви можете змінити свій підхід і не відкидати концепцію
розумного будинку, натомість почати невеликі зміни та звикнути до нової ери
життя. По-перше, ви можете встановити мультирумну систему в одній з кімнат, і

46

почати трохи адаптуватися до цих нових технологій, і поступово звикати до того,
що наше життя розвивається стрімко і в недалекому майбутньому нам доведеться
подружитися з цими технологіями. Перш ніж придбати систему, ви повинні знайти
професіонала, який може порадити вам найефективніший спосіб почати. Це
полегшить вибір для початку простих і надійних технологій.
Ще одним недоліком є те, що не всі електроприлади, які ми використовуємо
щодня, сумісні з системою «розумний дім». Ця проблема викликана
непідготовленістю виробників різноманітної побутової техніки, оскільки більшість
людства не зможе використовувати ці технології. Хоча єдиного стандарту для
регулювання всіх електричних пристроїв ще не створено, негативна сторона цієї
технології знову проявляється.
Варто відзначити деякі недоліки «Розумного будинку»:
а) Витрати на необхідне обладнання, не кажучи вже про вартість
монтажу, налагодження, технічної та сервісної підтримки. Важливо визнати, що
важливо уважніше вивчати фактичні відгуки користувачів про ці системи.
б) Насторожує поспіх і віра в те, що витрати на рекламу можна повністю
окупити за п'ять років. Дуже важливо пам’ятати, що технологічний прогрес не
приносить користі вдома. Деякі функції застаріють або їх функціональність значно
розшириться протягом того самого періоду.
в) Монтаж додаткових пристроїв, таких як датчики, датчики, дроти. На
етапі будівництва будинку або під час останнього ремонту бажання встановити
«Розумний будинок» могло ще не бути. У результаті виникнуть додаткові
неприємності, які не завжди можуть бути безпечними для здоров'я чи життя
населення.
г) Також важливо передбачити витрати на джерело безперебійного
живлення відповідної потужності. Він повинен витримувати силу, пов'язану з
системою обладнання. Ще один момент - не можна розміщувати його в центрі
вітальні. Як правило, для цієї мети заздалегідь резервується окрема кімната.
Наприклад, якщо це генератор, приміщення додатково звукоізольовано.

47

д) Капітальний ремонт будинку необхідний, але в цьому є користь, яка
переважує негатив. Можуть виникнути труднощі з інтеграцією обладнання різних
виробників. Якщо станеться збій, то відновити роботу системи буде вкрай складно.
е) Техніка схильни до швидкої моральної деградації. Питання вартості
сучасної електроніки, яка стрімко зростає, особливо гостро постає, коли продавець
заявляє, що система буде прибутковою. Придбаний за великі гроші, він може
знизитися в ціні вдвічі через півроку. Незапланований перегрів може остаточно
зруйнувати «мізки» «Розумного дому».

48

РОЗДІЛ 2
СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТОМ ЖИТЛА

В сучасному світі автоматизовані системи контролю та управління
мікрокліматом виробничих чи житлових приміщень дозволяють сторити людям
комфортні та задовільні умови для їх робочого простору та відпочинку.
Мікроклімат являє собою сукупність або комплекс метерорологічних умов у
приміщеннях, що характеризуються такими характеристиками як :
а) температура;
б) відносна вологість повітря вприміщенні;
в) повітрообмін;
г) швидкість руху повітря в приміщенні;
д) вмісту кисню та інших часток у повітрі;
е) присутність пилу та ін.
А також мікроклімат довзоляє визначити умови середовище всередині
приміщень та впливає на фізичні явища такі як теплообмін між особами, що
знаходяться у приміщенні та навколишнім середовищем через конвекцію, теплове
випромінення чи випаровування води.
Для правильної оцінки комфортних умов у приміщенні головне значення
приділяють до температури і відносної вологості повітря. При дослідження
комфортних умов для роботи визначено, що у теплу пору року температура
повинна не перевищувати показники 22-25° С, а відносна вологість 30-60%,
натомість взимку показники температури значно нижче, вони становлять
приблизно 18-19° С, вологість повітря залишається на тому ж рівні.
Відхилення температурних показників або показників вологості повітря
можуть мати наприклад недостатнє опалення приміщення чи велику кількість
перебуваючих людей у невеликому просторі, відсутність нормальної вентиляційної
системи, тощо. Тому постало важливим питання, мати ефективну, надійну та

49

просту систему для керування мікрокліматом в приміщенні на базі простого
ристрою керування, щоб забепечити беперебійну роботу усього технологічного
обладнання, а також система повинна взаємодіяти з навколишнім середовищем.

2.1. Підсистема отоплення

Одним з базових елементів системи управління мікрокліматом у помешкані
являються центральні термостати, що мають змогу управляти установками чи
можливість багатозоннного управління, та можуть бути багатофункціональними
приладами. Наприклад існують термостати, що можуть здійснювати підтримку
температури повітря на різних рівнях у декільох ділянках помешкання, можуть
управляти системою подачі тепла чи керувати температурою водопостачанняю.
На час відсутності мешканців або вночі термостати можуть переключатися в
енергозберігаючий режим, та дозволяє майже до 35% збільшити економію
енергоресурсів від початкового споживання.
Термостати бувають двох видів:
а. механічні;
б. цифрові.
Механічні моделі термостатів створені простою конструкцією, що
використувує мінімальну кількість електричних схемю Керуюють ручкою або
тумблером для вмикання чи вимикання, температура у приміщенні виставляється
поворотом ручки до відповідної шкали, що зображено на корпусі термостата.
Цифрові терморегулятори характеризуються значно складнішою
схемотехнікою. Вони завжди оснащені продуманим візуальним інтерфейсом:
цифровими або рідкокристалічними екранами, їхня робота регулюється за
допомогою кнопок (фізичних або сенсорних). Цифрові терморегулятори мають

50

безліч функцій: від блокування кнопок до програмування роботи за розкладом,
встановленим через Інтернет.
Приклади термостатів, що використовуються в системі розумних будинків і
являються одними з кращих на ринку:
а. Electrolux ETS-16

Рис 2.1 Термостат Electrolux ETS-16

Цей термостат являється прикладом механічного термостату, що
поміщається всередину рамки вимикача для світла. Є підтримка Wi-fi та може
використовуватись з мобільних додатків.
Нажаль більшість відгуків щодо цієї моделі негативні за рахунок не досить
продуманого програмування термостату та завищеної ціни, що не співпадає з
якістю.
б. DEVI Smart

51

Рис 2.2 Термостат DEVI Smart

DEVI Smart являється сенсорним термостатом, але підходить лише для
регулювання теплої підлоги, а також модель орієнтована більш на простих
користувачів, все налаштування системи відбувається за допомогою телефону і
спеціального застосунки від цієї фірми.
в. NTL 7000/HT03

Рис 2.3 Термостат NTL 7000/HT03
Механічний вид термостатів забезпечує досягнення заданої температури та
підтримання її протягом всього часу всередині приміщення. Внутрішній

52

терморезистор слугує інформативним джерелом, що реагує на зміну температури
на пів градуса.
Контрольоване значення температурних показників встановлюється
механічним перемикачем і сигналізується відповідним світлодіодом.
г. Caleo SM731

Рис 2.4 Термостат Caleo SM731

На вигляд термостат дуже простий у використанні і збігається з якість = ціна.
Управління здійснюється за допомогою електронної панель за допомогою кнопок
та дісплею, що свідчить про те, що віддаленого керування моделлю немає.
д. Термостат SpyHeat NLC-511H

53

Рис 2.5 SpyHeat NLC-511H

Найбюджетніший варіант термостату, для теплої підлоги. Розрахований він
на невеликі приміщення, економний у використанні та вологостійкий,
встановлюється в середину світло перемикача.
Для того, щоб порівняти термостати було визначено основні характеристики,
що наведені у Таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Порівняння термостатів по основних характеристиках

Тип управ. Тип Спосіб Min/ Максимальн
зв’язку монтажу max t е навант.
Electrolux ETS- механічне провідний приховане 5/45 3600Вт
16
DEVI Smart сенсорне провідний приховане 5/45 3680Вт
NTL 7000/HT03 механічне провідний накладне -/40 3500Вт
Caleo SM731 електричн провідний приховане 5/60 3500Вт
е

54

SpyHeat NLC- електричн провідний приховане 5/40 3500Вт
511H е

Відповідно до результатів цієї таблиці та до ретельного аналізу переваг та
недоліків було визначено, що найкращим серед наведених варіантів являється
термостат Caleo SM73, оскільки тут найкращий діапазон цін за гарну якість,
більшість споживачів залишили позитивні відгуки, а також він має показники
температур вище ніж у всіх наведених прикладах.

