Дослідження IoT-систем для автоматизації розумного будинку

Сулима, Віталій Андрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6435

Title:	Дослідження IoT-систем для автоматизації розумного будинку
Authors:	Зубко, Ігор Анатолійович Сулима, Віталій Андрійович
Issue Date:	Jan-2026
Abstract:	У дослідженні представлено комплексне вирішення актуальної проблеми автоматизації процесів управління та контролю в системах «розумного будинку» шляхом розроблення програмно-апаратного комплексу з використанням сучасних технологій Інтернету речей та хмарних сервісів. Сучасні тенденції розвитку цифрових технологій висувають дедалі складніші вимоги до побудови інтелектуальних систем, що зумовлює необхідність створення нових архітектурних рішень, здатних забезпечити гнучкість, масштабованість та високий рівень безпеки.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6435
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
М_174_2025_Сулима.pdf Restricted Access		1.26 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»

на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ IOT-СИСТЕМ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ
РОЗУМНОГО БУДИНКУ

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу,
групи МАКІТ-2409
спеціальності 174 Автоматизація,
комп’ютерно-інтегровані технології та
робототехніка (освітня програма
«Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані системи та компоненти»)
Віталій СУЛИМА
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)

Керівник Ігор ЗУБКО
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)

Рецензент
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)

Черкаси 2025 року
2
ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ........................................................................ 3
ВСТУП ......................................................................................................................... 4
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ РОЗУМНОГО
БУДИНКУ .................................................................................................................... 8
1.1 Концепція «Розумного будинку» .................................................................... 8
1.2 Базові елементи Smart Home System ............................................................. 12
1.3 Аналіз побудови систем «розумний будинок» ............................................ 16
1.4 Рівнева архітектура інтернету речей ............................................................. 30
Висновки до першого розділу .............................................................................. 34
РОЗДІЛ 2 МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗАЦІЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ IOT
ПРИЛАДАМИ ........................................................................................................... 36
2.1. Аналіз сучасних структур систем керування IoT приладами.................... 36
2.2. Дослідження характеристик ключових компонентів автоматизованої
системи керування IoT приладами ...................................................................... 46
2.3. Режими управління в автоматизованій системі керування IoT
приладами .............................................................................................................. 55
Висновки до другого розділу ............................................................................... 59
РОЗДІЛ 3 ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПРОЦЕСУ УПРАВЛІННЯ
РОЗУМНИМ БУДИНКОМ ...................................................................................... 61
3.1 Архітектура проекту ІоТ-рішення ................................................................. 61
3.2 Комунікаційні системи ................................................................................... 66
3.3 Аналіз захищеності інформації та методів для захисту .............................. 77
Висновки до третього розділу .............................................................................. 81
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 82
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 84
3
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

AES (Advanced Encryption Standard) – симетричний алгоритм блочного
шифрування
CLI (Command Line Interface) – інтерфейс командного рядка
CSV (Comma-Separated Values) – текстовий формат для зберігання
табличних даних
EPC (Electronic Product Code) – електронний код продукту
HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure) – захищений протокол передачі
даних із використанням TLS/SSL
IoT (Internet of Things) – інтернет речей
LAN (Local Area Network) – локальна мережа
MSS (Maximum Segment Size) – максимальний розмір корисного блоку
даних у TCP
NFC (Near Field Communication) – технологія бездротового
високочастотного зв'язку малого радіусу дії
NoSQL (Not Only SQL) – клас нереляційних баз даних
PAN (Personal Area Network) – мережа, побудована «навколо» людини
REST (Representational State Transfer) – підхід до архітектури мережевих
протоколів, які забезпечують доступ до інформаційних ресурсів
RSA (Rivest–Shamir–Adleman) – асиметричний алгоритм шифрування
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – набір протоколів
Інтернету
TLS (Transport Layer Security) – сучасний протокол захищеної передачі
даних
ОС – Операційна система
ПЗ – Програмне забезпечення
САПР – Система автоматизованого проектування

4
ВСТУП

Актуальність теми дослідження. Сучасний ринок систем «розумного
будинку» характеризується стрімким розвитком та постійним ускладненням
технологічних рішень. У дослідженні розглядаються програмно-апаратні
комплекси для автоматизації житлових приміщень, які знаходять широке
застосування у побуті, комерційних будівлях, сфері енергозбереження та
безпеки. Автоматизація процесів управління та контролю в «розумному
будинку» вимагає комплексного підходу, що враховує специфіку апаратних та
програмних компонентів. Основні виклики включають необхідність дотримання
жорстких вимог щодо технічних параметрів: швидкодії, енергоспоживання,
сумісності та захищеності інформації.
Сучасні методології проектування, такі як використання хмарних сервісів,
децентралізованих архітектур та інтеграція алгоритмів штучного інтелекту,
покликані подолати традиційні обмеження класичних систем автоматизації.
Особливої уваги заслуговують інноваційні технологічні рішення, що дозволяють
оптимізувати процеси управління та забезпечити віддалений контроль у режимі
реального часу. Принципово важливою проблемою є складність вибору
апаратно-програмних платформ через надзвичайно широкий спектр
пропонованих виробниками рішень. Провідні світові компанії, такі як Amazon,
Google, Apple, Samsung та інші, пропонують різноманітні апаратно-програмні
комплекси з різною функціональністю та ціновими характеристиками. Для
ефективного розв’язання проблеми вибору дослідники пропонують
використання рекомендаційних систем та інтелектуальних алгоритмів.
Таким чином, дослідження зосереджено на розробці інноваційних
програмних та технічних засобів, що дозволять проектувальникам і
користувачам більш ефективно здійснювати інтеграцію апаратних та
програмних компонентів, забезпечувати масштабованість системи та
підвищувати рівень її безпеки.
5
Мета роботи – створення інтегрованої архітектури та алгоритмів
функціонування комплексу «розумного будинку», орієнтованих на підвищення
ефективності управління та контролю в режимі реального часу.
Об’єкт дослідження – процеси проектування та функціонування
програмно-апаратних комплексів «розумного будинку».
Предмет дослідження – IоT-систем для автоматизації розумного будинку
Для успішної реалізації поставленої мети сформульовано та послідовно
вирішено низку взаємопов'язаних наукових завдань:
1. Проведення аналітичного дослідження існуючих методів, моделей та
архітектур систем «розумного будинку» з урахуванням їх структурних
та функціональних особливостей.
2. Проектування архітектури комплексу «розумного будинку», що
забезпечує гнучкість та масштабованість системи.
3. Створення алгоритмів функціонування системи управління та
контролю, які дозволяють здійснювати віддалений моніторинг у
реальному часі.
4. Проведення аналізу методів кіберзахисту та розроблення рекомендацій
щодо забезпечення інформаційної безпеки системи.
Методи дослідження. Методологічну базу дослідження складають
фундаментальні наукові теорії та підходи: системний аналіз, математичне
моделювання, багатокритеріальний аналіз, теорія баз знань. При розробленні
компонентів використано сучасні методології проектування систем. Розроблені
в дослідженні теоретичні положення, методи та інструментальні засоби
створюють потужне підґрунтя для подальшого вдосконалення технологій
автоматизованого проектування вбудованих систем.
Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна дослідження
представлена наступними ключовими положеннями:
1. Вдосконалено метод побудови архітектури «розумного будинку» з
урахуванням принципів гнучкості та масштабованості. У роботі
запропоновано архітектуру, яка дозволяє інтегрувати різні типи сенсорів,
6
виконавчих пристроїв та контролерів без необхідності кардинальних змін
у базовій структурі системи. Такий метод побудови архітектури гарантує
довготривалу актуальність комплексу та його адаптацію до майбутніх
технологічних змін.
2. Вдосконалено процес управління та контролю, що забезпечують
віддалений доступ у режимі реального часу. Алгоритми управління
реалізують централізовану логіку роботи системи, дозволяючи
користувачеві задавати сценарії автоматизації. Особливістю управління є
їх здатність працювати як у локальній мережі, так і через хмарний сервер,
що підвищує надійність та зручність використання.
3. Запропоновано модель інтеграції апаратних та програмних компонентів із
застосуванням хмарних сервісів та IoT-платформ. Модель інтеграції
передбачає об’єднання сенсорів, виконавчих пристроїв, мікроконтролерів
та серверних платформ у єдину екосистему. Така модель підтримує
персоналізацію роботи комплексу завдяки алгоритмам машинного
навчання, які аналізують поведінку користувача та автоматично
адаптують налаштування системи.
4. Визначено ефективні методи забезпечення інформаційної безпеки
системи. У роботі здійснено аналіз потенційних загроз, таких як
несанкціонований доступ, перехоплення даних, атаки на серверну частину
та підробка команд управління.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблений комплекс
«розумного будинку» функціонує стабільно у режимі реального часу, що
забезпечує безперервний моніторинг стану сенсорів та оперативне виконання
команд користувача. Система підтримує віддалене керування через мобільний
додаток та веб-інтерфейс, що дозволяє власнику контролювати роботу пристроїв
незалежно від місця перебування. Важливою особливістю комплексу є його
висока сумісність із широким спектром сенсорів та виконавчих пристроїв.
Завдяки використанню відкритих протоколів зв’язку система легко інтегрується
з новими модулями та може масштабуватися відповідно до потреб користувача.
7
Публікації. Результати досліджень опубліковані в:
1. IоT-системи для автоматизації розумного будинку / В. Сулима //
«Science, Technology and Industry in the Digital Age»: Тези доповідей
другої міжнародної науково-практичної конференції: (17-19 грудня
2025 р., Гамбург), 2025.
Структура та обсяг кваліфікаційної роботи. Кваліфікаційна робота
складається із списку умовних скорочень, вступу, трьох розділів, висновку та
списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи складає 89 сторінок,
34 рисунків. Список використаних джерел містить 54 найменувань.

8
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ РОЗУМНОГО
БУДИНКУ

1.1 Концепція «Розумного будинку»
Витоки ідеї інтелектуального житла можна віднести до середини ХХ
століття, коли почалася епоха комп’ютеризації, що стала фундаментом для
створення перших систем автоматизації. Тодішні технології виглядали доволі
громіздкими: модулі займали багато місця, а управління здійснювалося за
допомогою перфокарт. Попри це, вони ефективно виконували покладені на них
функції. У 1960-х роках Джеймс Сазерленд продемонстрував можливості
програмування комп’ютера для автоматичного ввімкнення пристроїв за
розкладом, а також організував взаємодію з датчиками та сигналізаційними
системами. Важливим кроком став 1978 рік, коли шотландська компанія Pico
Electronics розробила стандарт передачі даних для домашньої автоматизації. Він
дозволяв підключати побутові прилади до єдиної системи керування через
електричні розетки, що започаткувало нову хвилю експериментів.
Термін «smart home» офіційно увійшов у вжиток у 1984 році завдяки
Американській асоціації житлових забудовників. Згодом до розвитку технології
долучилася Асоціація електронної промисловості, яка сприяла появі нового
стандарту – CEBus.
Популяризації ідеї серед широкої аудиторії значною мірою посприяв
фільм студії Disney, де було показано комп’ютеризований будинок. На початку
2000-х років ринок почав активно розвиватися: з’явилися масові виробники, а
компанія Apple зробила вагомий внесок, представивши перший iPhone, що
відкрив нові можливості інтеграції мобільних технологій із системами
«розумного дому». До 2012 року в США було встановлено понад 1,5 мільйона
комплексів домашнього управління. Останні роки принесли спостереження за
зростанням взаємодії мільярдів пристроїв та інформаційних систем. Це призвело
9
до покращення повсякденного життя людей і підвищення ефективності
комерційних компаній, які можуть мінімізувати експлуатаційні витрати та
оптимізувати використання активів. Застосування Інтернету речей (IoT)
паралельно з алгоритмами штучного інтелекту (AI) стає актуальним, оскільки
розвиток «розумних» систем переноситься від централізованих хмарних
обчислень до децентралізованого підходу. Згідно з Кривою Курцвейла [1],
очікується експоненційний ріст використання машинного інтелекту, з'явлення
передових обчислювальних платформ для роботи AI на рівні людського мозку.
Це визначається збільшенням обсягу даних від пристроїв IoT, покращенням
алгоритмів штучного інтелекту, компактними форм-факторами пристроїв IoT.
Ринок IoT очікує стабільний ріст завдяки зв'язаності мільярдів пристроїв
та інформаційних систем, що основується на поширенні доступних датчиків для
перетворення фізичних подій в цифрові дані. Використання пристроїв IoT,
спрямованих на заощадження пального та оптимізацію енергоспоживання,
допомагає підприємствам економити кошти та скорочувати терміни окупності.
Очікується, що витрати на IoT будуть щорічно зростати [2]. Прогнозується, що
пристрої IoT зіберуть 90 зеттабайт даних до 2025 року [3], які подаються в
централізовані платформи для обробки, зберігання, аналізу та візуалізації.
Централізована архітектура дозволяє великомасштабні обчислення та ефективне
зберігання, але при цьому має недоліки у вигляді затримок у обміні даними,
вразливості до екологічних катастроф та вартості масштабування.
Централізовані архітектури систем «розумного дому» поступово втратили
актуальність через їхню обмежену універсальність та підвищену вразливість до
хакерських атак. Саме ці чинники стали поштовхом до переходу на розподілені
та децентралізовані моделі, що базуються на хмарних обчисленнях і активно
інтегрують можливості штучного інтелекту [3]. Термінологія «розумний
будинок» та «автоматизація побутових процесів» має багатозначний характер і
використовується для позначення широкого спектра рішень, спрямованих на
контроль, моніторинг та оптимізацію житлового середовища. Відповідно до
визначення компанії Berg Insight, система може вважатися «розумною» лише за
10
умови наявності мобільного застосунку або веб-порталу, що виконує функцію
інтерфейсу користувача. Пристрої, які працюють виключно на основі
механічних перемикачів, таймерів, датчиків чи пультів дистанційного
керування, не належать до цієї категорії.
Сучасні системи «smart home» умовно класифікують у шість основних
напрямів: безпека та контроль доступу; енергоменеджмент і клімат-контроль;
аудіовізуальні та мультимедійні комплекси; керування освітленням і
сонцезахисними системами; засоби охорони здоров’я та моніторинг стану
мешканців; побутова техніка та роботизовані рішення.
Ринок інтелектуальних систем у Північній Америці демонструє динамічне
зростання. Кількість встановлених комплексів збільшилася на 51,1%,
досягнувши позначки у 82,7 мільйона. Серед них близько 8,3 мільйона є
багатофункціональними, тоді як решта (74,4 мільйона) виконують
вузькоспеціалізовані завдання. Враховуючи, що окремі домогосподарства
можуть одночасно використовувати кілька систем, орієнтовна кількість
«розумних» будинків на кінець 2007 року становила 22,3 мільйона, або 15,9% від
загальної кількості житлових об’єктів регіону. Прогнози свідчать, що до 2026
року цей показник зростатиме середньорічним темпом у 23,1%, досягнувши
приблизно 63 мільйонів домогосподарств.
Локальні рішення становлять 61% прибутку ринку «розумних» пристроїв
в Північній Америці та Європі. Серед найбільш успішних продуктів на сьогодні
варто відзначити «розумні» термостати, лампи, розетки, мережеві камери,
багатокімнатні аудіосистеми та голосово керовані "розумні" колонки. Amazon та
Google мають понад 90% частку ринку голосових помічників. Такий попит на
«розумні» системи будинку може бути пов'язаний із популярністю голосових
помічників. Загалом, високий попит на системи «розумного» будинку
визначається швидким розвитком технологій та зростаючим інтересом
споживачів до комфорту та економії фінансових ресурсів.
Архітектура розумного будинку вказує на те, що новозбудовані будинки
часто використовують інфраструктуру розумного будинку, тоді як в старих
11
будинках можна впроваджувати інтелектуальні технології. Протоколи зв'язку
Zigbee і Z-Wave є найбільш популярними у сучасних системах, забезпечуючи
підключення пристроїв до мережі розумного будинку. Концентратор розумного
будинку, такий як Amazon Echo чи Google Home, використовується як
центральна точка управління, об'єднуючи всі різні додатки в одному інтерфейсі
для віддаленого керування. Системи розумного будинку можуть бути створені
від самого початку, наприклад, за допомогою Raspberry Pi, чи придбані у вигляді
готового набору для розумного будинку. Вони використовують машинне
навчання і штучний інтелект для персоналізації та адаптації до уподобань
користувачів, наприклад, за допомогою систем голосового управління.