2.2. Підсистема вентиляції та кондиціонування

Підсистема вентиляції розумного будинку являє собою інтеграцію
припливно-витяжної вентиляції із системою кондиціювання. Для цього підходу
використовується спеціальне обладнання, щоб контролювати стан і якість повітря
та температурний режим приміщення. Встановлені датчики слідкують за
встановленими, користувачем, показниками та передають далі їх на контролер, що
здійснює корегування роботи обладнання за запрограмованими раніше
показниками.
Для створення інтелектуальних засобів управління найкраще розглянути
можливість інтеграції системи ще на етапі проектування, тому що не вся вентиляція
припливно-витяжна сумісна з сучасною автоматикою. Існуючі інженерні
комунікації можуть потребувати заміни, якщо на етапі будівництва чи капітального
ремонту не буде обладнано систему вентиляції.
Для максимального комфорту і енергозбереження можна інтегрувати багато
систем, таких як:
а. системи отоплення (за допомогою об’єднання всіх приладів для
обігріву – цетрального отоплення, теплої підлоги, конвекторів та ін. );
б. системи кліматконтролю;

55

в. вентиляційної системи;
г. приборів для очистки, зволоження чи іонізації повітря;
д. систем припроднього провітрювання.

За допомогою усіх вищесказаних систем можна встановити унікальну і
комфортну для здоров’я мешканців, клімат.
Наприклад, якщо у вашому помешканні збільшиться рівень вуглексилого
газу, то автоматично може включатися система вентиляції, прилади для іонізації
повітря та навіть відкриватися вікна.
Також така система може допомогти:
а. усунути неприємні запахи;
б. може запобігти та знизити рівень виникання плісняв чи грибку у
приміщеннях;
в. зміцнює імунітет та знижує ризик захворювання;
г. підвищує безпечність будинку;
д. економія ресурсів, комунальних платежів, підвищення терміну
експлуатації електричних приборів.
Нижче будуть наведені приклади датчиків для вентиляції і кондиціонування
повітря в приміщенні:
а. WallSwitch

Рис 2.6 – WallSwitch від Ajax

56

Пристрій підключається безпосередньо до мережі 110 В~/230 В~ і замикає та
розмикає ланцюг за командою. Реле витримує навантаження до 3 кВт, чого цілком
достатньо для підключення навіть ненажерливих пристроїв. Завдяки WallSwitch ця
функція пристрою може стати широко відомою - пристрій відображає
енергоспоживання в додатку Ajax.
Виконує наступні функції:
а. Захист обладнання від перенавантаження по струму та стрибків
напруги;
б. Має знак бістабільності імпульсу системи;
в. Визначає енергетичну статистику;
г. Дозволяє здійснювати безперервний контроль за електроживленням та
електроспоживанням.

Простий у підключені прилад до концентратора, за допомогою системного
застосунку та відсканування qr-коду та встановлення мініатюрного реле у врізну
рохетку, корпус будь-якого електроприладу або електрощитку.
Зроблений датчик для керування вентиляцією повітря та кондиціонуванням.

б. Xiaomi Smartmi Smart Air Purifier

57

Рис 2.7 Xiaomi Smartmi Smart Air Purifier

Завдяки особливій формі крильчатки відцентрового вентилятора з
регульованою частотою, пристрій подачі повітря Xiaomi Mijia створює дуже мало
шуму під час роботи. Breeser пропонує три режими роботи:
1) Нічний режим - до 35м3/год, 20дБ;
2) Автоматичний режим - за показаннями датчиків CO2 і PM2.5 прилад
самостійно вибирає інтенсивність роботи;
3) Ручний режим - користувач налаштовує до 150 м3/год, 37 дБ;
управляти:
Для управління пристроєм на передній панелі є інформаційний екран із
сенсорними кнопками. На екран також виводиться індикація якості повітря та
концентрації. Для дистанційного керування на телефоні встановлений
безкоштовний додаток.
в. Sensibo Air Pro

Рис. 2.8 Sensibo Air Pro

Розумна система кондиціонування, що має можливість керування з
програмного застосунку, легка у використанні, збирає статистику якості повітря та
вмісту певних речовин в повітрі. Є можливість запрограмувати кондиціонування за
графіком. Реагує на зміну раніше встановлених показників та фіксує причини їх
виникнення, інформуючи про це у додатку.

58

г. Cielo Breez Plus Smart Air Conditioner Controller

Рис. 2.9 - Cielo Breez Plus Smart Air Conditioner Controller

Розумний контролер змінного струму Cielo Breez Plus працює з міні-спліт,
портативними та віконними кондиціонерами з інфрачервоними пультами. Він
підключається до вашого маршрутизатора Wi-Fi і дозволяє керувати
кондиціонером за допомогою смартфона, Amazon Alexa або Google Home.
Поставляється з усіма необхідними аксесуарами, включаючи настінну тарілку та
навіть безкоштовну настільну підставку, якщо ви хочете розмістити її на своєму
столі. Це допомагає створити ефективні зони нагрівання або охолодження.
д. Mysa Smart Thermostat for Mini-Split Heat Pumps and AC

59

Рис. 2.10 - Mysa Smart Thermostat for Mini-Split Heat Pumps and AC

Mysa працює з міні-спліт-системами, віконними та портативними
кондиціонерами.
Інтелектуальні інтеграції - Mysa працює з Alexa, Google Assistant та Apple
HomeKit.
Проста установка за 15 хвилин Mysa запам'ятовує коди вашого пульта
дистанційного керування і підключається до настінної розетки з можливістю
кріплення на стіну або на стіл.
е. Atomi Smart AC Controller

60

Рис. 2.11 - Atomi Smart AC Controller

Зручне контролювання з смартфону, можна задати графік застосування
приладу автоматично. Безперервне оновлення системи і показників real-time.
Смарт-AC-контроллер має можливість керувати вашим кондиціонером,
використовуючи Wi-Fi і infrared signals. Можливість керувати за допомогою
вашого Alexa приладу або Google Assistant за допомогою простими голосовими
командами.
Для контролю за вентиляцєю та кондиціонуванням було обрано контроллер
Atomi Smart AC Controller

61

РОЗДІЛ 3
СИСТЕМА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ

«Розумний будинок» може бути належним чином захищений лише за умови
функціонування системи управління. Зрештою, він так само вразливий до злому чи
зараження вірусами, як і будь-яка інша комп’ютерна програма. Особливо підходить
для дистанційного керування системою.
З точки зору хакера, система управління розумним будинком – це лише певна
комп’ютерна програма, яку також можна зламати.
Кільість автоматизованих будинків зростає. Тому очікується, що кількість
їхніх посягань на них зросте. У міру розвитку систем захисту вдосконалювалися
засоби злому та проникнення. Припустимо, хакер отримує доступ до
автоматизованої системи управління будинком. Після завершення він має кілька
варіантів залежно від мети зараження.
Він може зламувати системи контролю доступу, відключати селективні
пристрої або датчики, відкривати електронні замки, відключати камери, розбивати
вікна і проникати в будинки. Крім того, хакери можуть виводити з ладу різні
системи - наприклад, системи пожежної сигналізації та гасіння, виводити з ладу
системи опалення тощо. Зрештою хакери можуть просто видалити керуючу
програму, після чого будинок виходить з ладу. Зловмисник може навіть підробити
або вимкнути повідомлення про події в розумній будівлі за бажанням, якщо
система пропонує віддалений моніторинг.
Для того, щоб зламати систему управління розумним будинком, вам потрібно
точно знати: тип пристрою, величезну різноманітність доступних сьогодні
пристроїв, спосіб управління та моніторингу стану системи, програмне
забезпечення, встановлене в будинку.
Декілька факторів можуть послабити або посилити захист системи
керування. Наприклад, популярність обладнання. Найбільш уразливими є системи,

62

де контролером виступає звичайний комп'ютер. Сучасні диспетчери
використовують для управління будівлями звичайні ПК. Все це ускладнює
завдання зловмисника.
Не забувайте про вразливості програмного забезпечення. Найбільш
уразливими до злому є програми в середовищі Windows. Операційні системи та
утиліти, які використовуються в системах «розумного будинку», часто
вузькоспеціалізовані і менш вразливі для злому. На відміну від систем, де ця
функція тимчасово/вимкнена, системи з постійною можливістю дистанційного
керування через Інтернет також більш уразливі.
Інформаційні порушення можуть призвести до більш серйозних наслідків,
ніж відсутність захисту. Ця проблема виникає, якщо в будинок має доступ багато
людей. Цю проблему можна успішно вирішити, надавши кожному користувачеві
власний рівень доступу. Бажано одна людина, яка може керувати системою
безпеки, одинРешта користувачів обмежені простими функціями розумного
будинку.
Коли хакер проникає в систему, яка не підготовлена до вірусної атаки, він
може стерти всю програму керування, і всі системи розумного дому перестануть
працювати.
Інформаційні порушення можуть призвести до більш серйозних наслідків,
ніж відсутність захисту. Ця проблема виникає, якщо в будинок має доступ багато
людей. Цю проблему можна успішно вирішити, надавши кожному користувачеві
власний рівень доступу. Найкраще, якщо системою безпеки може керувати лише
одна людина, а іншим користувачам доступні лише прості функції розумного дому.
Коли хакер зламає систему, яка не підготовлена до вірусної атаки, він може
стерти всю програму керування, і всі системи розумного будинку перестануть
працювати.
Системи з унікальним апаратним і програмним забезпеченням можуть бути
атаковані, отримавши інформацію про систему, що зламалася. Звідси можна

63

зробити невтішний висновок, що основною загрозою вторгнення є отримання
інформації про встановлення та дизайн системи.
Використання звичайних операційних систем і звичайних комп’ютерів у
системах керування будівлями створює ризик зараження комп’ютерів. Але чим
конкретніше апаратне та програмне забезпечення використовується, тим важче це
зробити, особливо тому, що багато сучасних контролерів управління будівлями є
дуже спеціалізованими пристроями з власними операційними системами та
унікальним програмним забезпеченням. Імовірність того, що вони вироблять вірус,
невелика.
Причиною відсутності вірусів в системах «розумного будинку» є їх низька
поширеність, закритість протоколів і невелика кількість фахівців з обладнання цих
систем.
Найбільшою небезпекою злому системи залишається людський фактор.
Тобто загальна недбалість мешканців чи недобросовісність проектантів. Системи
на базі Windows є технічно найбільш уразливими, але, як уже згадувалося,
більшість сучасних систем автоматизації будівель використовують спеціальне
програмне та апаратне забезпечення. Є можливість створити систему з хорошими
параметрами захисту. Все це буде визначатися виключно потребами конкретного
проекту.

3.1. Вразливості системи безпеки

Вся система розумного будинку складається з багатьох компонентів, деякі з
яких потребують найбільшого захисту. Одним із вразливих факторів є обмін
інформацією між комп’ютером (сервером) і контролером. Щоб інформація не
потрапила в чужі руки, інформація передається через Інтернет-канали в
зашифрованому вигляді. Теоретично цього має бути достатньо, щоб усунути

64

можливість витоку інформації, але більшість виробників обладнання для
розподілених систем автоматизації не вжили заходів для запобігання
скомпрометованим мережевим ефектам. Ставка робиться на «закритість»
протоколу обміну, тобто лише невелика група експертів знає мову протоколу
обміну. Слід зазначити, що питання необхідності контролю цілісності ланцюжків
вимірювання та виконання є актуальним і для децентралізованих систем. Але
небезпека надсилання неправдивої інформації через мережі передачі даних
децентралізованих систем набагато небезпечніша. Ця загроза відома як
«кібершкідливий вплив». Єдиний спосіб протистояти скомпрометованому доступу
до мережі – це автентифікація відправника повідомлення. Підтримка
автентифікації може бути реалізована на рівні сеансу або прикладного рівня моделі
OSI/ISO. Наприклад, коли один контролер мережі автоматизації посилає іншому
пакет інформації, суть якого повинна привести до якоїсь критичної дії, інший
контролер «хоче» перевірити «особистість» відправника. Як доказ повноважень
(автентичності) відправника використовується цифровий підпис або механізм
запит-відповідь, де в запиті надсилається випадкове число (фраза), а також число
(фраза), зашифроване ключем, відомим лише цим двом контролерам.
використовується як відповідь.

3.2. Аналіз загроз

Загроза - це потенційно можлива подія, дія (вплив), процес або явище, які
можуть призвести до порушення чиїхось інтересів. Властивість вразливості — це
список уразливостей, з яких уразливість може бути реалізована. Під загрозою для
автоматизованої системи розуміється можливість нав’язування інформації, що
обробляється в автоматизованій системі, що призводить до порушення
конфіденційності, цілісності або доступності цієї інформації.

65

Під конфіденційністю інформації розуміється неможливість витоку
конфіденційної інформації організацій (осіб), що експлуатують «Розумний
будинок», через його підсистеми.
Під доступністю інформації розуміється такий стан системи, при якому
легальні користувачі (і сама система), використовуючи елементи «Розумного
дому», можуть реалізовувати дозволені в системі дії (включати кондиціювання або
систему пожежогасіння, відчиняти двері, моніторити ситуацію тощо). Порушення
доступності інформації може призвести до неможливості системи реагувати на
різні ситуації, у тому числі аварійні.
Інформаційна цілісність означає стан системи, при якому законні користувачі
(і сама система) отримують достовірну інформацію про стан підсистем Розумного
дому. Система отримує недостовірну інформацію про температуру в приміщенні,
наявність пожежі, витік газу, води тощо призведе до його неналежних дій
(наприклад, увімкнення системи пожежогасіння, перекриття води тощо).
Аналіз загроз, представлений у таблиці 3.1, допоможе вам визначити, які
загрози для вашої системи є найнебезпечнішими.