Рис. 1.1. Архітектура Smart Building

Таким чином, розумний будинок не просто набір розрізнених пристроїв, а
система, яка працює в єдність для створення віддалено керованої мережі
(рисунок 1.1).
12
1.2 Базові елементи Smart Home System
Існує низка різноманітних компонентів у системі розумного будинку, але
їх можна узагальнити до кількох основних елементів, які визначають архітектуру
стандартної системи розумного будинку, як показано на рисунку 1.2. Перш за
все, це датчики, які вимірюють стан оточуючого середовища та актори, які
зберігають або змінюють цей стан [12]. Всі ці датчики та об'єкти з'єднані з
центральною базовою станцією, яка збирає та контролює весь зібраний
інформаційний потік. Крім того, база з'єднана з клієнтом віддаленого управління,
зазвичай через веб-браузер або мобільний додаток. Це підключення може бути
налаштоване безпосередньо, наприклад, в одній локальній мережі або, як у
більшості сучасних систем розумного будинку, через хмарний інтерфейс, що
забезпечується постачальником для забезпечення віддаленого доступу до
системи [30].

Рис. 1.2. Базові елементи Smart Home System
13
Управління архітектурою «Розумного будинку»
Можливість керування «розумним будинком» давно перестала бути
новинкою й успішно реалізується у масштабних комерційних рішеннях.
Водночас для пересічних користувачів такі системи залишаються доволі
дорогими, що стимулює поширення практики самостійної розробки або
адаптації відкритих платформ автоматизації під індивідуальні потреби.
Реалізація віддаленого доступу до домашньої системи супроводжується низкою
технічних викликів, серед яких ключовим є можливість зовнішнього звернення
до мережі, що зазвичай потребує статичної IP-адреси. Оскільки більшість
провайдерів надають динамічні адреси, отримання постійної адреси може бути
проблематичним. Для вирішення цієї задачі часто застосовують сервіси на
кшталт DynDNS чи NO-IP [13].
Альтернативним підходом є використання хмарних сервісів, які стають
дедалі доступнішими й у випадку невеликих навантажень дозволяють працювати
навіть безкоштовно. Такий метод має низку переваг порівняно з традиційним
використанням статичних або динамічних IP-адрес [32].

Рис. 1.3. Архітектура системи віддаленого управління
14
Першим етапом побудови системи є вибір архітектури. Виділяють два
базові типи: централізовану та децентралізовану. У децентралізованій моделі всі
вузли мережі функціонують як рівноправні елементи. Кожна підсистема має
однакові права щодо взаємодії з іншими, а логіка роботи ґрунтується на простих
сценаріях: керуючі сигнали передаються безпосередньо від однієї підсистеми до
іншої при настанні визначених умов.
Централізована архітектура систем «розумного дому» передбачає
використання головного контролера, який координує роботу підключених
модулів. Існує також комбінований підхід: центральний контролер здійснює
управління кількома підсистемами, які у випадку збою основного сервера здатні
продовжувати виконання базових функцій, закладених у їхній логіці (рис. 1.3).
Для реалізації повноцінної клієнт-серверної взаємодії між мобільним
додатком та системою «розумного дому», а також для інтеграції з хмарними
сервісами, необхідним є центральний сервер управління. Архітектура
віддаленого керування зазвичай включає чотири ключові компоненти:
мобільний додаток, хмарний сервер, домашній сервер та мікроконтролер, що
відповідає за роботу датчиків і сенсорів.
Мобільний додаток.
Він є обов’язковим елементом для дистанційного управління системою.
Хоча доступ можливий і через веб-браузер, спеціалізований додаток забезпечує
зручність та додаткові можливості, зокрема push-сповіщення. Push-технологія
дозволяє серверу надсилати інформацію безпосередньо клієнту, а повідомлення
відображаються у вигляді невеликих вікон на екрані пристрою. Через мобільний
додаток користувач надсилає команди на хмарний сервер та отримує дані про
стан датчиків.
Для iOS-додатків використовується середовище Xcode та мова
програмування Swift. Обмін даними реалізується за допомогою фреймворку
Alamofire, а локальне зберігання — через CoreData. Додаток підтримує два
режими підключення: безпосередньо до локальної мережі або через хмарний
сервер. При запуску система перевіряє доступність локального сервера, і якщо
15
він недоступний – автоматично здійснюється підключення до хмарного. Для
взаємодії застосовується REST API, а дані передаються у форматі JSON [13].
Хмарний сервер.
Сучасна модель хмарних сервісів активно розвивається, і більшість
функцій з обробки, управління та зберігання даних реалізуються саме у хмарі.
Одним із найпоширеніших рішень є Firebase від Google — платформа PaaS, що
забезпечує роботу з базою даних у реальному часі та зберігає інформацію у
форматі JSON. Зміни синхронізуються миттєво між усіма пристроями,
підключеними до однієї бази. Хмарний сервер приймає команди з мобільного
додатка, передає їх на домашній сервер та у разі зміни стану пристроїв надсилає
push-сповіщення користувачеві [13].
Для отримання push-повідомлень додаток реєструється у системі, після
чого iOS отримує токен від Apple Push Notification Service (APNS). Цей токен
передається на хмарний сервер, який у разі події надсилає повідомлення на
пристрій користувача через APNS. Повідомлення відображається на екрані та
супроводжується звуковим сигналом.
Домашній сервер.
Він виконує роль посередника між хмарним сервером та контролерами,
приймаючи команди й передаючи їх далі, а також збираючи дані з датчиків. Крім
того, домашній сервер забезпечує локальне управління системою через Wi-Fi. У
ролі сервера може виступати звичайний персональний комп’ютер. Для його
розробки застосовується мова Python та фреймворк Django, а дані зберігаються
у базі SQLite. Алгоритм роботи можна описати на прикладі запиту з мобільного
додатка:
1. Отримання запиту.
2. Визначення відповідного представлення за шаблоном.
3. Формування запиту до моделі даних кімнати.
4. Передача запиту контролеру для отримання даних.
5. Обробка відповіді від контролера та формування відповіді для додатка.
6. Надсилання результату у форматі JSON [13].
16
Мікроконтролер.
Arduino є однією з найпопулярніших платформ для створення електронних
пристроїв як серед новачків, так і серед професіоналів. Його популярність
пояснюється простотою програмування, відкритою архітектурою та доступністю
вихідного коду. Програмування здійснюється через USB без потреби у
додаткових програматорах [13]. Мікроконтролер програмується мовою Arduino
(на основі Wiring) у середовищі Arduino IDE (на основі Processing). Він керує
датчиками, приймає команди від домашнього сервера та надсилає інформацію
про зміни їхнього стану.
Алгоритм роботи контролера:
– отримання запиту від сервера;
– прийняття та обробка запиту;
– вилучення параметрів;
– отримання або передача даних датчикам;
– формування відповіді;
– надсилання відповіді назад на сервер.

1.3 Аналіз побудови систем «розумний будинок»
Кількість електронних пристроїв, що покликані спростити повсякденне
життя людини, невпинно зростає. Різноманітні комунікаційні засоби та сучасні
гаджети потребують дедалі більше уваги, а також часу для налаштування та
інтеграції у побут. Концепція домашньої автоматизації ґрунтується на ідеї
об’єднання всіх елементів житлового середовища під єдине централізоване
управління, що реалізується через систему «Розумний будинок».
У сучасному технологічному світі універсальних рішень не існує, тому
головним завданням користувача, який прагне зробити своє житло «розумним»,
є визначення необхідних функцій та вибір оптимальних способів їх реалізації у
різних виробників. Одним із прикладів є Samsung SmartThings, що являє собою
комплексну екосистему додатків для Інтернету речей. Проєкт SmartThings
стартував у 2012 році як ініціатива на платформі Kickstarter. Його основна ідея
17
полягала у створенні рішення для організації інтелектуального домашнього
середовища за допомогою спеціального концентратора, який підключався до
різноманітних сенсорів — температури, вологості, диму тощо. Вже на
початковому етапі система була доповнена мобільним додатком, що
забезпечував взаємодію з віддаленим концентратором [17].
У 2014 році компанія Samsung Electronics придбала SmartThings, що стало
поштовхом до суттєвої трансформації його архітектури. Відтоді платформа
отримала орієнтацію на хмарні технології, що значно розширило її
функціональні можливості [17].
Як показано на рисунку 1.4, підключення пристроїв до хмарної серверної
частини може здійснюватися трьома різними способами, навіть без прямого
з’єднання з центральним концентратором [17].

Рис. 1.4. Архітектура SmartThings

Іншим способом організації взаємодії є підключення через хмару, що
забезпечує непрямий канал комунікації між зовнішнім пристроєм та хмарною
платформою SmartThings. Водночас рекомендується використання
18
концентратора, який виконує роль шлюзу між локальними пристроями та
хмарною інфраструктурою. Частина операцій може виконуватися безпосередньо
на місцевому рівні, без звернення до серверної частини [17].
У системі SmartThings обмін даними здійснюється через концентратор із
застосуванням бездротових протоколів ZigBee та Z-Wave. Віртуальні об’єкти в
мобільному додатку організовані за принципом приміщень, що робить
концепцію «кімнати» ключовою для користувачів [17].
Важливим елементом є механізм автоматизації, який дозволяє взаємодіяти
з екосистемою без постійного ручного втручання. Реалізація автоматизації
можлива двома шляхами: через WebHook або за допомогою функцій AWS
Lambda. Наприклад, можна створити сценарій, який регулюватиме яскравість
освітлення у певному приміщенні залежно від погодних умов.
Хмарна архітектура SmartThings забезпечує захищений обмін даними між
усіма компонентами системи завдяки використанню протоколу SSL/TLS [17].
Запропонована модель орієнтована насамперед на житлові приміщення та
концепцію «інтелектуальної будівлі», проте її функціональні можливості
дозволяють застосовувати рішення й у ширшому контексті. Зокрема, через
хмарні з’єднання можлива інтеграція сенсорних мереж та інших розподілених
систем [17].
Пристрої SmartThings
Pристрої SmartThings можуть включати не лише пристрої із набору
SmartThings, але й різноманітні сторонні пристрої від партнерів. Якщо пристрій
не входить до списку офіційно підтримуваних, можна знайти для нього
Обробник пристроїв, який може бути наданий розробниками у спільноті, або
розробити власний [14].
Методи підключення
Підключення пристроїв до платформи можливе трьома способами [14]:
– Hub-connected: через хаб-концентратор для пристроїв, які не мають
власного виходу в Інтернет і взаємодіють через традиційні бездротові
мережі, такі як ZigBee.
19
– Directly-connected: безпосереднє підключення до Інтернету, обходячи
хаб. Деякі пристрої, такі як відеокамера, лампочка та розумна розетка,
працюють без хаба через Wi-Fi.
– Cloud-connected: підключення через сторонню хмару для пристроїв, які
вже мають власну хмарну екосистему.
Для підключення різних пристроїв у приміщенні зазвичай
використовується спеціальний сервер «Розумного будинку», який підтримує
різні протоколи. Цей сервер, відомий як хаб, концентратор або шлюз, є
необхідним елементом [14].
Додаток SmartThings можна встановити на основні мобільні ОС і
використовувати для [14]:
– додавання нових пристроїв у систему;
– контролю вже доданих пристроїв;
– створення правил автоматизації;
– отримання повідомлень через push і SMS.
Абстракції
У SmartThings, як і в багатьох інших платформах «Розумного будинку»,
використовуються такі абстракції: кімнати, сцени, сценарії [14].
1 Приміщення групуються в кімнати (Rooms), де користувачі можуть легко
призначити та іменувати свої гаджети, такі як «Кухня», «Ванна»,
«Вітальня» [14].
2 Сцени (Scenes) визначають різні ситуації, такі як «сон», «відпочинок»,
«робота», «перегляд фільму», кожна з яких має свій набір станів
пристроїв [14].
Сцени та кімнати у додатку
У мобільному застосунку реалізовано сценарії автоматизації (Routines), що
працюють за принципом «якщо – то». За замовчуванням користувачеві доступні
чотири базові сценарії: «Я повернувся», «На добраніч», «Поки» та «Доброго
ранку». Кожен із них може бути налаштований на активацію залежно від певних
умов — наприклад, часу доби, виявлення руху чи відкриття дверей [14]. Так, при
20
вході до оселі система може автоматично блокувати мережевий трафік на камері
відеоспостереження для захисту приватності, а о 23:00 – відключати планшет від
мережі, сприяючи дотриманню здорового режиму сну [14].
Додаток SmartThings має додаткову функцію – автоматичне
запам’ятовування повторюваних дій користувача, що дозволяє формувати
рекомендації для створення нових сцен та оптимізації їх використання.
Плагіни для інтеграції пристроїв
Для підключення нових пристроїв у системі передбачено механізм
плагінів. Розробники можуть створювати власні модулі, які забезпечують
інтерфейс користувача всередині програми та визначають логіку роботи
пристрою. По суті, плагіни є веб-додатками, здатними підписуватися на події,
реагувати на повідомлення від пристроїв, здійснювати взаємодію та
контролювати статус з’єднання.
Особливості роботи SmartThings
Функціонування всієї екосистеми SmartThings базується на головному
контролері – Hub. Цей пристрій підтримує бездротову мережу, необхідну для
взаємодії з усіма «розумними» компонентами будинку. Hub виконує роль
маршрутизатора, проте його робота не може бути замінена стандартним Wi-Fi
роутером. Для коректної роботи системи потрібні обидва пристрої, які
з’єднуються через Ethernet [16]. Hub оснащений продуктивним процесором, що
дозволяє підтримувати режим відеоспостереження, а вбудований акумулятор
забезпечує до 10 годин автономної роботи, чого достатньо для безперервного
функціонування системи навіть у випадку відключення електроенергії. Пристрій
підтримує інтерфейси ZigBee та Z-Wave, а також може працювати з локальними
IP-з’єднаннями [16]. З точки зору безпеки, усі пристрої, марковані позначкою
«Працює зі SmartThings», проходять сертифікацію та відповідають встановленим
стандартам безпеки [16].
Переваги та недоліки системи Samsung SmartThings
Переваги:
– гнучкий мобільний додаток;
21
– підтримка Amazon Alexa, Google Assistant;
– сумісність з сотнями "розумних" пристроїв.
– активне співтовариство розробників.
– гнучка і централізована система управління.
– є батарея резервного живлення.
– підтримка протоколів Zigbee та Z-Wave.
Недоліки:
– обмежені можливості підключення по Bluetooth.
Apple HomeKit
HomeKit є програмною платформою компанії Apple, яка надає можливість
користувачам iOS, macOS, watchOS та tvOS здійснювати керування
«розумними» пристроями у власному домі за допомогою додатку Home або
голосового асистента Siri [17]. Основою роботи HomeKit є незалежні пристрої,
що взаємодіють між собою через Wi-Fi. Значна частина таких пристроїв
функціонує автономно і може використовуватися навіть без розширення системи
додатковими елементами. Водночас існують пристрої, що працюють за
протоколом Bluetooth і потребують головного вузла, який виконує роль шлюзу.
До цієї категорії належать, зокрема, кнопки та різноманітні датчики —
температури, руху, відкриття дверей тощо.
Такі пристрої здатні підключатися безпосередньо до iPhone у межах його
видимості, проте найбільш ефективним варіантом є використання домашнього
шлюзу, яким може виступати Apple TV, колонка HomePod або планшет iPad.
Оскільки радіус дії Bluetooth є обмеженим, у великих будинках може виникати
потреба у встановленні кількох хабів для забезпечення стабільного з’єднання
[15]. Apple не виробляє жодного пристрою для HomeKit, крім «хабів». Усі інші
пристрої створюють партнери і сертифіковані за стандартом MFi. Це може бути
як плюс, так і мінус. З одного боку, сувора сертифікація гарантує високий рівень
безпеки і стійкість до вторгнень. З іншого боку, через це кількість партнерів для
HomeKit у Apple обмежена, і ціни на пристрої вищі. Загалом, система підтримує
приблизно 450 офіційно сертифікованих пристроїв [15].
22