Таблиця 3.1 – Аналіз загроз

№ Загроза Вразливість Можливі наслідки
1 Хакерські атаки Підключення мережі Порушення
«Розумного дому» до конфіденційності,
Інтернету. Відсутність цілісності та
(неефективність) механізмів доступності інформації
захисту (КЦД)
периметр мережі.
Порушення роботи, або
вихід із ладу центрального
сервера

66

2 Вірусні ітроянські Підключення мережі Збої в ПЗ системи, а отже
програми «Розумного дому» до порушення роботи
Інтернету. або виведення з ладу
апаратури системи.
Порушення КЦД
інформації, що знаходиться
всередині мережі
3 Перехват Можливість доступу Порушення
інформації по зловмисника до дротових конфіденційності
каналах зв'язку мереж. Відсутність інформації, що передається
(неефективність) механізмів за
захисту трафіку каналу. Можливе
захоплення керування
системою
4 Помилки Відсутність Порушення КЦД
користувачів (неефективність) механізмів інформації. Можливі збої в
захисту системи системі через неправильне
від неправильних дій використання обладнання
користувачів
5 Виведення з строю Відсутність Порушення КЦД
системи РД (неефективність) фізичної інформації
охорони об'єкта
6 Витік інформації Наявність ПЕВТН Порушення КЦД
через побічні комп'ютерної техніки. Вихід інформації
електромагнітні провідників,
випромінювання та яких можуть бути наведення
наведення (ПЕВТН) випромінювань, за межі
контрольованої зони

67

7 Витік інформації по Наявність Порушення цілісності та
акустоелектричному акустоелектричних конфіденційності
каналу перетворювачів (датчики інформації
охоронної, пожежної
сигналізації тощо),
підключених до провідних
ліній
8 Мережевий Недостатній захист Порушення цілісності та
компрометуючий протоколів, а також слабкий конфіденційності
вплив процедура авторизації та інформації
ідентифікації користувачів
9 Перебої в мережі Відсутність системи Дезорганізація роботи
електроживлення автономного системи
електроживлення
10 Помилки Використання Порушення цілісності та
програмного неліцензійного ПЗ, низька конфіденційності
забезпечення кваліфікація персоналу, інформації
відсутність (неефективність)
тестування ПЗ

3.3. Модель порушника

Спосіб роботи зловмисників принципово залежить від типу автоматизованої
системи. Системи автоматизації поділяються на централізовані та
децентралізовані.
Централізований підхід до впровадження технології розумного будинку по
суті об’єднує різні датчики та контролери в складну телекомунікаційну мережу з

68

центральним контролером. У ролі центрального контролера може бути
використаний сервер з будь-яким сучасним комп'ютером і програмним
забезпеченням, що підтримує необхідне програмне забезпечення і протоколи.
Назва відображає основну суть підходу - всі основні і допоміжні блоки підключені
до центрального контролера системи, а всі компоненти оснащені власними
мікроконтролерами, але взаємодіють вони тільки за допомогою центрального
контролера.
У цьому випадку зловмисник повинен або проникнути у внутрішню схему
вузла процесора, або підключитися до схеми вимірювання або виконання. Варто
зазначити, що багато протоколів, які використовуються для керування об’єктами,
за своєю суттю вразливі, тоді як багато інших, які зазвичай використовуються для
побудови підсистем, часто призводять до вразливості, якщо їх не інтегрувати
належним чином. Якщо говорити про першу категорію програмного забезпечення,
програмне забезпечення, яке відповідає за працездатність самої мережі розумного
будинку, то це програмне забезпечення, яке працює на низькому рівні і відповідає
за передачу керуючих дейтаграм безпосередньо по лініях електропередачі. від
пристрою до пристрою або від сервера до пристрою і назад. У другому випадку
зловмисникам можна протистояти, контролюючи цілісність ланцюга вимірювання
та виконання.
Децентралізований підхід передбачає розгортання систем з розподіленою
логікою. На відміну від централізованих методів, децентралізовані методи не
мають центрального контролера. У цьому випадку система складається з датчиків,
датчиків і активаторів. Датчики виявляють зміну будь-якої функції в приміщенні,
рух або зміну параметрів, зазначених у програмі, і реагують на ці зміни командами
виконавчих механізмів, які вмикаються активаторами. При децентралізованому
підході, якщо один із компонентів виходить з ладу, переривається лише
функціональна частина цього компонента.
Модель (образ) порушника є його комплексну характеристику, що відбиває
його можливий психологічний стан, рівень фізичної та технічної підготовленості,

69

обізнаності, яка дозволяє оцінити ступінь його здатності практичної реалізації
проникнення.
Основне завдання порушника безпеки системи «Розумний дім» полягає, як
правило, у реалізації НСД до інформаційних чи апаратних ресурсів, системи та
«обходу» засобів захисту. Модель загроз є перелік можливих способів досягнення
мети порушника, сценаріїв найбільш ймовірних його дій при несанкціонованому
проникненні.
Розглянемо, хто може бути порушником безпеки системи «розумний дім».
Внутрішні зловмисники (атаки в межах контрольованої території) можуть
бути:
а) Легальні користувачі «Розумного дому», які не мають повноважень
адміністративного управління;
б) Легальні користувачі «Розумного дому» з правами адміністратора
(розробники (підтримувачі), власники «Румного дому»).
в) Зовнішніми порушниками (атаками з-за меж зони контролю) можуть
бути:
г) співробітники компаній - постачальників рішень «розумний дім»;
д) сторонні спроби довільного доступу до системи (наприклад, конфлікти
з налаштуваннями обмежень сусідів і втручання в канали передачі законними
користувачами сусідніх пристроїв);
е) Представники злочинних організацій.
Аналіз загроз, визначених у таблиці 3.1, показує, що зловмисник може мати
різні цілі, і, отже, модель його поведінки буде різною в кожному випадку.
мотивація:
а) егоїстичні інтереси;
б) ідеологічні міркування;
в) самоствердження;
г) відплата;
д) вандалізм;

70

е) Примус.
Основні напрямки реалізації загроз:
а) прямий доступ до системи через Інтернет;
б) впровадження проводових і бездротових ліній з метою перехоплення
інформація;
c) модифікація засобів захисту для забезпечення реалізації загроз ІБ;
г) Реалізація програмного забезпечення або технічних механізмів технічними
засобами.
Для отримання доступу до ресурсів системи «розумний дім» зловмисник
може використовувати такі вектори атак:
а) Фізичний доступ до програмного та апаратного забезпечення системи,
викрадення пристрою;
б) Хакери атакують сервер через Інтернет;
в) негерметичні канали за рахунок PEMIN;
г) Отримати доступ до системної мережі за допомогою уразливості в
протоколах мережевої взаємодії;
д) Несанкціоноване закриття захисного пристрою.
Побудована модель поведінки зловмисника показує, що в системі існує
безліч уразливостей, через які можна реалізувати вищезазначені загрози.
Найбільш уразливим місцем у системі розумного дому, яким зловмисники
обов’язково скористаються, є його підключення до Інтернету. Більшість із цих
систем постійно підключені до Інтернету, щоб мати можливість віддалено
контролювати стан будинку. Досвідчені хакери зможуть отримати доступ до
серверів розумного дому в обхід брандмауерів.
Слабкі місця можна знайти навіть у найбезпечніших системах.
«Розумний дім» складається з сервера і безлічі датчиків. Часто ці датчики
підключаються до сервера за допомогою мережі Wi-Fi або Bluetooth, що набагато
зручніше, оскільки в цьому випадку не потрібно прокладати дроти. Це головна
слабкість, оскільки з’єднання Wi-Fi є вразливими, а їхні протоколи шифрування

71

можна зламати без використання спеціального обладнання. Слід також зазначити,
що підключення через бездротові канали доступне не тільки для датчиків, а й для
автоматизованого освітлення, термостатів, кондиціонерів і навіть дверних замків,
керованих через Bluetooth.

3.5. Модель вразливостей

На основі можливих загроз побудуємо дводольний граф уразливостей і
засобів і механізмів захисту.

Рис. 3.1 - Дводольний граф уразливостей та засобів та механізмів захисту

Множина вразливостей R:
− P1 – Відсутність (неефективних) механізмів захисту мережі периметра;
− P2 - підключити систему до мережі Інтернет;
− P3 – відсутність (неефективних) механізмів захисту руху;
− P4 — Відсутність (неефективних) механізмів захисту системи від
помилкових дій користувача;
− Р5 – відсутність (неефективність) фізичного захисту об’єктів;

72

− P6 - вихід провідника, можливо випромінюваного, за межі контрольованої
зони;
− P7 – наявність акустичних та електричних датчиків (охоронних, пожежної
сигналізації тощо), підключених до лінії електропередачі;
− P8 – Недостатній захист транспортних протоколів, слабкі процедури
авторизації та ідентифікації користувачів;
− P9 – відсутня система автономного електропостачання;
− P10—Використання неліцензійного програмного забезпечення, низька
якість персоналу, відсутність тестування закупленого програмного забезпечення.
Множина методів та механізмів захисту Z:
− Z1 – покращений захист мережі (інтернет-екрани, брандмауери,
антивірусне програмне забезпечення), що ускладнює процедури аутентифікації
користувачів у разі віддаленого доступу, зберігається в апаратних модулях безпеки;
− Z2 – захист каналів передачі інформації та протоколів шляхом ускладнення
протоколу (запит/відповідь);
− Z3 - експерт з правильного монтажу системи в контрольованій зоні;
− Z4—захист ЛЕП;
− Z5 - сигналізація, камери, імітація присутності;
− Z6 – наявність автономного живлення;
− Z7 – Використовувати ліцензійне програмне забезпечення, кваліфікованих
спеціалістів.
Отримана модель уразливості показує, що система не ідеальна, і загрози, які
впливають на неї, можуть завдати шкоди системі та користувачам.