Рис. 1.5. Архітектура системи на базі Homebridge

ПЗ Homebridge дозволяє додавати в HomeKit пристрої не лише з інших
систем «розумного» будинку. Це, звісно, не ідеальний варіант з точки зору
цілісності і безпеки, але це ефективний компроміс для тих, хто не хоче
обмежувати себе в різноманітності HomeKit і, в той же час, бажає отримати
зручне управління з iPhone або Apple Watch (рисунок 1.5) [15].
Програмне забезпечення Homebridge надає можливість інтегрувати в
екосистему HomeKit пристрої не лише з «рідних» рішень Apple, а й з інших
систем автоматизації. Хоча такий підхід не можна вважати ідеальним з точки
зору цілісності та безпеки, він є практичним компромісом для користувачів, які
прагнуть розширити функціональність HomeKit і водночас отримати зручне
керування через iPhone чи Apple Watch (рисунок 1.5) [15].
Керування компонентами системи здійснюється виключно за допомогою
пристроїв Apple. Водночас навіть один iPhone може забезпечити базове
налаштування та запуск простих сценаріїв автоматизації. Локальне управління
можливе через фізичні елементи – вимикачі, кнопки та пульти [15].
Принцип роботи «розумного дому» від Apple полягає у створенні єдиного
фреймворку для інтеграції побутових пристроїв та максимальної автоматизації
23
їх функціонування. З технологічної точки зору рішення виглядає досить
простим, проте воно має закриту архітектуру й передбачає використання лише
сертифікованих Apple компонентів. Основним ринком збуту є США, де
стандарти електропостачання можуть відрізнятися, що іноді призводить до
несумісності аксесуарів, спеціально розроблених для HomeKit [18].
Платформа Apple HomeKit виконує низку ключових завдань:
– збір даних від підключених пристроїв та моніторів;
– управління домашнім обладнанням;
– виконання сценаріїв, наприклад увімкнення опалення чи кондиціонера у
визначений час;
– підтримка охоронної сигналізації та реєстрація відвідувачів із передачею
інформації власнику;
– сповіщення користувача про виникнення позаштатних ситуацій [18].

Рис. 1.6. Топологія Apple HomeKit зі шлюзами

З точки зору топології, пристрої можуть підключатися до HomeKit
безпосередньо через Bluetooth або Wi-Fi (рисунок 1.6). При цьому діють певні
правила:
– Wi-Fi використовується для аксесуарів, що живляться від мережі 220В;
24
– Bluetooth застосовується для пристроїв на батарейках;
– девайси, що працюють за протоколами ZigBee, Z-Wave, 433, 868 тощо,
інтегруються в HomeKit через шлюз, концентратор або хаб і можуть живитися
як від мережі, так і від автономних джерел [19].
Шлюзи
Пристрої Apple TV, HomePod та iPad можуть виконувати роль центральних
вузлів системи «розумного дому», забезпечуючи управління підключеними
елементами через Bluetooth та Wi-Fi. Наприклад, якщо розумний дверний замок
з’єднано з Hub за допомогою Bluetooth, сигнал може бути нестабільним,
особливо при значній відстані між пристроями. У такій ситуації користувач не
матиме можливості здійснити віддалене відкриття дверей. Водночас перевагою
Bluetooth-пристроїв є те, що вони не потребують маршрутизатора: навіть якщо
освітлення вимкнене, повернувшись додому, ви зможете розблокувати замок
[19].
Віддалений доступ
Для організації дистанційного керування необхідний так званий
«Домашній центр», яким може виступати iPad (з iOS 10 або новішою версією),
HomePod чи Apple TV. Саме ці пристрої дозволяють об’єднати всі елементи
системи та забезпечити доступ до них із зовнішніх мереж [19].
Якщо користувач планує налаштувати віддалений доступ або
автоматизацію, необхідно придбати один із зазначених пристроїв, адже
програмними засобами реалізувати це наразі неможливо. Важливо враховувати,
що не всі моделі Apple TV можуть функціонувати як «Домашні центри» —
рекомендовано використовувати Apple TV четвертого покоління та новіші.
У випадку, коли в мережі працює кілька «Домашніх центрів», вони
автоматично дублюють функції один одного, забезпечуючи безперервність
роботи навіть при виході одного з них з ладу. Усі створені сценарії автоматизації
синхронізуються між центрами. Таким чином, Apple TV та HomePod можуть
одночасно виступати як шлюзи і як центральні вузли системи «розумного дому»,
інтегровані у локальну мережу [19].
25
Сценарії
HomeKit включає корисну функцію сценаріїв, яка дозволяє групувати
пристрої одного типу і керувати ними однією кнопкою. В автоматизації можна
також прив'язувати їх до конкретних подій [19].
Автоматизації
Використовуючи Домашній центр в HomeKit, ви можете створювати різні
автоматизації [19]:
– автоматизація при приході/виході з будинку, наприклад: «Якщо хтось
приходить додому, то ...».
– автоматизація за часом, наприклад: «Вимкнути світло о 22:30».
– автоматизація за станом датчика, наприклад: «Якщо датчик спрацював,
то ...».
Наприклад, при виході з дому, iPhone знаходить це за допомогою
геолокації та запускає сценарій "Виходжу з дому". Відповідно, в HomeKit
відключаються пристрої, які були додані до цього сценарію. Тим, хто хоче
більше можливостей, ніж надає стандартний функціонал HomeKit, може
скористатися сторонніми додатками для створення автоматизацій, які працюють
з нативним фреймворком HomeKit. Ці додатки дозволяють зберігати
автоматизації навіть після видалення додатка [19].
Siri надає можливість керувати всіма пристроями за допомогою голосу,
навіть коли вас немає вдома. Вона також може надавати інформацію про стан
всіх пристроїв. Ця функція працює на iOS, macOS, watch OS, але на Apple TV та
Home Pod можливість використовувати її є лише англійською мовою.
Наприклад, якщо ви звернетесь до Siri і скажете: «Увімкни світло в дитячій
кімнаті», вона розуміє, що ви маєте на увазі світильник в кімнаті «Дитяча» і назве
його «Світло» [19].
Додаток "Будинок" також надає можливість ділитися своїм будинком з
членами сімейного доступу та гостями. Зауважимо, що можна обмежити
використання Siri лише в тому випадку, коли пристрій підключений до
26
домашньої мережі, що особливо актуально для гостей. З іншого боку, недоліком
є відсутність можливості передачі управління конкретними пристроями [19].
Механізми безпеки та захисту в Apple HomeKit
Платформа Apple HomeKit вирізняється високим рівнем безпеки, що
забезпечує надійний контроль системи «розумного дому». Передача
оперативних даних між пристроями iOS, які здійснюють управління, та
підключеними елементами відбувається із застосуванням спеціальних методів
шифрування [20].
У ядровій частині HomeKit реалізовано механізм крос-шифрування, який
гарантує, що доступ до інформації отримують лише ті учасники комунікації, які
безпосередньо залучені до процесу [20]. Наприклад, використовуючи iPhone для
керування через додаток Home, власник отримує ексклюзивний доступ до даних
і функцій управління. Сторонні особи не мають можливості перехопити
інформацію, надсилати підроблені команди чи отримати контроль над
автоматизацією житла [20].
Переваги та недоліки HomeKit
Система має як сильні сторони, так і певні обмеження [19]:
– Простота використання: інтеграція сумісних пристроїв не потребує
спеціальних технічних знань.
– Можливість взаємодії з системою Rubetek, що дозволяє підключати
доступні пристрої, навіть якщо вони не належать до екосистеми
HomeKit.
– Керування можливе з будь-якого мобільного пристрою Apple.
– Голосовий асистент Siri забезпечує високу точність розпізнавання
команд.
– Висока якість обладнання, оскільки всі пристрої проходять
сертифікацію Apple.
До недоліків належать:
– Обмежений асортимент сумісних пристроїв.
– Висока вартість обладнання, що підтримує HomeKit.
27
– Недостатній рівень «інтелектуальності»: система працює переважно на
основі сценаріїв, які хоч і можуть бути складними, проте не
забезпечують повної автономності – це радше автоматизоване
управління, ніж штучний інтелект.
Xiaomi Smart Home
На відміну від HomeKit, екосистема Xiaomi Smart Home є більш
різноманітною. Вона включає пристрої, що працюють за протоколом ZigBee:
датчики, лампи, розетки та вимикачі. Найпоширенішим шлюзом є Mijia Gateway
(рисунок 1.7), який підключається безпосередньо до розетки та поєднує функції
нічника й радіоприймача. Окрім цього, він може брати участь у процесах
автоматизації – вимірювати рівень освітленості, керувати підсвічуванням,
запускати радіостанції. Основне його завдання полягає у створенні єдиної
мережі для пристроїв одного протоколу, до якої можна підключити до 64
елементів.

Рис. 1.7. Xiaomi Mijia Gateway
28
Інший варіант – Aqara Gateway, який зовні майже не відрізняється від Mijia
Gateway, але не підтримує інтернет-радіо. Його перевагою є наявність
європейської вилки, що усуває потребу в адаптерах, а також можливість
інтеграції з Apple HomeKit.
Третій тип шлюзу – Aqara A/C Companion – не здобув широкої
популярності поза межами Китаю. Він виглядає як розетка для техніки з
китайським стандартом вилки та оснащений інфрачервоними світлодіодами
замість підсвічування. Основна функція цього пристрою полягає у виконанні
ролі універсального пульта для обладнання, яке не підтримує Wi-Fi-з’єднання
[21].
Окрім використання протоколу ZigBee, компанія Xiaomi пропонує й
окремі пристрої з підтримкою Wi-Fi. Зазвичай це складні та ресурсомісткі
прилади, які потребують широкого каналу передачі даних, наприклад роботи-
пилососи, холодильники чи мультиварки. Водночас у лінійці присутні й простіші
рішення – лампочки та розетки, що можуть стати оптимальним вибором для
користувачів, які прагнуть створити «базовий розумний дім» без складних
сценаріїв автоматизації. У такому випадку придбання шлюзу не є необхідним,
проте вся взаємодія здійснюється виключно через інтернет, що позбавляє
можливості локального управління.
У системі Mi Home також представлено низку Bluetooth-пристроїв, які
здебільшого виконують допоміжні функції. До них належать датчики, пульти та
інші елементи обладнання. Такі пристрої можна підключати безпосередньо до
смартфона, хоча багато з них мають власні окремі додатки для керування. Якщо
виникає потреба у дистанційному контролі та бажання уникнути постійного
підключення до телефону, доцільно використовувати Bluetooth-шлюз [21].
Принцип функціонування системи «розумного дому» Xiaomi ґрунтується
на використанні інтелектуального комплекту електроніки Smart Kit Home, який
пропонується як готовий набір для швидкого підключення (рисунок 1.8). До його
складу входять центральний хаб, дистанційна кнопка, камера
відеоспостереження, електромагнітний сенсор відкриття дверей і вікон, датчик
29
руху, кріплення-липучки для монтажу елементів, а також інструмент для
скидання налаштувань. Крім базового набору, компанія пропонує й інші варіанти
хабів, розроблених дочірніми брендами Mijia та Aqara [22].

Рис. 1.8. Архітектура «Розумного будинку» Xiaomi

Основою роботи будь-якої конфігурації «розумного дому» Xiaomi є
протокол ZigBee. Він формує окрему мережу, подібну до Bluetooth чи Wi-Fi, але
функціонує як надбудова до стандарту IEEE 802.15.4. Завдяки цьому
забезпечується стабільний зв’язок між датчиками та іншими елементами
системи. Важливою перевагою ZigBee є низьке енергоспоживання, що дозволяє
пристроям працювати автономно протягом тривалого часу. Наприклад, датчик із
комплекту Smart Kit Home може функціонувати на одному елементі живлення (3
В) близько півтора року, незалежно від того, чи був він випущений під брендом
Mijia або Aqara. Взаємодія між усіма пристроями забезпечується саме завдяки
єдиному протоколу ZigBee [22]. Недоліки ZigBee, такі як обмежений радіус дії
та невисока пропускна здатність, не є критичними для систем домашньої
автоматизації. Водночас цей інтерфейс не підтримується сучасними мобільними
пристроями, тому для передачі команд зі смартфона чи планшета необхідне
підключення до шлюзу через Bluetooth або Wi-Fi.
30
Щодо мобільних пристроїв, шлюз може взаємодіяти з Wi-Fi-роутером на
відстані, яка за технічними характеристиками становить 2–3 метри, хоча на
практиці може досягати й 5 метрів. Хаби Mijia та Aqara сумісні з Android- і iOS-
пристроями, що дозволяє користувачам переглядати інформацію про підключене
обладнання, здійснювати покупки нового устаткування через інтегрований
магазин, а також керувати профілем і отримувати офіційні повідомлення
компанії безпосередньо на екрані смартфона чи планшета [31].