3.6. Оцінка ризику виділених загроз та вразливостей «Розумного дому»

73

Після визначення загроз і вразливостей необхідно оцінити їх поєднання та
ймовірність виникнення ризику.
Оцінка ймовірності загрози повинна враховувати природу загрози та
притаманні характеристики різних груп загроз.
1. Навмисна небезпека. ймовірність навмисної загрози. Залежить від
мотивації, знань, можливостей і ресурсів, які є у потенційного зловмисника, і
привабливості активів для здійснення атаки.
2. Випадкова небезпека. Імовірність випадкової загрози можна оцінити за
допомогою статистики та досвіду. Імовірність такої загрози може залежати від
близькості організації до джерел небезпеки, таких як шосе та залізниці, а також
заводів, що працюють з небезпечними матеріалами, хімікатами чи бензином. Крім
того, географічне розташування організації може впливати на ймовірність
екстремальних погодних умов. Необхідно також оцінити потенціал людської
помилки (одна з найпоширеніших випадкових загроз) і поломку обладнання.
Розглянемо ризики інформаційної безпеки систем, побудованих за
технологією «розумний дім». Основними класичними загрозами інформаційній
безпеці, на наш погляд, є порушення конфіденційності, цілісності та доступності
інформації.
Під конфіденційністю інформації ми розуміємо неможливість розголошення
конфіденційної інформації організації (особи), яка керує «розумним будинком»,
через її підсистеми (наприклад, через телекомунікаційну мережу).
Під доступністю інформації ми розуміємо такий стан системи, коли легітимні
користувачі (і сама система), використовуючи елементи «розумного будинку»,
можуть здійснювати дозволені системою дії (відкривати двері, вмикати
кондиціонер або ставити). гасити пожежі, стежити за ситуацією тощо). Порушення
інформаційної доступності може призвести до того, що система не зможе реагувати
на різні ситуації, в тому числі надзвичайні.
Під цілісністю інформації ми маємо на увазі стан системи, при якому законні
користувачі (і сама система) отримують достовірну інформацію про стан підсистем

74

розумного дому. Система отримувала недостовірну інформацію про температуру в
будинку, пожежі, витоки газу та води тощо. Це призведе до неналежних дій (таких
як увімкнення системи пожежогасіння, відключення джерела води тощо).
З наведених прикладів видно, що порушення конфіденційності, цілісності та
доступності інформації в системі, побудованій на основі технології «розумний
дім», може призвести до плутанини в роботі організації (персоналу), що обслуговує
систему, з катастрофічними наслідки.
Ми обчислимо значення ризику інформаційної безпеки на основі ймовірності
(частоти) загрози для вразливого елемента системи, ефективності, коли загроза
реалізована, і можливої шкоди системним активам. Для визначення величини
ризику скористаємося якісною шкалою оцінки, яка дає змогу зрозуміти ступінь
уразливості системи, побудованої за аналізованою методикою.
Через класи активів ми розуміємо роль тієї чи іншої підсистеми (елементів
підсистеми) «розумного будинку» в забезпеченні якості функціональності системи
(підриву функціональності всієї системи). Так, наприклад, неправильне
спрацьовування датчика витоку води і датчика пожежної сигналізації може
призвести до різних наслідків.
Якісна шкала для оцінки рівнів класу активів така:
а) Значний вплив (ЗВ) на систему. Вплив на конфіденційність, цілісність
і доступність елементів системи може призвести до значних або катастрофічних
збитків для організації (власника).
б) Помірний вплив (ПВ) на систему – вплив на конфіденційність,
цілісність і доступність елементів системи завдасть помірної шкоди організації
(власнику). Середнє пошкодження не викликає серйозних чи катастрофічних змін,
але порушує нормальне функціонування тканин (нормальну життєдіяльність).
в) Низький вплив (НВ) на систему - Вплив на конфіденційність, цілісність
і доступність елементів системи не завдасть серйозної шкоди організації
(власнику).
Оцінка ймовірності реалізації загрози для вразливих елементів

75

Ми оцінимо ймовірність того, що загроза буде реалізована на вразливому
елементі системи, побудованої за технологіями «розумного будинку», виходячи з
того, як часто загроза реалізується протягом певного періоду часу:
а) Високий. Одна чи кілька загроз можуть бути реалізовані протягом
року.
б) Середній. Загрози можуть проявлятися не більше двох-трьох років.
в) Низький. Загрози не старші трьох років малоймовірні.
Вразливості та загрози можна оцінити за якісною трирівневою шкалою.
Значення рівня вразливості показує, наскільки ймовірно, що загроза, яка
використовує цю вразливість, буде успішно виконана, якщо вона реалізована.
Відповідні якісні рівні вразливості можна визначити, наприклад, таким
чином:
а) В – ймовірно. Вразливість легко використовувати і існує слабкий
захист або захист взагалі відсутній.
б) С – можливо. Вразливість може бути використана, але існує певний
захист.
в) Н – малоймовірно. Вразливість складно використовувати, і є хороший
захист.

Таблиця 3.2 – Оцінки рівнів ризику

№ Загроза Вразливість Ймовірн Рівень Кла Рівень
ість погро с ризику
зи акт
иву
1 Хакерські атаки Слабкі паролі, Висока С ЗВ Високий
на сервер відсутність парольної
політики, відсутність

76

системи виявлення
вторгнень
2 Вірусні Відсутність Висока С ЗВ Високий
ітроянські механізмів захисту
програми системи від
неправильних дій
користувача
3 Перехват Можливість доступу Висока С ЗВ Високий
інформації по зловмисника до
каналах зв'язку дротових каналів
мережі. Відсутність
механізмів захисту
трафіку
4 Помилки Неефективність Висока В НВ Середній
користувачів механізмів захисту
системи від
неправильних дій
користувачів
5 Виведення з Неефективність Середня Н ПВ Середній
строю системи фізичної охорони НВ
РД об'єкта
6 Витік Наявність ПЕВТН Середня С ПВ Середній
інформації комп'ютерної
через побічні техніки. Вихід
електромагнітні провідників,
випромінюванн яких можуть бути
я та наведення наведення
(ПЕВТН) випромінювань, за

77

межі контрольованої
зони
7 Витік Наявність Середня С ПВ Середній
інформації по акустоелектричних
акустоелектрич перетворювачів
ному каналу (датчики охоронної,
пожежної
сигналізації тощо),
підключених до
провідних ліній
8 Мережевий Недостатній захист Середня С ПВ Середній
компрометуючи протоколів, слабка
й вплив процедура
авторизації та
ідентифікації
9 Перебої в Відсутність системи Низька Н ВВ Середній
мережі автономного (якщо є В Високий
електроживленн електроживлення автоном
я не
джерело
електро
живленн
я)
Висока
(якщо
автоном
ного
електро

78

живленн
я немає)
10 Помилки Використання Середня С ВВ Високий
програмного неліцензійного ПЗ, Висока
забезпечення низька кваліфікація
персоналу

За результатами оцінки рівня ризику відібраних загроз і вразливостей
найбільш небезпечними є ті, за яких зловмисник може отримати контроль над
усією системою розумного будинку.
Ці загрози:
а) Хакери атакують центральний сервер.
б) Вплив вірусів і троянських програм на роботу системи.
в) Помилки програмного забезпечення.
г) Перехоплення інформації, що передається по проводових і
бездротових каналах зв'язку.
Реалізація цих загроз може призвести до катастрофічних подій вплив на всю
систему.