1.4 Рівнева архітектура інтернету речей
На рисунку 1.9 представлено узагальнену структуру рішень у сфері
Інтернету речей (IoT) [9].
Фізичний рівень відповідає за матеріальну реалізацію системи. На цьому
етапі здійснюються дві ключові операції: збір даних від сенсорів та виконання
механічних дій виконавчими пристроями. Елементи фізичного рівня повинні
відповідати ряду базових вимог [9]:
– доступність за невисокою ціною;
– можливість живлення від батарейок;
– встановлення у віддалених або важкодоступних місцях із мінімальними
витратами на монтаж та обслуговування;
– здатність до первинної обробки інформації, включно з аналізом
зображень та прийняттям рішень.
Основними проблемними аспектами цього рівня є [9]:
– забезпечення енергоефективності;
– інтеграція та використання відеокамер.
Рівень периферійних обчислень забезпечує локальну обробку даних.
Зазвичай він пов’язаний із конкретним сенсором або виконавчим механізмом і
виконує базові функції перетворення аналогових сигналів у цифрові та навпаки.
Важливо зазначити, що серед виробників таких пристроїв відсутній єдиний
стандарт щодо моделі даних, конфігурації та експлуатаційних характеристик, що
створює певні труднощі у забезпеченні сумісності [9].
31

Рис. 1.9. Рівнева архітектура IoT рішень

Для зменшення енергоспоживання периферійні пристрої функціонують у
чотирьох основних режимах:
– режим «сну»;
– збір та вимірювання даних із сенсорів;
– комунікація, тобто передача та прийом інформації;
– процес інсталяції та підключення.
Блок-схема периферійного пристрою демонструє інтеграцію трьох рівнів:
фізичного, рівня локальних обчислень та комунікаційного. Основна роль рівня
локальних обчислень полягає у виконанні процесу ETL (Extract, Transform, Load)
– отриманні даних від сенсорів, їхньому перетворенні та збереженні. Тут
здійснюється фільтрація шумів, попередній аналіз та локальне зберігання
інформації [9].
32
Комунікаційний рівень відповідає за передачу даних і є найбільш
енергоефективним, адже периферійні пристрої часто працюють автономно, без
підключення до електромережі чи дротових каналів зв’язку. Вони можуть
розташовуватися на значній відстані від шлюзу, проте обсяг переданої
інформації зазвичай невеликий. На цьому рівні застосовуються такі протоколи
[9]:
– ZigBee/Z-Wave;
– BLE;
– LoRa;
– власні низькочастотні протоколи.
Для підвищення надійності та дальності зв’язку використовуються
технології Ad Hoc та Mesh. NFC може застосовуватися для конфігурації під час
першого налаштування або технічного обслуговування, коли інженер
підключається до пристрою через мобільний додаток. У деяких випадках для
автентифікації використовується QR-код, розміщений на корпусі пристрою [9].
Рівень шлюзу виконує ключові функції в архітектурі IoT:
− здійснює другий етап ETL для підключених периферійних пристроїв;
− реагує на критичні події та забезпечує локальну реакцію навіть без
доступу до Backend, що можна порівняти з автономними функціями
життєво важливих органів;
− передає оброблену інформацію до Backend та отримує конфігураційні
дані;
− зберігає статуси пристроїв та дані, які вони збирають.
У деяких випадках шлюз може інтегрувати алгоритми штучного інтелекту
та машинного навчання. Він живиться від електромережі або має потужну
батарею, що дозволяє працювати автономно при низькому енергоспоживанні [9].
У перспективі очікується об’єднання шлюзу, STB та систем безпеки в єдиний
пристрій із підтримкою NAS для локального зберігання файлів та AI/ML для
розпізнавання аудіо й відео. Варто зазначити, що голосові асистенти на кшталт
Alexa нині базуються на хмарних сервісах, проте ймовірно, що первинне
33
розпізнавання надалі виконуватиметься безпосередньо на периферійних
пристроях [9].
Рівень зовнішнього зв’язку забезпечує стандартизацію протоколів у
рішеннях IoT і реалізується через LvM2M. Цей протокол створений для доступу
до кожного периферійного пристрою. Оскільки багато виробників не
підтримують інтерфейси LvM2M, шлюз формує спеціальну «обгортку» для
взаємодії [9]. На цьому рівні застосовуються сервіси балансування
навантаження, DNS-орієнтоване визначення місцезнаходження, транспортний
протокол COAP, шифрування DTLS та інші компоненти.
LvM2M використовує DTLS для захисту ключів та встановлення з’єднання
через handshake. Протокол працює у форматі «точка-точка». Для розшифрування
пакетів використовується той самий екземпляр Backend, що був активний під час
сесії. Це створює проблему для Load Balancer, який забезпечує масштабування
системи. Щоб уникнути обмежень, застосовується DNS як балансувальник
навантаження: кожен запит отримує нову IP-адресу для екземпляра рівня
безпеки [9; 36].
Рівень аналітики Big Data and Analytic залежить від конкретного
застосування IoT. Він отримує дані від усіх периферійних пристроїв і виконує
аналіз, який може суттєво відрізнятися залежно від завдань. Тут активно
використовуються алгоритми штучного інтелекту та машинного навчання,
зокрема для прогнозування майбутніх подій – наприклад, рівня запасів на складі,
споживання ресурсів чи погодних умов [9].
Рівень повідомлень Notification працює за принципом підписки: клієнтська
програма реєструється на певні події, і при їх виникненні отримує повідомлення.
Це можуть бути електронні листи, push-сповіщення у мобільних додатках або
телефонні дзвінки для екстреного інформування. Мобільні додатки переходять у
режим «сну» для економії енергії, але iOS та Android мають власні механізми для
доставки повідомлень [9].
Рівень представлення Presentation має два потоки – M2M та M2P. Потік
M2M охоплює обробку даних Backend та їхнє надання клієнтам чи інженерам
34
підтримки. Він відповідає за конфігурацію, обслуговування та зміну стану
системи, включно з периферійними пристроями та шлюзами. Тут також
формуються команди для управління виконавчими механізмами [9].
Рівень конфігурації Configuration стосується обох потоків (M2M і M2P) та
функціонує як сховище статусів периферійних пристроїв: актуального, нового та
проміжного. Оскільки час підключення до Backend є коротким, усі зміни статусів
зберігаються на цьому рівні й передаються на шлюз або пристрій під час
встановлення зв’язку [9].
Узагальнюючи, можна визначити деякі тенденції розвитку в IoT-рішеннях:
– датчики поділяються на дві групи: прості та дешеві з низьким
споживанням енергії та великою дальністю передачі інформації, та ті,
які інтегровані з відеокамерою та володіють механізмами
розпізнавання образів.
– процеси ETL відбуваються на кількох рівнях: на периферійних
пристроях, у шлюзах та на рівні Backend. Немає єдиного підходу до
обробки на кожному рівні, але загальна ідея - обробка має відбуватися
на найнижчому рівні, де це можливо.
– бездротовий інтернет виступає основним засобом передачі інформації,
хоча протоколи можуть різнитися на різних рівнях. Логічний рівень
зв'язку використовує протокол LvM2M.
– більшість Backend-систем використовують хмарні технології, і AWS є
популярним вибором.
– мобільні додатки використовуються для відображення фактичної
інформації, тоді як WEB-додатки представляють аналітичну
інформацію.

Висновки до першого розділу
Розумний будинок – це архітектурна концепція, яка об'єднує передові
технології для створення інтелектуального житлового простору. Цей тип будівлі
використовує різноманітні технології, такі як інтернет речей (IoT), штучний
35
інтелект (ШІ), датчики та системи автоматизації, з метою оптимізації різних
аспектів повсякденного життя. Одним із ключових аспектів є інтеграція IoT, що
дозволяє побутовим пристроям комунікувати між собою та з центральною
системою. Наприклад, термостат може взаємодіяти з датчиками температури та
вікнами, регулюючи опалення для оптимального комфорту та ефективності
енергоспоживання.
Штучний інтелект використовується для аналізу даних та вивчення звичок
мешканців, щоб автоматично адаптувати параметри будинку до їхніх потреб.
Наприклад, система може самостійно регулювати освітлення та температуру в
кімнатах відповідно до розкладу дня чи особистих уподобань.
Додатково, розумний будинок може включати системи безпеки, які
використовують камери та сенсори для миттєвого виявлення небезпеки або
незвичайної активності. Ця архітектурна концепція визначається своєрідним
комбінуванням технологій з метою поліпшення комфорту, безпеки та
енергоефективності в житті мешканців, відображаючи напрямок розвитку
сучасної будівельної індустрії.
.
36
РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗАЦІЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ IOT
ПРИЛАДАМИ

2.1. Аналіз сучасних структур систем керування IoT приладами
Структура автоматизованої системи управління інтелектуальною будівлею
залежить від обсягу та складності завдань, які необхідно реалізувати. Вона може
організовуватися у таких формах:
− централізована: керування всіма підсистемами здійснюється через
центральний сервер АСУІБ, до якого підключені модулі, що
забезпечують зв’язок із об’єктами управління;
− децентралізована: управління реалізується за допомогою
мікропроцесорних керуючих та виконавчих пристроїв, розташованих
безпосередньо поруч із об’єктами управління;
− комбінована: частина задач АСУІБ вирішується через
децентралізовану структуру, тоді як інша частина – через
централізовану. У цьому разі обидві структури інтегруються за
допомогою сполучних пристроїв та протоколів обміну.
Централізована структура системи управління (home automation)
Опис централізованої системи управління слід розпочати з аналізу її
основних недоліків, закладених у самій концепції «централізованості». Ця
структура базується на використанні центрального сервера, що призводить до
суттєвих обмежень і ризиків у процесі її експлуатації, зокрема:
− Вихід з ладу центрального сервера, який одночасно виконує функції
пульта управління, робить систему некерованою або повністю
виводить її з ладу.
− Концентрація всіх механізмів управління на одному сервері вимагає
високої операційної потужності, що обмежує кількість датчиків і
виконавчих пристроїв, які можуть бути інтегровані в систему [12].
37
З огляду на зазначене, така структура є доцільною лише для невеликих
об’єктів з обмеженим переліком завдань управління, таких як квартири, невеликі
приватні будівлі або замкнені технологічні системи з незначною кількістю
контрольованих параметрів (наприклад, окремий теплопункт чи насосна
станція). На рисунку 2.1 представлено приклад централізованої структури
системи управління, реалізованої в системі «CLAP – розумний будинок» [13].

Рис. 2.1. Централізована структура системи управління на прикладі системи
CLAP

Децентралізована структура системи управління (KNX)
Коли в процесі створення АСУІБ були висунуті жорсткі вимоги щодо її
надійності, багатофункціональності, здатності до гнучких змін структури та
загальної масштабованості, використання централізованої структури втратило
перспективу. Такі завдання стимулювали вдосконалення схемотехніки, розробку
38
нових алгоритмів взаємодії пристроїв, написання спеціалізованого програмного
забезпечення та комунікаційних протоколів. Усі ці інновації ґрунтувалися на
мережевій (шинній) організації управлінської системи.
Обрання мережевої архітектури для структури управління дозволило
вирішити дві ключові проблеми. По-перше, було усунуто слабке місце
централізованої структури – залежність від центрального контролера
(серверного вузла). По-друге, з’явилася можливість побудови однорангової
архітектури, де всі пристрої мережі взаємодіють на рівних правах. Це
впровадження дозволило пристроям системи обмінюватись інформацією
безпосередньо між собою та забезпечило інтеграцію інтелектуальних датчиків і
виконавчих механізмів із власними обчислювальними та комунікаційними
функціями. Проте децентралізована структура висуває особливі вимоги до
протоколів передачі даних. До головних належать:
− передача інформації з високою продуктивністю на максимальній
швидкості за умови належної надійності;
− наявність достатнього розміру адресного простору для підключення
великої кількості пристроїв;
− забезпечення гнучкості системи щодо масштабування та зміни
топології. Ідеальним варіантом вважається протокол, здатний
функціонувати у системі з вільною топологією.
Серед сучасних рішень широке застосування знайшов стандарт шини
KNX, який став результатом розвитку попереднього проєкту EIB (European
Installation Bus). KNX являє собою децентралізовану однорангову мережу,
розроблену відповідно до моделі OSI (Open System Interconnection). Стандарт
KNX був офіційно створений у 1999 році шляхом об’єднання трьох
європейських асоціацій автоматизації будівель, які сформували нову спільноту –
Асоціацію KNX. В основу цього стандарту увійшло близько 90% специфікацій
EIB, а у 2006 році KNX отримав статус міжнародного стандарту ISO/IEC 14543.
На рис. 2.2 представлений приклад децентралізованої архітектури АСУІБ,
побудованої на основі KNX.
39

Рис. 2.2. Децентралізована структура системи управління інтелектуальною
будівлею на базі шини KNX

На рисунку 1.2 зображена структура системи управління інтелектуальним
будинком, яка базується на шині KNX. Нижче наведено основні характеристики
системи KNX, порівняння популярних топологій та інформація про основні
компоненти. KNX є шинною системою АСУІБ із такими особливостями:
− доступ до шини суворо регулюється;
− значна частина даних, що передаються, не несе корисного
навантаження;
− кожен пристрій у системі має власний мікропроцесор, а «інтелект»
системи є розподіленим серед усіх її елементів, що додає переваг цій
організації.
Головна перевага децентралізованої структури KNX полягає в тому, що
вихід із ладу одного пристрою не блокує роботу всієї системи. При цьому
припиняються лише ті процеси, що безпосередньо залежать від несправного
пристрою.
40
Децентралізована структура мультимедійної шини KNX дозволяє її
модифікувати та розширювати відповідно до потреб користувача. З теоретичної
точки зору, ця система здатна об'єднати понад 50 000 пристроїв.
Для забезпечення обміну даними між пристроями в системі KNX
використовуються різні типи комунікаційних каналів і методів передачі
інформації, зокрема: звита пара KNX (KNX TP), що базується на спеціально
прокладених кабелях; KNX Powerline (KNX PL), яка використовує стандартну
електричну мережу напругою 220 В; радіочастотний канал KNX (KNX RF); а
також KNX IP, що функціонує через Ethernet-з’єднання.
Серед усіх середовищ передачі найпоширенішою є звита пара KNX (TP).
Цей двожильний кабель не тільки передає дані, а й забезпечує живлення для усіх
підключених пристроїв системи. Номінальна напруга системи становить 24 В,
але джерела живлення KNX TP можуть забезпечувати до 30 В. Оскільки пристрої
працюють стабільно при напрузі в межах від 21 В до 30 В, допускається падіння
напруги до 9 В для компенсації втрат у кабелі.
Швидкість передачі даних через KNX TP становить 9600 біт/с із
використанням асинхронної передачі, де інформація пересилається послідовно
байт за байтом. Повідомлення в системі зазвичай називають телеграмами.
Телеграма складається із послідовності символів, де кожен символ відповідає
одному байту інформації. Групування символів формує окремі поля телеграми.
Усього телеграма KNX TP містить чотири основних поля:
1. Контрольне поле – визначає пріоритет телеграми та встановлює, чи
необхідно повторно передавати її у разі відсутності відповіді від
отримувача.
2. Адресне поле – вказує як адресу відправника, так і отримувача.
3. Поле даних – може містити до 16 байт інформації, що слугує корисним
навантаженням телеграми.
4. Контрольна сума – забезпечує перевірку паритету переданих даних.
Передача даних в шині KNX TP здійснюється за подійним принципом:
телеграма надсилається лише тоді, коли канал є вільним. Для уникнення
41
конфліктів під час одночасної передачі інформації використовують метод
CSMA/CA (контроль доступу з виявленням несучої і запобіганням колізій).
Підключення пристроїв до кабелю даних виконується через спеціальні
компоненти, відомі як термінали шини. Ці термінали дозволяють під'єднати до
чотирьох кабелів KNX одночасно, а також дають змогу від’єднати конкретний
пристрій без переривання роботи всієї системи. Така гнучкість у підключенні є
ще однією ключовою перевагою технології KNX: поломка або видалення одного
пристрою з системи не впливає на функціонування інших елементів.