3.7. Поради щодо забезпечення безпеки

Після аналізу можливих загроз і вразливостей системи «розумний дім» і
оцінки рівня ризику вибраних загроз і вразливостей було зроблено висновок, що
впровадження цих загроз може мати серйозні наслідки для всієї системи.
Для захисту «розумного будинку» від несанкціонованого доступу
запропонована остання розробка групи каліфорнійських дослідників – спеціальний
пристрій під назвою CUJO.

79

CUJO — це невеликий пристрій, який підключається до домашньої мережі
Wi-Fi і контролює мережу на предмет будь-якої підозрілої активності. Компактний
винахід використовує алгоритми машинного навчання, які можуть відрізнити
системну активність «розумних» пристроїв від можливих загроз. CUJO сповіщає
користувачів про несанкціонований доступ через програми для пристроїв Android
та iOS. Пристрій також відображає поточний стан з’єднання, надсилає сповіщення
та дозволяє віддалено контролювати з’єднання.
У цьому винаході використовується багаторівневий підхід безпеки. CUJO
поєднує в собі брандмауери (інтернет-екрани), антивірусне програмне
забезпечення та фільтри. Його основна відмінність від традиційних програмних
рішень полягає в тому, що вхідний трафік аналізується до того, як він досягне
комп'ютера, тобто до того, як він зможе завдати шкоди.
Пристрій має два роз'єми Ethernet - вхід і вихід. Вхідні пакети аналізуються
не лише за допомогою перевірки на наявність відомого шкідливого програмного
забезпечення, але й за допомогою унікальної технології, яка аналізує поведінкові
дані в хмарі CUJO. Безсумнівно, частина даних буде передана в хмару через
зашифровані канали, але ми не можемо від цього позбутися. Після всіх цих
операцій пакет увійшов у вихідний роз'єм. Ви можете підключити маршрутизатор
до вихідного роз’єму Ethernet і поширювати вже чисту інформацію на всі
підключені пристрої.

80

РОЗДІЛ 4
СИСТЕМА ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ

Розумний дім — це інтелектуальна інтелектуальна система управління, яка
об’єднує всі пристрої, важливі для різних цілей, у сферах безпеки,
життєзабезпечення, розваг і зв’язку в одну колекцію. Кожна система розумного
будинку складається з безлічі датчиків і виконавчих механізмів, які приймають
інформаційні сигнали.
Однією з головних переваг розумних будівель є комфорт, який вони
забезпечують людям. Управління архітектурним освітленням та передовими
інформаційними структурами. Система клімат-контролю може відтворювати
умови різних кліматичних зон в різних приміщеннях.
Електропостачання розумного будинку здійснюється відповідно до правил
техніки безпеки. Будівля розташована за 1,2 км від трансформаторної підстанції
(ТП) напругою 1 кВ. Відстань між ТП та енергосистемою становить 12 кілометрів.
Таким чином, система «Розумний дім» включає такі об’єкти автоматизації: -
управління освітленням;
а) управління електроприводами;
б) клімат-контроль;
в) управління системами вентиляції;
г) управління системою: - система відеоспостереження;
д) протипожежний захист;
е) система контролю доступу;
ж) контроль навантаження та аварійності;
з) контроль інженерного обладнання через сенсорний екран;
и) сервер управління.
Методи управління та класифікація споживачів електроенергії за
надійністю електропостачання.

81

Грунт біля будинку чорнозем з температурою +15 °С. Каркас будівлі
складається з блоків довжиною 3 м кожен.
Розміри будинку: 12 х 10 х 3 м.
Перелік пристроїв розумного будинку наведено в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 – Перелік обладнання сайту «Розумний дім».

Найменування Потужність електроприймача, кВт
Електрична плита 9,6
Принтер 1,2
Кондиціонер 6,1
Розеточна мережа 2,8
Освітлення 4,5
Компресор 1,4
Електрообігрівач 2,7
ВСЬОГО 28,3

Передачу і розподіл електроенергії в розумному будинку відтворюють
електричні мережі. Схема електропостачання повинна відтворювати надійність
електропостачання і бути готовою до експлуатації. Схема електропостачання
повинна забезпечувати надійність електропостачання і бути зручною в
експлуатації, а витрати на проводку, витратні матеріали і втрати електроенергії
повинні бути мінімальними. Розводка електроенергії здійснюється шляхом
проводки.

4.1. Розрахунок електричних навантажень

82

Електричні навантаження визначають вибір всіх елементів системи
електропостачання, за номінальними даними призведуть до завищення потужності
мережі та трансформатора. Важливим фактом при проектуванні та експлуатації
електричних мереж є правильне визначення силових навантажень.
Щоб визначити електричні навантаження, необхідно знати:
а) найменування та кількість електроприймачів у групі n, од.;
б) встановлена потужність одного електроприймача та сумарна
потужність по групі Рном, ΣРном, кВт;
в) показник міцності складу m;
г) коефіцієнт використання Ki;
д) Коефіцієнт потужності сос, tg;
е) середнє навантаження для найбільш навантаженої зміни: активна Rcm,
кВт; реактивний Qсм, кВАр;
ж) ефективна кількість електроприймачів No, шт;
з) максимальний коефіцієнт Kmax;
и) Максимальне навантаження: Ефективна Rmax, кВт; Реактивна Qmax,
кВА; Повна, кВ·A;
к) Максимальний струм Imax, А.
Загальна кількість одиниць і загальна встановлена потужність, коефіцієнт
використання і коефіцієнт потужності в групі прийому електроенергії

Найменування групи N, шт ΣРном, кВт Кi cos y tg y
Побутові електроприймачі 8 28,3 0,12 0,4 0,14

Середня активна та реактивна потужності найбільш напруженої зміни

��см = Кі ∗ ∑ Рном, (4.1)
Qcm = Pcm tg, (4.2)

83

Групування - Приймачі побутової техніки:
Рsm = 0,12 28,3 = 3,39 кіловат
Qсм = 3,39 0,14 = 0,47 кВАР
Індекс складу потужності:

m=Pноммакс/Pномін (4.3)
де Pномmax – потужність найбільшого електроприймача в групі, кВт;
Rноммін - потужність найменшого електроприймача в групі, кВт.

Група 1 - Металообробні верстати:
m=8,4/1,2=7
Кількість ефективних приймачів на групу:

Nе = Nе * n, (4.4)
де n* – відносна ефективна кількість електроприймачів.

Вибираємо найбільший електроприймач у групі за номінальною потужністю
та найбільший енергоприймач потужністю не менше половини максимальної
потужності n1, шт, ΣРnom1, кВт.
Група - металообробні верстати:
n = 8 шт.
Відносне значення:
n*=n,
Р * = ΣРном,
Група - побутові електроприймачі:
n*=8
р * = 28,3
Група - побутові електроприймачі:
Nе * = 0,41

84

Знаходимо ефективне число електриприймачів для:
Група - побутові електроприймачі:
Не = 0,41 · 8 = 3,28 ≈3 шт.
Група - побутові електроприймачі:
Кмакс = 1,71
Максимальна активна, реактивна та повна потужність

Рмакс = Рсм Кмакс, (4.5)
Qмакс=Qсмпрі n≥10, (4.6)
Qмакс=1,1·Qсмпри n≤10, (4.7)
Sмакс=√Рмакс2+Qмакс2, (4.8)

Група - побутові електроприймачі:
Рмакс = 3,39 · 1,71 = 5,79 кВт
Qмакс = 1,1 · 0,47 = 0,51 кВАр
Sмакс=√5,792+0,512=5,81кВ·А
Значення максимального струму

Iмакс=Sмакс/√3·Uном (4.9)

де Uном – номінальна напруга мережі 220 В.

Група - побутові електроприймачі:
Iмакс=5,81/√3·0,22=15,28 А

4.2 Розрахунок навантажень освітлення

85

У розумному будинку, який проектується, використовується загальна
система освітлення з рівномірно розташованими лампами. Відповідно до
характеристик розумного будинку визначаємо мінімальний норматив освітленості
Emin = 300 лк на робочій поверхні.
Світлотехнічний розрахунок освітлювального навантаження.
Висота підвісу світильника:

hn=H-(hр+hс), (4.10)
де hр-висота над рівнем підлоги; hр = 0,3 м;

hс = (0,2 ... 2,5);
Н – висота будинку; Н = 3 м.
hn = 3-(0,3 +1,2) = 1,5 м.
Індекс приміщення:
i=(А·В)/hn·(А+В), (4.11)
де А – довжина будинку, м;
В – ширина будинку, м;
i=(12·10)/1,5·(12+10)=3,63≈4
Коефіцієнт використання світлового потоку.
h = 0,85
Відстань між рядами світильників:

L=λ·hn (4.11)
де λ=(0,8…1,5)
L = 1 · 1,5 = 1,5 м
Відстань від стіни до першого ряду світильників:
ℓ=(0,25…0,5)·L
ℓ = 0,5 · 1,5 = 0,75 м
Кількість рядів світильників за довжиною будинку:

86

NА=(А-(2·ℓ))/L+1, (4.12)

NА=(12-(2·0,75))/1,5+1=8 шт.
Кількість рядів світильників по ширині будинку:

NВ=(В-(2·ℓ))/L+1, (4.13)

NВ=(10-(2·0,75))/1,5+1=6,66≈7 шт.
Світловий потік одного світильника

Ф=Е·Кз·А·В·Z/NА·NВ·h, (4.14)
де Е – норма мінімальної освітленості 300 лк;
Кз – коефіцієнт запасу; Кз = 1,5;
Z-коефіцієнт мінімальної освітленості; Z = 1,1.

Ф=300·1,5·12·10·1,1/9·7·0,85=23100 лм
Вибираємо лампу ДРЛ номінальною потужністю 140 Вт, що нормується
світловий потік 20000 лм.
Розрахункова норма освітленості

Ер = Фн · Е / Фл, (4.15)
де Фн - нормований світловий потік;
Е - нормована освітленість 150 лк;
Фл - розрахунковий світловий потік.

Ер = 20000 · 150/23100 = 129,87 лм
Електричний розрахунок освітлювального навантаження

87

Для розрахунку освітлювальної мережі необхідно: вибраний перетин
проводу, необхідна напруга на джерела світла, так як тільки в цьому випадку
забезпечується їх ефективна і економічна робота. Механічна міцність обраного
перерізу проводу повинна забезпечувати надійність при монтажі та експлуатації.
Активна потужність освітлювального навантаження:

Росв = Рл · N · Кі · Кпра, (4.16)
де Рл – номінальна потужність однієї лампи; Вт;
N – кількість світильників; шт;
Кі – коефіцієнт використання світлового потоку;
Кпра - коефіцієнт пускорегулюючої апаратури; Кпра = 1,1.
Знаходимо кількість світильників за формулою:
N=NА·NВ , (4.17)
N = 8 · 7 = 56шт
Роcв = 0,2 · 56 · 0,85 · 1,1 = 10,47 кВт
Реактивна потужність освітлювальної установки:

Qосв = Росв · tg, (4.18)
де - tg=0,33 відповідного соs=0,95.

Qосв = 10,47 · 0,33 = 3,45 кВАр
Повна потужність освітлювального навантаження:

Sосв=√Росв2+Qосв2, (4.19)

Sосв=√10,472+3,452=11,02кВ·А
Номінальний струм освітлювального навантаження:

Iосв=Sосв/√3·Uном, (4.20)

88

Iосв=11,02/√3·0,22=1,4 А
Вибір водяного автомата для освітлювальної мережі:
Iтсп = Iном.осв · 1,15
Iтсп = 1,4 · 1,15 = 1,61 А
Вибираємо вступний автомат марки ВА51-25 з номінальним струмом 25 А і
струмом розчіплювача14 А.
Вибір дроту на лінію, що відходить. Вибираємо провід марки ПВ із мідним
житловим перетином 1 мм2 з допустимим струмом 15 А.
Номінальний струм відхідної лінії

Iотд = Iном.осв/N, (4.21)
де - N число ліній, що відходять; N = NВ.
Iотд = 3,59 / 4 = 0,87 А
За умовами допустимого нагріву вибираємо провід марки ПВ із мідними
жилами перерізом 1 мм2 із допустимим струмом 15 А.
Вибір автоматного вимикача на лінію, що відходить

Iтеп.отх = Iотх · 1,15, (4.22)

Iтеп.отх = 0,87 · 1,15 = 1,61 А
Вибираємо автоматичний вимикач ВА51-25 з номінальним струмом 25 А та
струмом розчіплювача2 А. Вибираємо провід марки ПУЕ з мідним житловим
перетином 0,5 мм2 з допустимим струмом 11 А.

4.3. Розрахунок електричних навантажень

89

Розрахунок контуру заземлення полягає у визначенні типу, конструкції,
кількості та місця розташування заземлювального пристрою.
Розрахувати заземлювальний пристрій всередині КТП 160 кВ·А; 10/0,4 кВт.
Сторона 10 кВ має ізольовану нейтраль. 0,4, нейтральна точка міцно заземлена.
Загальна протяжність повітряної кабельної лінії становить 12 кілометрів, кабельної
лінії – 1,2 кілометра.
Однофазний струм короткого замикання на землю на стороні високої
напруги:

Iз=U·(35· ℓк+ ℓв)/350, (4.23)
де U - лінійної напруги мережі; U=10 кВт;
ℓк – довжина кабельної лінії; ℓк=1,2 км;
ℓв – довжина повітряних ліній; ℓв = 12 км.

Iз=10·(35·1,2+12)/350=1,54 А
Опір заземлювального пристрою для мережі 10 кВт при загальному
заземленні:

Rз=Uз/Iз, (4.24)
де Uз - напруга замикання, пристрій, що заземлює, одночасно
використовується і для установок напруги до 1000 ВUз=125 В.

Rз=125/1,54=81,2 Ом
За ПУЕ захисне заземлення має значення опору 0,4 кВ. Нейтраль має сліпе
заземлення і має бути 4 Ом. Тому захисне заземлення виконується одночасно, а
загальний опір не перевищує 4 Ом. Беремо Rз = 4 Ом.
Розрахунковий питомий опір ґрунту:

Руд.ср=ргр·ᴪ, (4.25)

90

де ргр - опір грунту чорнозем; ргр = 20 Ом / м;
ᴪ - розрахунковий коефіцієнт; ᴪ=1,56.
Руд.ср=20·1,56=31,2 Ом
Як заземлювачі вибираємо пруткові електроди діаметром 12 мм.
Опір одиночного пруткового заземлення:
Rо.пр=0,00227·руд.ср·102
Rо.пр=0,00227·31,2·102=7,1 Ом
Приймаємо розміщення заземлювачів за контуром.
Число заземлювачів:

N=Rо.пр/η·R3, (4.26)

де η - коеффіцієнт экранирования; η=0,67.
N=7,1/0,67·4=2,68≈3 шт.
Приймаємо до розміщення 3 пруткових заземлювачів, розміщених за
контуром.