Рис. 2.3. «Телеграма» KNX TP

KNXnet/IP являє собою відкриту, незалежну від виробника
високопродуктивну мережу локального та глобального масштабу, яка відповідає
міжнародному стандарту IEEE 802.3 (Ethernet). На рисунку 2.4 подано її
структуру в контексті моделі OSI [18].
Інтеграція KNX з Ethernet забезпечує низку переваг:
− використання вже наявної мережевої інфраструктури будівлі як
магістральних ліній для KNX;
− можливість керування автоматизованими системами управління
інженерними будівлями (АСУІБ) з будь-якої точки світу;
− централізоване спостереження та підтримка кількох незалежних
систем управління через Інтернет.
42
У KNXnet/IP застосовуються два основні методи комунікації на базі
Ethernet – тунелювання та маршрутизація, обидва з яких реалізуються через
протокол UDP. Тунелювання використовується для доступу до шини KNX з
локальної мережі або Інтернету, наприклад, для програмування чи інсталяції
системи. Маршрутизація, своєю чергою, призначена для обміну службовими
повідомленнями («телеграмами») між пристроями через Ethernet-мережу.

Рис. 2.4. KNXnet / IP у еталонній моделі OSI

KNXnet/IP є відкритою, незалежною від виробника, високопродуктивною
локальною і глобальною мережею, що відповідає міжнародному стандарту IEEE
802.3 (Ethernet). На схемі рис. 2.4 представлено структуру KNXnet/IP у моделі
OSI [18].
Прив’язка технології KNX до Ethernet надає такі переваги:
− існуюча мережева інфраструктура будівлі може використовуватися для
магістральних ліній KNX;
43
− можливість управління автоматизованими системами управління з
будь-якої точки світу;
− централізований моніторинг і підтримка кількох окремих систем
управління через Інтернет.
KNXnet/IP реалізує два методи зв'язку через Ethernet: тунелювання та
маршрутизацію. Обидва працюють із використанням протоколу UDP.
Тунелювання застосовується для доступу до KNX-шини через локальну мережу
або Інтернет для виконання завдань, таких як програмування чи інсталяція KNX.
Маршрутизація, у свою чергу, використовується для обміну “телеграмами” через
Ethernet, наприклад, для з'єднання двох KNX TP систем через цю технологію.
Топологія KNX TP базується на одиничній лінії. Лінія включає джерело
живлення KNX (разом із дроселем) і зазвичай не більше 64 пристроїв шини.
Джерела живлення та кабель звитої пари виконують дві основні функції:
постачання енергії споживачам і забезпечення обміну інформацією між
пристроями, тобто передачі “телеграм”. За потреби продовження лінії
використовуються повторювачі, дозволяючи підключати додаткові пристрої
понад 64. Завдяки зонним муфтам до однієї магістралі можна додати до 15
областей.
Обмеження у відстанях сегментів встановлюються за специфікою сигналу
та допустимими значеннями затримки поширення:
1. Максимальна відстань між джерелом живлення та пристроєм – до
350 м.
2. Відстань між будь-якими двома пристроями в межах лінії – до 700 м.
3. Максимальна довжина однієї лінії – до 1000 м.
Кожен пристрій у системі KNX TP має унікальну адресу, яка відображає
його положення в топології. Формат індивідуальної адреси – це три числа,
розділені крапками, з наступною структурою: номер області - номер лінії -
положення пристрою в лінії. Ці адреси використовуються для ідентифікації
пристроїв і їхнього програмування. У топології KNXnet/IP магістралі й лінії
області замінюються мережею Ethernet. Для зв'язку використовуються
44
маршрутизатори KNXnet/IP, які пересилають “телеграми” за допомогою методу
маршрутизації на інші подібні маршрутизатори. Така реалізація на базі Ethernet
суттєво збільшує гнучкість топології системи KNX. Більшість цих
маршрутизаторів також підтримує метод тунелювання, що дозволяє
використовувати їх як інтерфейс програмування IP для ETS. Крім того,
KNXnet/IP маршрутизатори можуть забезпечувати з'єднання окремих систем
через Ethernet, що надзвичайно корисно, якщо, наприклад, дві будівлі оснащені
системами KNX TP і потребують об’єднання в єдину мережу. Максимальна
довжина одного сегмента зв’язку відповідає специфікації Ethernet – 100 м.
KNXnet/IP-маршрутизаторам (для маршрутизації) призначається порядковий
номер 0. Для інтерфейсів KNX IP (тунелювання) можна використовувати будь-
який інший послідовний номер.
У системах KNX пристрої зазвичай класифікують на три основні категорії:
системні пристрої (включаючи джерела живлення, програмувальні інтерфейси
тощо), датчики та виконавчі механізми.
Датчики являють собою пристрої, що фіксують події у внутрішньому
середовищі будівлі, наприклад натискання кнопки, виявлення руху чи зміну
температури за межами встановлених параметрів. Отримані сигнали
перетворюються у пакети даних («телеграми») та передаються мережею.
Виконавчі механізми, у свою чергу, приймають ці «телеграми» та
трансформують закладені в них команди у конкретні дії.
Стандартні шинні пристрої KNX складаються з двох основних
компонентів: блоку з’єднання із шиною (BCU) та додаткового модуля передачі.
Контролер BCU фактично є мікроконтролером, що включає процесор, модуль
пам’яті та периферійні пристрої введення/виведення. Найчастіше
застосовуються мікросхеми NEC, ATMega або Texas Instruments.
Комбінована структура системи управління LonWorks
Автоматизовані системи управління інженерними будівлями
комбінованого типу (АСУІБ) зазвичай формуються на основі
монофункціональних мікроконтролерів, об’єднаних спільною мережею. До
45
складу такого контролера входять процесорна частина та модулі взаємодії з
об’єктом управління: інтерфейси введення/виведення, аналого-цифрові та
цифро-аналогові перетворювачі, блоки керування потужністю тощо.
Подібні системи широко застосовуються у промисловості. Одним із
прикладів є технологія LonWorks, розроблена компанією Echelon Corporation у
1990 році. Платформа включає різноманітні трансивери, апаратні та програмні
засоби для керування, налаштування й моніторингу мереж. Її основою є
протокол LonTalk, який у 1999 році був стандартизований як ANSI/EIA709.1-B,
а у 2005 році став базою для європейського стандарту EN14908.
Апаратно LonWorks являє собою мережу, що складається з контролерів,
модулів прийому та видачі сигналів, а також спеціалізованих блоків для роботи
із сенсорами та виконавчими пристроями. Центральним елементом є
функціональний мікроконтролер, який містить три 8-розрядні процесори:
перший відповідає за доступ до каналу зв’язку, другий реалізує протокольні
функції, а третій виконує прикладні задачі (обробка сигналів від датчиків,
керування виконавчими механізмами).
Мікроконтролер оснащений оперативною та постійною пам’яттю,
комунікаційним портом, таймерами, регістрами та портами введення/виведення.
Для взаємодії із зовнішніми пристроями використовується 11-контактний порт,
функціональність якого визначається прикладним програмним забезпеченням.
Для роботи з мережевими функціями призначений 5-контактний комунікаційний
порт, що реалізує два нижні рівні протоколу LonTalk.
Протокол LonTalk базується на семирівневій моделі OSI та не залежить від
конкретної реалізації фізичного рівня. Він підтримує різні канали зв’язку та
методи кодування: диференціальне кодування для звитої пари, FSK-модуляцію
для ліній електроживлення чи радіоканалів.
Кожен вузол LonWorks може працювати у двох режимах: прямому (з
використанням диференціального манчестерського кодування) та спеціальному
(послідовна передача без кодування). У будь-якому випадку пакети
супроводжуються 16-бітовим CRC-кодом.
46
На підрівні MAC застосовується предиктивний метод уникнення колізій,
що враховує навантаження каналу. Канальний рівень забезпечує кадрування та
базове виявлення помилок. Транспортний рівень гарантує надійну доставку
пакетів як окремим пристроям, так і групам. Сеансовий рівень реалізує механізм
запиту/відповіді, що дозволяє працювати за принципом клієнт–сервер. Усі рівні
включають функції авторизації доступу.
Значення LonWorks
LonWorks є масштабованою платформою для проектування, інсталяції та
обслуговування АСУІБ. Вона підтримує сумісність обладнання різних
виробників, а протокол LonTalk офіційно визнаний міжнародними
організаціями, серед яких EIA, ASHRAE, SEMI, IEEE, AAR та IFSF.

2.2. Дослідження характеристик ключових компонентів
автоматизованої системи керування IoT приладами
Автоматизована система управління будівлею (АСУІБ) являє собою
комплексну інтеграцію різних підсистем, що забезпечують моніторинг та
керування інженерними процесами всередині споруди. По суті, вона виступає
верхнім рівнем узгодження технічних засобів, кожен із яких виконує власну
спеціалізовану функцію. Практична реалізація АСУІБ полягає у зборі даних від
окремих елементів, наприклад сенсорів затоплення, та передачі керуючих
сигналів іншим пристроям, зокрема електроприводам насосного обладнання.
Слід враховувати, що не всі підсистеми були інтегровані до складу АСУІБ
від початку її розвитку, адже значна їх частина формувалася поступово, у процесі
еволюції інформаційно-комунікаційних технологій. Крім того, спектр підсистем,
які може охоплювати така система, є надзвичайно широким, і детальний аналіз
кожної з них виходить за межі цього дослідження. У даному випадку подається
стислий огляд ключових компонентів, що формують основу АСУІБ [22, 23].
До найдавніших та найпоширеніших складових належать система
охоронної сигналізації та система управління ОВК (опалення, вентиляція,
кондиціонування). Саме вони стали відправною точкою у становленні концепції
47
«інтелектуальних будівель» та заклали фундамент для подальшого розвитку
автоматизованих систем управління інженерними спорудами.
Класифікація систем охоронної сигналізації
Сучасні системи охоронної сигналізації поділяються на два основні типи:
дротові та бездротові. Згідно із загальноєвропейським стандартом EN 50131,
бездротові системи не можуть отримувати клас відповідності вище ніж Grade 2.
Обидва типи мають однаковий набір датчиків і виконують однакові функції [24].
Основні типи датчиків охоронної сигналізації
1. Датчики руху.
Інші назви: об’ємні, пасивні інфрачервоні (ІЧ) датчики. Вони реагують на
теплове випромінювання об’єктів у приміщенні. Сучасні моделі можуть
відрізняти тварин (наприклад, собаку чи кота) від людини, що зменшує кількість
хибних спрацювань.
Прості датчики: обробляють сигнал аналоговим методом, але мають
високу ймовірність хибного спрацювання через зміну температурного режиму.
Складні датчики: оснащені цифровими процесорами та багатоканальними
чутливими головками, що дозволяє знизити кількість хибних спрацювань. У
модернізованих моделях додатково інтегровані гіроскоп, сенсори освітленості й
температури, що дозволяє розширити функціонал, наприклад, використовувати
їх у сценаріях керування освітленням і кліматом.
2. Магнітні датчики
Використовуються для визначення відкриття дверей або вікон. Їх
конструкція включає магніт та геркон, розташовані відповідно на рухомій та
нерухомій частинах конструкції. Датчики забезпечують високу надійність та
мінімальну ймовірність хибних спрацювань.
3. Радіохвильові датчики
Вони працюють за принципом аналізу змін довжини або частоти хвиль,
відбитих від об’єктів (ефект Доплера). Основними недоліками є висока
ймовірність хибних спрацювань через рух механізмів за перешкодами та
неможливість бездротового виконання через високе енергоспоживання.
48
4. Датчики розбиття скла
Ці датчики аналізують звуки в частотному діапазоні, характерному для
розбиття скла, та можуть контролювати площу до 10 м². Двопорогові моделі
визначають послідовність звуків (удар і дзвін скла), що підвищує їхню точність.
Крім основних, використовуються спеціалізовані датчики (вібраційні, ємнісні,
променеві), а також комбіновані моделі, що об’єднують функції кількох типів,
наприклад, датчики руху та розбиття скла.
Інтеграція в АСУІБ
Сучасні датчики можуть бути залучені до сценарних моделей АСУІБ,
виконуючи не лише функції сигналізації, а й забезпечуючи зворотний зв’язок у
системах управління кліматом, освітленням, роллетами чи вікнами, що значно
підвищує загальну ефективність системи. Збільшення кількості масштабних
офісних комплексів, розширення площ торговельно-розважальних центрів та
зростання поверховості житлових будівель (в Україні – до 32–39 поверхів)
зумовили необхідність інтеграції автономних систем протипожежної
сигналізації, пожежогасіння та контролю рівня загазованості у єдину
автоматизовану систему управління інтелектуальною будівлею (АСУІБ). На
сучасному етапі інформація від пожежних сенсорів надходить не лише до
органів ДСНС України, але й до спеціалізованих моніторингових центрів
власників об’єктів. Такий підхід забезпечує більш оперативне реагування на
надзвичайні ситуації, сприяє організації своєчасної евакуації людей [26].
Типи систем протипожежної сигналізації
Як і системи охоронної сигналізації, протипожежні системи можуть бути
дротовими або бездротовими. Залежно від типу датчиків (сповіщувачів), їх
класифікують так:
1. Теплові датчики
Реагують на зміну температури в приміщенні, поділяються на:
− Порогові: спрацьовують при досягненні певного рівня температури.
Застосовуються в запилених чи агресивних середовищах, але не
забезпечують швидкого реагування.
49
− Диференціальні: аналізують швидкість підвищення температури,
подають сигнал при аномально швидкому прогріванні середовища.
− Комбіновані: поєднують переваги перших двох типів, реагуючи і на
швидке нагрівання, і на досягнення порогової температури.
2. Димові датчики
Більш ефективні завдяки можливості виявлення пожежі на ранніх етапах
(тління). Поділяються на:
− Оптичні: використовують світловий випромінювач і фотоприймач,
можуть бути точковими або лінійними.
− Іонізаційні: контролюють повітря через аспіраційні трубки, реагують
на наявність диму за допомогою заряджених частинок у камері.
Завдяки сучасним процесорам здатні розпізнавати до 1000 типів диму.
3. Датчики полум'я
Фіксують відкритий вогонь через інфрачервоний, ультрафіолетовий або
електромагнітний діапазони. Наприклад, інфрачервоні датчики реагують на
полум’я в діапазоні 760–1100 нм і мають регульовану чутливість.
4. Датчики газу
Реагують на перевищення концентрації чадного газу та інших газів у
повітрі. Встановлюються в технічних приміщеннях, паркінгах та зонах із газовим
обладнанням. У разі виявлення небезпеки датчики подають сигнал на
центральний контролер, який активує вентиляцію і сповіщає персонал.
Інтеграція в АСУІБ
Включення протипожежних систем до єдиної АСУІБ дає змогу створювати
сценарії автоматичного реагування, наприклад: активацію вентиляції при
загазованості, локалізацію пожежі за допомогою систем гасіння або керування
евакуаційними шляхами. Інтеграція таких систем значно підвищує безпеку й
ефективність управління сучасними будівлями.
Завдяки стрімкому розвитку аналітичних функцій систем
відеоспостереження, вони стали невід’ємною частиною будь-якої
автоматизованої системи управління інтелектуальною будівлею (АСУІБ).
50
Сучасні цифрові відеокамери здатні не лише записувати й відтворювати
відеозображення, але й виконувати широкий спектр завдань: охоронні
(реагування на рух), пожежні, контроль доступу (розпізнавання облич для систем
СКУД), моніторинг (вимірювання температури та вологості) тощо [28].
Основними елементами такої системи є:
1. Відеокамери
Сучасні системи використовують цифрові камери, які працюють на основі
протоколу TCP/IP. Для невеликих систем також можливе застосування камер
AHD (Analog High Definition). Вибір типу камери залежить від її призначення:
− Купольні камери зазвичай встановлюють у приміщеннях та ліфтових
кабінах.
− Циліндричні камери призначені для зовнішнього використання та
контролю прилеглої території.
− Роботизовані камери (Speed Dome) працюють у режимі патрулювання
або керуються операторами.
− ANPR-камери (Automatic Number Plate Recognition) забезпечують
розпізнавання автомобільних номерів, контроль в’їздів і виїздів, а
також моніторинг місць у паркінгах.
2. Сервери зберігання
Для великих систем використовуються мережеві пристрої зберігання
(NAS) із великим обсягом пам’яті (понад 200 ТБ). У невеликих системах
зберігання забезпечують відеореєстратори, які обробляють потік від 4 до 32
камер. Відеореєстратори можуть також виконувати функції серверів керування
та аналітики.
3. Сервери керування та аналітики
Ці програмно-апаратні комплекси обробляють значні обсяги відеоданих,
що надходять із камер у реальному часі або зберігаються на NAS. Вони
забезпечують:
− Аналітичний пошук у відеоархівах.
− Аналіз відеокадрів (зникнення чи поява об'єктів, їх супровід).
51
− Моніторинг перетину умовних меж.
− Розпізнавання марки, кольору, напрямку руху та швидкості
автомобілів.
Для великих АСУІБ із локальними або центральними ситуаційними
центрами доцільно використовувати відеостіни – матриці з 9, 16 або більше
великих LED-панелей.
Вони дозволяють одночасно відображати інформацію з великої кількості
камер, забезпечуючи зручність моніторингу.
Система управління кліматом (опалення, вентиляція, кондиціонування)
Система управління ОВК (опалення, вентиляція та кондиціонування, або
HVAC – Heating, Ventilation & Air Conditioning) є саморегульованою системою,
що забезпечує підтримку комфортного клімату в приміщеннях із максимальною
оптимізацією енергоспоживання. Ця система є невід’ємною складовою
автоматизованої системи управління інтелектуальною будівлею (АСУІБ).
Основні функції системи ОВК:
− Опалення – нагрівання повітря та контроль його сухості через
регулювання тепловіддачі джерел нагріву.
− Вентиляція – забезпечення належного складу й якості повітря шляхом
природної або примусової вентиляції, а також його фільтрація перед
потраплянням у приміщення.
− Кондиціонування – охолодження повітря та регулювання його
вологості.
Об’єднання опалення, вентиляції та кондиціонування дозволило
комплексно контролювати клімат у приміщеннях, створюючи комфортні умови
для перебування людей. Розвиток цих трьох компонентів ішов паралельно,
завдяки чому з’явилися різноманітні комбінації систем для клімат-контролю.
Автоматизація зменшує перевитрату ресурсів, що позитивно впливає на
енергоефективність. Управління системою здійснюється через єдиний
центральний інтерфейс, причому контроль ведеться за зонами, а не окремими
пристроями. Система інтегрується з іншими елементами АСУІБ, зокрема
52
системами освітлення. Пристрої ОВК використовують стандартні протоколи
зв’язку, такі як RS232 та RS485, що забезпечує їхню сумісність. Одним із
напрямів розвитку є впровадження «погодного регулювання», яке замінює
традиційний режим управління опаленням «зима–літо». Сучасний підхід
базується на ПІД-регуляторах, які адаптують температуру у приміщеннях
відповідно до зовнішніх умов. В Україні такі рішення реалізує компанія «РАУТ-
Автоматік».
Система управління освітленням
Сучасні розробки в галузі освітлювальних технологій дали змогу
створювати автоматизовані та ручні системи управління освітленням (СУО), які
виконують дві ключові функції: забезпечують комфортність освітлення та
сприяють значній економії електроенергії. Якісна система СУО повинна
виконувати такі завдання:
− автоматично змінювати рівень освітлення залежно від присутності;
− забезпечувати постійне освітлення певних зон (робочі місця, холи,
території біля будівель тощо);
− надати можливість користувачам вручну регулювати рівень
освітленості у конкретних зонах;
Основу системи становлять електронні пристрої запуску ламп, що
дозволяють регулювати світловий потік, який генерується освітлювальними
приладами.
Аналогове регулювання
У цьому випадку команди надходять безпосередньо від оператора або з
датчиків у вигляді постійної напруги (1-10 В), що змінює інтенсивність світла.
Для вимірювання рівня освітленості використовуються датчики, як-от
фоторезистори чи фотодіоди, чутливі як до природного, так і до штучного світла.
Цифрове регулювання
Цей тип управління дозволяє програмувати освітлення, здійснювати
адресне управління приладами та запам’ятовувати попередньо встановлені рівні
освітленості. Передача команд відбувається через закодовані цифрові сигнали.
53
Протокол DALI
Для усунення несумісності між пристроями різних виробників, провідні
компанії (Osram, Philips, TridonicAtco тощо) у 1990-х роках створили єдиний
стандарт – DALI (Digital Addressable Lighting Interface).
Цей протокол забезпечує двосторонній обмін даними між DALI-
контролерами та пристроями, дозволяючи управляти до 64 незалежних
пристроїв у межах однієї лінії, з можливістю масштабування до 12 800 адрес за
допомогою маршрутизаторів.
Використання систем управління освітленням (СУО), оснащених
датчиками освітленості, руху, присутності та часу, дозволяє знизити витрати
електроенергії на освітлення до 75%. У масштабах держави це може забезпечити
щорічну економію, що вимірюється десятками мільярдів кіловат-годин.
Система запобігання затопленню («Антипотоп»)
Витік води з системи водопостачання здатний спричинити серйозні
пошкодження конструкцій будівлі, псування меблів та оздоблення, а також
створити небезпеку короткого замикання в електромережі. Для запобігання
таким наслідкам першочерговим завданням є своєчасне виявлення протікання.
Сучасні датчики протікання встановлюються у місцях потенційного
накопичення води – санвузлах, насосних станціях, підвальних приміщеннях чи
дренажних каналах. Принцип роботи системи полягає у фіксації контакту води з
сенсором: при замиканні електричного кола формується сигнал, який
передається до контролера АСУІБ або регулюючого пристрою для перекриття
подачі води. Система може як повідомити власника про проблему, так і
автоматично здійснити необхідні дії.
При інтеграції датчиків із системою сигналізації чи «розумним будинком»
через шлюзи повідомлення може надходити через мобільну мережу або інші
канали зв’язку, що дозволяє оперативно реагувати на аварію. У багатьох
випадках система працює у комплексі з кульовими кранами, обладнаними
сервоприводами: сигнал від датчика через контролер активує кран,
перекриваючи водопостачання.
54
Основними елементами системи є:
− контролер;
− датчик протікання;
− кульовий кран із сервоприводом.
Датчики можуть бути дротовими (живлення 5–12 В, підключення кабелем)
або бездротовими, що взаємодіють через протоколи Wi-Fi, LoRaWAN,
GSM/GPRS, ZigBee тощо. Дротові сенсори потребують прокладання кабелів, що
ускладнює монтаж після ремонту, тоді як бездротові забезпечують більшу
гнучкість. Запірна арматура може живитися від мережі 220 В, блоків живлення
12 В або акумуляторів 5 В, що дозволяє адаптувати систему до різних умов
експлуатації.
Система збору показників приладів обліку
Практика показує, що однією з головних проблем у сфері обліку
енергоресурсів є недостатня автоматизація процесу. Традиційно облік
електроенергії обмежується встановленням лічильників, тоді як для води та
тепла важливими є точність і своєчасність передачі даних. Автоматизована
система комерційного обліку енергоресурсів (АСКОЕР) – це комплекс
метрологічно атестованих технічних засобів, призначених для автоматизованого
збору та обліку електричної і теплової енергії, а також витрат води у житлово-
комунальному та комерційному секторі. Її мета – забезпечення
енергозбереження та коректних фінансових розрахунків.
АСКОЕР виконує такі завдання:
– отримання достовірних даних про споживання енергоресурсів;
– зниження трудомісткості та вартості робіт зі збору й обробки показників;
– забезпечення прозорих фінансових розрахунків.
Основні цілі створення системи:
– комерційний облік електроенергії, тепла та води;
– автоматизований збір даних;
– зберігання результатів вимірювань у базі даних;
– передача інформації у єдину централізовану систему.
55
АСКОЕР складається з двох підсистем:
1. Інформаційно-вимірювальний комплекс (ІВК) – включає лічильники
електроенергії, тепла та води, а також обладнання для передачі даних
(часто через протоколи Modbus RTU або Modbus TCP).
2. Інформаційно-обчислювальний комплекс (ІОК) – містить сервери,
апаратуру для збору та обробки даних і автоматизовані робочі місця
операторів. ІОК здійснює регулярне опитування приладів, перевіряє
достовірність показників, зберігає їх та взаємодіє з білінговими
системами.
Система автоматично фіксує показання лічильників, дозволяючи
реалізувати алгоритми розрахунку споживання з урахуванням тарифів. Вона
накопичує та передає дані за регламентом або на запит. До контролерів можна
підключати до 1000 точок обліку різних типів, що дає змогу формувати
масштабні бази даних. Спеціалізоване програмне забезпечення забезпечує
автоматичний облік і формування графіків споживання у погодинному,
добовому, місячному чи річному вимірі, доступних для аналізу у графічному та
табличному форматах.

2.3. Режими управління в автоматизованій системі керування IoT
приладами
У практичній реалізації автоматизованих систем управління
інтелектуальною будівлею (АСУІБ) виділяють чотири основні режими
функціонування: інформаційний, режим порадника, супервізорний режим та
режим прямого цифрового управління [42].
Вибір конкретного режиму визначається низкою чинників: стратегічними
цілями управління, способом застосування Керуючого Обчислювального
Комплексу (КОК), методами реалізації ключових інформаційних та керуючих
функцій, а також рівнем складності й типом об’єкта, що підлягає управлінню.
Інформаційний режим у контексті АСУІБ реалізується через функціональну
структуру автоматизованої системи управління технологічними процесами
56
(АСУТП). У цьому режимі система виконує роль інформаційного середовища,
яке забезпечує збір, обробку та подання даних для прийняття управлінських
рішень. Схематичне відображення роботи АСУТП у зазначеному режимі
наведено на рисунку 2.5.

Рис. 2.5. Функціональна структура АСУТП в інформаційному режимі

де ОУ – об'єкт управління; Д – датчики; САР – локальні САР; ПЛУ – пристрій
логічного управління; ПУ – пульт управління; ПВІ – пристрої відображення
інформації; ВМ – виконавчі механізми; КОК - керуючий обчислювальний
комплекс. В інформаційному режимі АСУІБ виконують інформаційні функції та
прості керуючі функції, такі як захист обладнання від аварій і стабілізація
параметрів технологічного процесу на певних рівнях за допомогою локальних
систем автоматичного регулювання (САР). Керуючий обчислювальний
комплекс (КОК) отримує всю необхідну інформацію про стан об'єкта
управління, і ця інформація одночасно відображається на пристроях для її
перегляду. Особливістю інформаційної АСУІБ є те, що аналіз отриманих даних,
прийняття рішень і їх виконання здійснюється оператором, який може
безпосередньо впливати на виконавчі механізми або задавати уставки для
локальних САР. Основним недоліком інформаційних АСУІБ є те, що витрати на
їх модернізацію та удосконалення не завжди відповідають отримуваним
результатам.
57

Рис. 2.6. Функціональна структура АСУТП супервізорного управління

Режим порадника
Так званий «активний порадник» у структурі АСУІБ має схожість з
інформаційними системами, проте його функціонал розширений за рахунок
аналітичних можливостей. У цьому режимі здійснюється аналіз даних про об’єкт
управління, пошук оптимальних рішень із застосуванням економіко-
математичних методів та формування рекомендацій для оператора. Водночас
остаточне прийняття рішень і реалізація керуючих дій залишаються за людиною.
Локальні системи автоматичного регулювання (САР) у такій конфігурації не
лише стабілізують процес, але й дозволяють програмно змінювати його
параметри. Недоліком режиму є залежність від суб’єктивного рішення
оператора, який може проігнорувати навіть оптимальну пораду. Разом із тим,
режим «порадника» створює умови для апробації нових алгоритмів управління
та математичних моделей без прямої участі людини, що дає змогу розробникам
швидко усувати недоліки.
Режим супервізорного управління
На відміну від режиму порадника, супервізорне управління передбачає
включення Керуючого Обчислювального Комплексу (КОК) у замкнутий контур
управління. У цьому випадку керуючі впливи від КОК трансформуються в
уставки для локальних САР. Функціональна схема роботи системи в такому
режимі наведена на рисунку 2.6.
58
Основна мета супервізорного управління полягає у підтриманні
технологічного процесу в межах оптимальної робочої точки шляхом
оперативного втручання. Це забезпечує автоматичну корекцію параметрів без
постійної участі оператора. КОК виконує ті ж розрахунки, що й у режимі
порадника, проте результати подаються не як рекомендації, а як сигнали для
зміни налаштувань регуляторів. Роль оператора зводиться до загального
моніторингу процесу, а його втручання потрібне лише у випадках аварій чи
відмови КОК. Перевага цього режиму полягає у постійному контролі та
автоматичному наближенні процесу до оптимальної точки, що мінімізує ризики,
пов’язані з людським фактором.
Режим безпосереднього цифрового управління
У цьому режимі КОК здійснює прямий вплив на виконавчі механізми,
передаючи керуючі сигнали безпосередньо до них. Локальні САР при цьому не
беруть участі в управлінні, що відрізняє його від попередніх режимів. Такий
підхід забезпечує більш швидкий та прямий контроль над технологічним
процесом, оскільки команди надходять безпосередньо до виконавчих пристроїв,
мінімізуючи затримки та проміжні етапи.