4.4. Вибір апаратів захисту електричного кола

Пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП) – платформа (С) з
змінним модулем (В), всередині яконо знаходяться варистори. У разі виникнення
несправності колір світлового індикатора (A) зміниться на червоний. Пристрій
ПЗІП показано на рис. 4.1.
Обмежувачі перенапруг забезпечують належний захист від ударів блискавки
в мережу та електричне обладнання, а також від дистанційного короткого
замикання. ПЗІП мають різні назви: мережевий обмежувач перенапруги - МОП,

91

імпульсний обмежувач напруги - ІОН, але кожен з них має однакові функції та
принцип роботи.
У природному режимі роботи ланцюга з напругою 220 вольт, при цьому
значенні ІОН має високий показник опору в кілька МегаОм, було виміряно, що
такий високий опір варистора запобігає протіканню струму через ІОН.

Рисунок 4.1 - Пристрої захисту від імпульсних перенапруг.

Особливістю ПЗІП є те, що при виході з ладу варистора модуль потрібно
замінити (це просто). Конструкція модулів не дозволяє встановлювати їх на
платформи різного номіналу. Єдиний серйозний недолік пов'язаний з
характеристиками реостата. Їм потрібен час, щоб охолонути, і багаторазове
попадання грозового розряду може ускладнити процес.
Захисні пристрої повинні бути організовані таким чином, щоб їх можна було
швидко відновити в робочому стані після відключення. Цій вимозі найкраще

92

відповідає УЗІП. На цій основі організовується багаторівнева система захисту
внутрішніх ліній будинку.
Розрахунок та вибір автоматичного вимикача
Умови вибору автоматичного вимикача:
По напрузі установки: Uн.авт≥Uн.уст;
За родом струму та його значенням: Iн.авт≥Ін.уст;
За комутаційною здатністю: Іср.авт≥k'·Iпік,
де Uн.авті Uн.уст - номінальна напруга автоматичного вимикача та
установки, В;
Iн.авті Iн.уст-номінальний струм автоматичного вимикача та установки, А;
Iср.авт- струм спрацьовування автоматичного вимикача, А;
k' - поправочний коефіцієнт, k'=1,4 (при Iпік<100 А) і k'=1,25 (при Iпік>100
А);
Iпік - піковий струм установки, А.
Вибір автоматичного вимикача:
1. Визначити номінальні струми установки:

Iн=1000·Рн/1,73·Uн, (4.27)
де Рн – потужність розумного будинку, кВт; Рн1 = 1 кВт;
Uн - напруга живлення, В; Uн1 = 220;
Iн1=1000·1/1,73·220=2,62 А
2. Визначити номінальні струм установки:

Iн.уст=Iн.дв1, (4.28)

Iн.уст=2,62=2,62 А
3. Визначити піковий струм лінії:

Iпик=Iн.уст-Iн.б·(1-kп), (4.29)

93

де Iн.б – номінальний струм найбільшої установки. Приймаємо рівним за
Iн.б = 0,5А;
kп - кратність пускового струму найбільшої установки. kп = 0,8 А
Iпик=2,62-0,5·(1-0,8)=0,42 А
4. Визначити комутаційну здатність автоматичного вимикача:
5.
Iср.авт=k'·Iпик, (4.30)

Iср.авт=1,4·0,42=0,58 А
Виходячи з розрахункової, вибираємо автоматичний вимикач ETI 2143501
напругою на 220 В, номінальним струмом 5 А, струм миттєвого спрацьовування 1
А, ступінь захисту обмежувача IP20, термін служби не менше 10 років.
220 В=220 В
0,42А<5 А
0,58 А<1 А

94

ВИСНОВКИ

В рамках магістерської роботи були закріплені та набуті знання з
загальнопрофесійних та спеціальних дисциплін, розвинені навички самостійної
роботи. Також було зроблено такі висновки:
а) найкращим варіантом для системи отоплення являється термостат
Caleo SM73
б) для контролю за вентиляцєю та кондиціонуванням було обрано
контроллер Atomi Smart AC Controller
в) Для захисту «розумного» будинку від несанкціонованого доступу
запропонована остання розробка групи каліфорнійських дослідників – спеціальний
пристрій під назвою CUJO
г) для захисту електричних пристроїв обраний вступний автомат ETI
2143501 напругою на 220 В, номінальним струмом 5 А, струм миттєвого
спрацьовування 1 А, ступінь захисту обмежувача IP20
д) для освітлення встановлені лампи ДРЛ номінальною потужністю 140
Вт, що нормується світловий потік 20000 лм.;
е) для захисту людини від вражень електричним струмом є
заземлювальний пристрій, що виконаний з вертикальних пруткових електродів
діаметром 12 мм, довжиною 5 м, в кількості 3 шт.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Лобов, В., Єфіменко, Л., Бойко, С., & Городній, О. (2022). МЕТОДИКА
ПРОЄКТУВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТУ В
ПРИМІЩЕННІ. Технічні науки та технології, (1(27), 172–183.
2. Андрєєв H.K Magic House централізований моніторинг та управління
будівлею // Системи безпеки. – 2004. – №4(58). – С. 38-39.
3. Дослідження вразливостей систем Розумного дому/А.В. Старіковський, І.Ю.
Жуков, Д.М. Михайлов та ін // Спецтехніка та зв'язок. - 2012. - Випуск №2. - С. 55-57..
4. Category «Technology» [Electronic resource]/CUJO. The Smart Way До Fight
Home Hacking – Access mode: \www/ URL: https:// www.indiegogo.com/projects/cujo-the-
smart-way-to-fight-home-hacking#/
5. Wang, P.; Yao, C.; Zheng, Z.; Sun, G.; Song, L. Joint Task Assignment,
Transmission, and Computing Resource Allocation in Multilayer Mobile Edge Computing
Systems. IEEE IoT J. 2018, 6, 2872–2884.
6. Галицкий А. В. Защита информации в сети. Анализ технологий и синтез
решений / Галицкий А. В., Рябко С. Д., Шаньгин В. Ф., 2013.
7. Жиленков Н. «Умный дом» — перспективы развития // Современные
технологии автоматизации. – 2009.
8. Лучшие системы «Умный дом» в 2021 году [Електронний ресурс]. – Режим
доступу до ресурсу: https://yanashla.com/luchshie-sistemy-umnyj-dom/#i-3
9. Розумне освітлення [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу:
https://milight.com.ua/ua/umnoe-osveshchenie/
10. Granzer W. P. Security in Building Automation Systems / Wolfgang Praus
Granzer. Munich: Appress, 2018.
11. IoTPrivacyandSecurity Challenges for Smart Home Environments. Базель,
Швейцария, 2016. URL: https://www.mdpi.com/2078- 2489/7/3/44/htm
12. CUJO [Електроний ресурс] – URL: https://www.getcujo.com
13. Bitdefender BOX – IoT Security Solution For All Connected Devices
[Електроний ресурс] – URL: https://www.bitdefender.com/box,

96

14. В. Оліфер. Комп'ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи, 2011
15. Протокол X10 [Электронный ресурс] // IQ home, 2015. – Режим доступу до
ресурсу: http://www.iq-home.ru/tech/x10.html
16. An Overview of Home Automation Systems [Електронний ресурс]. – 2017. –
Режим доступу до ресурсу: https://ieeexplore.ieee.org/document/7791223/.
17. Building Automation System Clawson Michigan Clawson Manor [Електронний
ресурс]. – 2021. – Режим доступу до ресурсу: https://cooljohnson.com/Building-
Automation-Systems-Michigan/Clawson-Michigan/Building-Automation-System-Clawson-
Manor.html.
18. Pajankar A. Raspberry Pi Supercomputing and Scientific Programming / Ashwin
Pajankar. – Munich: Appress, 2017.
19. Протокол X10 [Электронный ресурс] // IQ home, 2015. – Режим доступу до
ресурсу: http://www.iq-home.ru/tech/x10.html
20. Granzer W. P. Security in Building Automation Systems / Wolfgang Praus
Granzer. Munich: Appress, 2018.
21. Розумне освітлення [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу:
https://milight.com.ua/ua/umnoe-osveshchenie/

Репозиторій ЧДТУ