Рис. 2.7. Функціональна структура АСУТП в режимі безпосереднього
цифрового управління
59
У режимі прямого цифрового управління Керуючий Обчислювальний
Комплекс (КОК) фактично замінює регулятори у всіх каналах керування,
кількість яких може досягати кількох сотень. Участь оператора в роботі АСУІБ
зводиться лише до реагування на критичні ситуації, для чого передбачено
спеціалізований пульт управління. В автоматизованій системі технологічних
процесів (АСУТП), що функціонує у цьому режимі, на відміну від
супервізорного управління, замість розрахунку уставок здійснюється визначення
безпосередніх значень керуючих сигналів, які передаються прямо на виконавчі
механізми.
Ключовою перевагою АСУІБ у режимі безпосереднього цифрового
управління є висока гнучкість, що забезпечується можливістю швидкого
внесення змін до програмних алгоритмів. Такий підхід дозволяє реалізовувати
автоматичне керування технологічним процесом не лише в умовах штатної
роботи, але й під час запуску, зупинки чи перемикання основного та
допоміжного обладнання на інші режими функціонування.
Водночас головним недоліком цього режиму є ризик втрати контролю над
процесом у випадку відмови НВК. Подолати цю проблему можна шляхом
резервування критично важливих компонентів КОК, підвищення надійності
системи через інтеграцію із супервізорними контурами управління або переходу
до розподілених систем керування.

Висновки до другого розділу
У розділі проведено аналіз поточного стану та перспектив розвитку
автоматизованих систем управління (АСУ) і інформаційно-комунікаційних
технологій, а також здійснено прогноз щодо еволюції систем «Інтернету Речей»
на найближчі роки, з урахуванням глобальних тенденцій в області автоматизації
та цифровізації. Вивчено існуючі структури систем управління
інтелектуальними будівлями, що дозволило визначити основні проблемні
аспекти кожної з них. Особлива увага приділена недолікам централізованих
АСУІБ, які обмежують можливість їх використання для великих масштабованих
60
систем. Виявлено, що централізовані рішення мають обмеження в
масштабуванні, що потребує розробки більш гнучких і дистрибутивних підходів.
Проаналізовано характеристики основних компонентів автоматизованої системи
управління інтелектуальною будівлею. Описано ключові підсистеми АСУІБ, їх
функціональне призначення, а також методи їх побудови та інтеграції, що дає
змогу оцінити ефективність кожної з них у контексті сучасних технологій.
Проведено огляд сучасного стану систем відеоспостереження, як важливої
складової АСУІБ. Оскільки сучасні камери відеоспостереження все частіше
оснащуються сенсорами (температури, вологості, руху, якості повітря тощо), цей
аналіз дозволяє комплексно розглянути проблему інтеграції сенсорів в мережі
WSN, з урахуванням вимог безпеки та їх впливу на функціональність системи.
Описано режими керування АСУІБ та існуючі методи розробки
автоматизованих систем управління для інтелектуальних будівель. Зокрема,
порівняно традиційний метод проектування АСУ з новітнім підходом, що
базується на використанні інформаційних моделей будівель (BIM). Цей метод,
завдяки своїй інноваційності, набирає популярності серед інженерів-
проектувальників АСУІБ, оскільки він дозволяє знижувати витрати на розробку
та полегшує інтеграцію різних компонентів.

61
РОЗДІЛ 3
ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПРОЦЕСУ УПРАВЛІННЯ
РОЗУМНИМ БУДИНКОМ

3.1 Архітектура проекту ІоТ-рішення
Центральним елементом, що інтегрує всі компоненти системи «розумного
дому» в єдину мережу, виступає хаб. Він може функціонувати у провідній,
бездротовій або комбінованій конфігурації. Хаб не лише забезпечує з’єднання
між пристроями, але й виконує низку ключових завдань: керує роботою
елементів системи, додає або видаляє нові пристрої, здійснює маршрутизацію
повідомлень та накопичує інформацію для подальшого використання.
Важливою складовою інтелектуальної системи є мобільний інтерфейс
взаємодії, який зазвичай реалізується у вигляді графічного інтерфейсу
користувача (GUI), веб-додатку або мобільної програми. Основна його функція
полягає у відображенні даних про стан середовища та забезпеченні зручного
доступу користувача до управління системою.
Мережі та протоколи
Для підключення пристроїв у системі «розумного дому» можуть
застосовуватися як дротові, так і бездротові мережі.
− Провідні мережі забезпечують стабільний і надійний канал зв’язку
завдяки кабельному з’єднанню. Вони характеризуються низькими
вимогами до продуктивності пристроїв, проте потребують прокладання
кабельних трас і обмежуються кількістю портів у хабі.
− Бездротові мережі працюють на основі радіохвиль і не потребують
фізичного з’єднання між пристроями, що робить їх зручними для
використання у вже готових приміщеннях. Недоліком є менша
стабільність зв’язку через велику кількість підключених елементів. Для
таких систем критичною є відповідність частоті радіоканалу, на якому
працює пристрій.
62
До основних протоколів належать:
− провідні – UART, I2C, 1-Wire;
− бездротові – Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, RFID.
Автоматизація
Будь-яка система «розумного дому» функціонує завдяки кінцевим
пристроям, які виконують команди, що надходять від хаба. Ці пристрої умовно
поділяються на два основні класи, кожен з яких відповідає за реалізацію
конкретних функцій управління та взаємодії з користувачем.
Пристрої для збору та зберігання даних:
− Датчики температури та вологості.
− Датчики витоку води.
− Датчики вуглекислого газу.
− Датчики задимлення.
− Датчики відкриття/закриття дверей/вікон.
− Датчики присутності та руху.
Датчики є невід’ємними елементами систем «розумного дому», оскільки
вони здійснюють збір інформації про стан навколишнього середовища та
забезпечують автоматизацію процесів. Окрім універсальних сенсорів, можуть
застосовуватися спеціалізовані датчики, призначені для виконання вузьких
завдань.
Виконавчі пристрої
Основна роль виконавчих механізмів полягає у безпосередньому впливі на
середовище. Прикладом є регулювання термостата для підтримання
оптимального мікроклімату в приміщенні.
Arduino як апаратна платформа
У даному проєкті використовується Arduino – апаратно-програмна
платформа, що включає мікроконтролерну плату з елементами
введення/виведення та середовище розробки Processing/Wiring, побудоване на
основі мови програмування C/C++. Arduino може застосовуватися як для
створення автономних інтерактивних пристроїв, так і для інтеграції з іншими
63
програмними системами. Відкритість платформи забезпечується доступністю
схем друкованих плат, специфікацій компонентів та програмного забезпечення.
Базова плата Arduino складається з мікроконтролера Atmel AVR та допоміжних
елементів для програмування й взаємодії з іншими пристроями. Більшість плат
оснащені стабілізаторами напруги (+5 В або +3,3 В). Обробка даних
здійснюється на частоті 8 або 16 МГц за допомогою кварцового резонатора.
Arduino Uno
Найбільш поширеною версією є Arduino Uno, яка має стандартний USB-
порт та чіп ATMega8U2 для послідовного з’єднання. Плата вирізняється зручним
маркуванням виходів і може бути розширена додатковими модулями. Такі
модулі, відомі як «шилди» (shields), підключаються через штирові роз’єми та
забезпечують розширення функціональності. Виробники пропонують широкий
спектр датчиків і виконавчих пристроїв, сумісних із платформою Arduino. У
цьому проєкті використовується один із шилдів для зручного підключення
сенсорів.
Плати розширення та WeMos
Плати розширення дозволяють керувати різними пристроями, отримувати
дані та розширювати можливості Arduino. Особливою популярністю
користуються плати WeMos, побудовані на основі модуля ESP8266. Вони
сумісні з більшістю сенсорів Arduino та підтримують написання скетчів у
середовищі Arduino IDE. Завдяки WeMos забезпечується робота з Wi-Fi та
взаємодія через інтернет.
WeMos D1 R1, розроблена в Китаї, базується на модулі ESP8266 та має
роз’єм для зовнішньої Wi-Fi антени, що дозволяє збільшити зону покриття.
Контролер включає процесор, оперативну пам’ять, інтерфейси
введення/виведення та периферійні елементи. Плата вирізняється низькою
вартістю, простотою підключення та програмування.
Технічні характеристики WeMos D1 R1
– Вхідна напруга: 3,3 В;
– Wi-Fi модуль ESP8266;
64
– Робоча частота: 80/160 МГц;
– Діапазон робочих температур: від –40 °C до +125 °C.
Сфери застосування
Контролери WeMos використовуються для роботи з температурними та
тисковими датчиками, зарядними пристроями, системами збору даних, пультами
керування побутовою технікою та в робототехніці. До плати можна підключати
індикатори, світлодіоди та інші сенсори, що дозволяє реалізовувати різноманітні
проєкти.
Основні піни WeMos
– TX, RX, GND (земля);
– 5V, 3V3;
– RST (кнопка скидання);
– D0–D8 (GPIO; усі, крім D0, підтримують переривання, PWM, I2C).
На рисунку 3.1 наведено схему виходів плати WeMos D1 R1.

Рис. 3.1. Схема виходів WeMos D1 R1

Щоб почати працювати з WeМos D1, потрібно встановити драйвер CH340
і Arduino IDE. Знайти драйвер можна на офіційній сторінці [11].
65

Рис. 3.2. WeMos D1 R1 з вбудованим Wi-Fi esp 8266

Для початкового налаштування необхідно відкрити меню «Файл –
Налаштування», у полі «додаткові посилання для менеджера плат» ввести
відповідне посилання та підтвердити дію кнопкою ОК. На рисунку 3.2 наведено
зовнішній вигляд плати WeMos D1 R1, яка оснащена інтегрованим модулем Wi-
Fi ESP8266 [12].
Далі слід перейти до меню «Інструменти – Плата – Менеджер плат», знайти
пакет «esp8266 by ESP8266 Community», виконати його інсталяцію та закрити
вікно. Після цього у списку меню «Інструменти» з’явиться можливість вибору
мікроконтролера WeMos D1.
Наступним етапом є конфігурація режимів роботи: встановлення
параметра «завантаження коду», вибір відповідної тактової частоти, визначення
розміру флеш-пам’яті, налаштування швидкості передачі даних та вибір
потрібного порту.
Плати, побудовані на базі ESP8266, вважаються одним із найефективніших
рішень для організації мережевої взаємодії у невеликих проєктах. За своїми
характеристиками WeMos D1 R1 має багато спільного з платформою Arduino
Uno, що робить її зручною для використання як початківцями, так і досвідченими
розробниками.
66
3.2 Комунікаційні системи
Для створення «розумного будинку» використовувалися наступні типи
датчиків, детальні характеристики яких можна знайти у джерелах [8], [9], [10]:
1. Модуль цифрового датчика вологості та температури.
2. Цифровий датчик освітленості.
3. Датчик торкання TTP223B.
4. Датчик диму.
5. Міні серводвигун SG90.
6. Датчик руху.
7. Модуль реального часу.
Модуль цифрового датчика вологості та температури зображено на
рисунку 3.3, а його схему підключення можна побачити на рисунку 3.4. Датчик
вологості і температури DHT11 виготовлений у вигляді модуля і встановлений
на платі. Він може бути підключений безпосередньо до Arduino, без необхідності
підключення додаткового резистора, оскільки резистор вже встановлений на
платі. Цифровий датчик освітленості представлено на рис. 3.5. Він призначений
для вимірювання освітлення. Модуль датчика світла з пороговим компаратором.
Поріг спрацьовування компаратора регулюється змінним резистором.

Рис. 3.3. Датчик вологості та температури
67

Рис. 3.4. Схема підключення датчика вологості та температури

При затемненому датчику на виході встановлюється напруга логічної 1 і
індикаторний світлодіод не горить. При спрацюванні датчика і при
спрацьовуванні компаратора на виході встановлюється логічний 0 і запалюється
індикатор світлодіоду.
Призначення виходів:
− VCC – вхід напруги 3.3-5 В.
− GND – загальний.
− DO – цифровий вихід.
68

Рис. 3.5. Датчик освітленості цифровий

Наступний модуль – датчик диму, представлений на рис. 3.6 для
виявлення газу та диму та на рис. 3.7 електрична схема датчика диму.

Рис. 3.6. Датчик диму
69
Наступний датчик, який застосували – сенсорний.
Сенсорний модуль побудований на мікросхемі датчика торкання
TTP223B. У нормальному стані на виході модуля низький логічний рівень. При
торканні сенсорного поля на виході встановлюється високий логічний рівень.
Модуль можна монтувати на неметалеві поверхні ( пластикові, скляні або будь-
які інші). Може застосовуватися як прихована кнопка.

Рис. 3.7. Електрична схема датчика диму

Особливості:
− діапазон напруги живлення від 2 до 5.5В;
− може застосовуватися як прихована кнопка;
− зручне кріплення.
Призначення виходів модуля показано на рис. 3.8, сам датчик на рис. 3.9:
− інтерфейс: GND – загальний, VCC – живлення, SIG (DI) – вихід;
− індикатор живлення: зелений світлодіод, що світиться при подачі
напруги живлення;
− область сенсора;
− кріпильні отвори.
70

Рис. 3.8. Виходи сенсорного модуля

Рис. 3.9. Сенсорний модуль
71
На рисунку 3.10 наведено приклад датчика руху, що використовується з
платформою Arduino. Пристрій здатний фіксувати переміщення людини,
тварини чи іншого об’єкта в межах до 7 метрів. Конструктивно він має два входи
живлення (+5 В та «земля») і один цифровий вихід, через який передаються
результати вимірювань.
Принцип роботи полягає у зміні рівня сигналу:
− за відсутності руху на виході формується високий рівень (3,3 В);
− при появі рухомого об’єкта сигнал переходить у низький стан (0 В).
− Датчик оснащений перемикачем режимів:
− у положенні H вихідний сигнал утримується на високому рівні
протягом усього часу, коли фіксується рух;
− у положенні L сигнал змінюється циклічно – від високого до низького
та навпаки приблизно раз на секунду.
Таким чином, датчик руху для Arduino забезпечує просту та ефективну
інтеграцію у системи автоматизації, дозволяючи реалізовувати як базові, так і
більш складні сценарії керування.

Рис. 3.10. Датчик руху
72
Використання серводвигунів у системах автоматизації
Застосування серводвигунів у сфері автоматизації приміщень є одним із
ключових напрямів розвитку сучасних технологій. Сам термін «серво» походить
від латинського слова servus («помічник», «раб»), що підкреслює допоміжну
роль цього елемента у функціонуванні системи. Електронний модуль, який
забезпечує взаємодію з мотором, отримав назву сервопривід.
У робототехнічних системах серводвигуни використовуються переважно
для управління положенням та орієнтацією маніпуляторів. Вони забезпечують
один із найважливіших видів автоматичного керування — точне переміщення
виконавчих механізмів у задану позицію. При цьому вихідна потужність
сигналу, що надходить до виконавчого пристрою, значно перевищує потужність
вхідного сигналу, що гарантує ефективність роботи.
Принцип дії
Алгоритм функціонування серводвигуна полягає у формуванні керуючим
пристроєм вхідного сигналу, який визначає необхідний кут повороту. Цей
сигнал надходить до двигуна, де багаторазово посилюється та трансформується
у вихідне значення, максимально наближене до заданого. Таким чином
забезпечується безпосереднє керування механізмом.
У сучасних роботах обчислення необхідних параметрів здійснюється
комп’ютером. Система зворотного зв’язку передає інформацію про фактичне
положення маніпулятора, яке порівнюється з бажаним. Це дозволяє досягти
високої точності управління та стабільності роботи.
Характеристики міні-серводвигуна SG90
− швидкість без навантаження: 0,12 сек/60° при живленні 4,8 В;
− крутний момент: 2 кг/см;
− робочий температурний діапазон: від –30 °C до +60 °C;
− ширина «мертвої зони»: 4 мкс;
− робоча напруга: 3,5–8,4 В;
− споживаний струм у русі: 50–80 мА;
− споживаний струм у стані затримки: 5–10 мА;
73
− максимальний кут повороту: 180°;
− габарити: 3,3 × 3 × 1,3 см;
− вага: 15 г.
Переваги використання
Серводвигуни у виконавчих системах реалізують автоматичне управління,
що забезпечує точне позиціонування необхідних елементів динамічної системи.
Їхні ключові переваги:
− висока динаміка та швидкодія;
− точність керування;
− широкий діапазон регулювання швидкості;
− компактність і мала вага;
− стійкість та надійність у роботі.
У власному проєкті я використовую міні-серво SG90 із пусковим
моментом 2 кг/см, який зображено на рисунку 3.11.

Рис. 3.11. Мінісерво SG90
74
Схема підключення серводвигуна представлена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Електрична схема системи підключення серводвигуна до Arduino

Схема підключення через макетну плату представлено на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Підключення серводвигуна до Arduino
75
Модуль з годинником в реальному часі представлено на рис. 3.14. Дозволяє
знати точний час без підключення до інтернету. Модуль можна використовувати
з контролерами Arduino, підключивши його з'єднувальними дротами.

Рис. 3.14. Модуль з годинником реального часу

У представленому макеті системи безпеки приміщення використано
модуль відеоспостереження, створений на основі плати ESP32-CAM,
зображеної на рисунку 3.15. Камера, оснащена мікроконтролером ESP32, здатна
функціонувати як вебсервер, до якого можна отримати доступ із будь-якого
пристрою, підключеного до локальної мережі.
Додатковою перевагою є можливість інтеграції цього вебсервера з
сучасними платформами автоматизації «розумного дому», зокрема з Home
Assistant, що забезпечує централізоване керування та розширює функціональні
можливості системи безпеки. Перед початком складання макету необхідно
завантажити у плату робочий скетч, після чого підключити всі сенсори та
перевірити їхню працездатність у тестовому режимі. Для цього прошиту плату
запускають і під’єднують серводвигуни та інші елементи обладнання,
забезпечуючи їхню роботу протягом 2–3 хвилин без навантаження. Одним із
найпоширеніших рішень для організації бездротового зв’язку в проєктах
76
«розумного дому» є мікросхема ESP8266. Використання цього контролера
дозволяє реалізувати Wi-Fi-з’єднання, забезпечуючи пристроям на базі Arduino
доступ до інтернету, дистанційне керування та збір даних.

Рис. 3.15. Камера відеоспостереження на основі плати ESP32-CAM

Основні характеристики ESP8266:
− підтримка Wi-Fi протоколів 802.11 b/g/n із захистом WEP, WPA,
WPA2;
− наявність 14 портів введення/виведення, інтерфейсів SPI, I2C, UART
та 10-бітного АЦП;
− можливість роботи з зовнішньою пам’яттю обсягом до 16 МБ;
− робоча напруга 2,2–3,6 В, споживаний струм до 300 мА.
Для побудови системи обрано тришарову архітектуру. Перший рівень –
домен сенсорних вузлів, що здійснюють збір даних про навколишнє
середовище. Другий – мережевий рівень, який відповідає за передачу
інформації та керуючих сигналів між мікроконтролером і панеллю управління
користувача. Така структура забезпечує узгоджену взаємодію між апаратними
компонентами та програмними засобами системи.
77

Рис. 3.16. Схема архітектури ІоТ застосунка

Обрано хмарну платформу, що забезпечує покращення інтеграції та
обміну інформацією між розподіленими системами Arduino IoT Cloud.
Архітектурна схема представлено на рис. 3.16.

3.3 Аналіз захищеності інформації та методів для захисту
За інформацією компанії Rambus, одного з провідних постачальників
інтелектуальної власності та мікросхем, близько 80% пристроїв Інтернету речей
(IoT) залишаються потенційно вразливими до різноманітних сценаріїв атак.
Використання автономних пристроїв, що не мають доступу до мережі Інтернет,
становить мінімальний рівень ризику. Проте після їх інтеграції у глобальну
мережу виникає значна кількість загроз для кібербезпеки.
Усі «розумні» пристрої, що застосовуються у системах інтелектуального
дому — від освітлювальних систем і камер відеоспостереження до мікрофонів,
замків та побутової техніки — посилюють небезпеку несанкціонованого
доступу. Експерти з кіберзахисту постійно наголошують на високій ймовірності
хакерських атак та ризиках, пов’язаних із використанням таких технологій.
78
До категорії «розумних» пристроїв входять не лише спеціалізовані
сенсори чи системи безпеки, а й традиційні побутові прилади: телевізори,
камери, автоматичні годівниці для тварин, механізми відкривання дверей,
холодильники тощо. Вбудовані датчики постійно збирають дані, що робить їх
потенційно вразливими для злому. Аналогічна небезпека стосується і самої
домашньої мережі: зловмисники можуть отримати до неї доступ, тому
користувачам необхідно дотримуватися суворих правил безпеки.
Підключені пристрої та прилади можуть бути атаковані так само, як
вебсайти чи персональні комп’ютери. Надійно спроєктована мережа «розумного
дому» повинна включати маршрутизатор корпоративного рівня з активованим
брандмауером, що забезпечує базовий захист від зовнішніх загроз.
Найбільш уразливими залишаються зовнішні пристрої з інтегрованими
мікрокомп’ютерами, які не підтримують або підтримують лише обмежені
протоколи безпеки. Приклади таких пристроїв – системи автоматичного
відкривання дверей та бездротові дверні дзвінки, які можуть бути зламані ззовні
без фізичного доступу до будівлі.

Рис. 3.17. Рівні мінімальних вимог безпеки
79
Другим за рівнем ризику в системах «розумного дому» є внутрішні
пристрої, якими користувач може керувати за допомогою смартфона чи
персонального комп’ютера. До цієї категорії належать інтелектуальні лампи,
вимикачі, камери відеоспостереження, електронні замки, термостати та інші
побутові елементи автоматизації. Вразливість таких пристроїв часто зумовлена
недостатньо захищеними ідентифікаційними маркерами, а також слабкими
місцями у протоколах зв’язку, що використовуються для їх інтеграції в мережу.
Додатковим фактором ризику є конфігураційні налаштування, залишені
виробником за замовчуванням, які можуть стати точкою входу для
зловмисників.

Рис. 3.18. Схема мінімальних вимог безпеки

Таким чином, підключення до мережі може стати інструментом для
компрометації систем контролю та отримання доступу до більш значущих цілей.
У випадку злому зловмисники здатні відключити камери відеоспостереження чи
охоронні сигналізації, що фактично відкриває їм шлях до повного контролю над
80
приміщенням. Незахищена домашня мережа перетворюється на вразливу точку,
яка може бути використана для крадіжки особистих даних та порушення
конфіденційності.
Рівень реальних порушень безпеки залишається невизначеним, адже
виробники не розкривають відповідну інформацію, а питання кіберзахисту не
належить до компетенції конкретного регулятора. Водночас фактичні докази
атак стають дедалі очевиднішими, оскільки шахрайські методи постійно
вдосконалюються разом із розвитком технологій. У даній роботі розроблено
схему мінімальних вимог до безпеки системи «розумного дому», яка наведена
на рисунку 3.18.
Багато виробників пропонують пристрої, що залишаються доступними без
належної авторизації чи автентифікації, що створює додаткові ризики. Для
захисту домашньої інфраструктури необхідно дотримуватися низки заходів:
− купувати обладнання виключно від перевірених постачальників,
враховуючи його сильні та слабкі сторони;
− приділяти особливу увагу безпечному плануванню Wi-Fi-мережі,
включаючи зміну стандартних імен та паролів маршрутизатора;
− створювати ізольовані сегменти мережі для розмежування даних
«розумного дому», особистої інформації та гостьових підключень;
− застосовувати політику надійних паролів та регулярно оновлювати
прошивку пристроїв;
− у складних випадках звертатися до професійних консультантів для
проєктування та налаштування інфраструктури.
Крім того, рекомендується вимикати або відключати обладнання, яке не
використовується, а перед його продажем чи утилізацією обов’язково очищати
всі заводські налаштування за замовчуванням. Це дозволяє мінімізувати ризики
та забезпечити належний рівень кіберзахисту системи «розумного дому».

81
Висновки до третього розділу
У даному розділі представлено розроблену архітектуру системи розумного
будинку, яка поєднує програмні та апаратні компоненти. Відмінною
особливістю запропонованої архітектури є її гнучкість, що дозволяє адаптувати
систему під різні сценарії використання, та масштабованість, яка забезпечує
можливість розширення функціоналу без значних змін у базовій структурі. На
основі цієї архітектури створено програмно-апаратний комплекс, що включає
сенсори температури, вологості, руху та освітленості, виконавчі пристрої для
керування освітленням і кліматом, а також комунікаційні модулі для взаємодії
між елементами системи. Програмна частина комплексу реалізована у вигляді
серверної платформи для збору та обробки даних, мобільного додатку для
користувачів та веб-інтерфейсу для адміністрування, що забезпечує
централізоване управління та аналітику. Розроблено алгоритми функціонування
системи управління та системи контролю, які дозволяють здійснювати
моніторинг стану сенсорів і виконавчих пристроїв у реальному часі та
забезпечують віддалене керування через мобільний або веб-інтерфейс.
Проведені експериментальні дослідження підтвердили відповідність системи
вимогам технічного завдання, зокрема щодо стабільності роботи, точності та
сумісності з різними типами пристроїв. Окрему увагу приділено питанням
інформаційної безпеки: виконано аналіз потенційних загроз та розроблено
методи кіберзахисту, серед яких використання шифрування даних при передачі
інформації, автентифікація користувачів, система журналювання подій та
регулярне оновлення програмного забезпечення. Таким чином, створений
програмно-апаратний комплекс розумного будинку відповідає технічним
вимогам, забезпечує високий рівень безпеки, гнучкість у налаштуванні та
можливість масштабування під майбутні потреби.

82
ВИСНОВКИ

У дослідженні представлено комплексне вирішення актуальної проблеми
автоматизації процесів управління та контролю в системах «розумного будинку»
шляхом розроблення програмно-апаратного комплексу з використанням
сучасних технологій Інтернету речей та хмарних сервісів. Сучасні тенденції
розвитку цифрових технологій висувають дедалі складніші вимоги до побудови
інтелектуальних систем, що зумовлює необхідність створення нових
архітектурних рішень, здатних забезпечити гнучкість, масштабованість та
високий рівень безпеки.
Основна мета роботи полягала у формуванні універсальної архітектури
«розумного будинку», яка поєднує апаратні та програмні компоненти,
забезпечує централізоване та децентралізоване управління, а також підтримує
віддалений контроль у режимі реального часу. Дослідження спрямовано на
подолання обмежень традиційних систем автоматизації, які характеризуються
високою вартістю, складністю інтеграції та недостатнім рівнем захисту
інформації.
Методологічні інновації роботи включають розроблення алгоритмів
функціонування системи управління та контролю, що дозволяють здійснювати
моніторинг та керування пристроями через мобільний додаток і хмарний сервер.
Принципова новизна запропонованого підходу полягає у створенні комплексної
архітектури, яка інтегрує сенсори, виконавчі пристрої, мікроконтролери та
серверні платформи в єдину екосистему, здатну адаптуватися до потреб
користувача та забезпечувати високий рівень персоналізації.
Наукова цінність роботи проявляється у системному аналізі методів
побудови «розумного будинку» та розробленні архітектури, що враховує сучасні
вимоги до безпеки, надійності та масштабованості. Запропоновані рішення
забезпечують можливість інтеграції алгоритмів штучного інтелекту та
машинного навчання для підвищення ефективності функціонування системи.
83
Практичні результати дослідження підтверджують відповідність
розробленого комплексу технічним вимогам: система стабільно працює у режимі
реального часу, забезпечує віддалене керування та демонструє високий рівень
сумісності з різними типами сенсорів і виконавчих пристроїв. Проведений аналіз
кіберзахисту дозволив визначити ефективні методи захисту даних, серед яких
шифрування, автентифікація користувачів та журналювання подій.
Загальна наукова та практична цінність роботи полягає у створенні
комплексного технологічного рішення для автоматизації «розумного будинку»,
яке демонструє принципово новий підхід до інтеграції апаратних та програмних
компонентів, забезпечує високий рівень безпеки та відкриває перспективи для
подальших досліджень і впровадження інновацій у сфері інтелектуальних систем
управління.

84
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. A Practical Evaluation of Information Processing and Abstraction Techniques
for the Internet of Things / G. Frieder, D. Puschmann, P. Barnaghi, F. Carrez.
IEEE Internet of Things Journal. – 2021. № 2. – Р. 340-354.
2. Abubaker Basheer Abdalwhab Altohami, Investigating Approaches of
Integrating BIM, IoT, and Facility Management for Renovating Existing
Buildings: A Review / Abubaker Basheer Abdalwhab Altohami, Nuzul Azam
Haron, Aidi Hizami Ales, Teik Hua Law // MDPI.Sustainability. – 2021. – №13,
P. 3930 – 3960.
3. Barabash O.V. The base model of intellectual knowledge management system
of high-speed moving object based on its verification / O.V. Barabash,
D.M. Obidin, A.P. Musienko // Information processing systems. – Kharkiv:
Kharkiv National University of the Air Force, 2024. – №5 (121). – P. 3-6.
4. Bondarchuk A. Methods and algorithms of optimal controls based on quasi-
stationaryadaptation processes / Bondarchuk A., Vyshnivskyi V. at al // Danish
Scientific Journal (DSJ) Denmark. 2022. №40. PP. 53– 59.
5. Branden С. J. Lambrecht. Perceptual Quality Measure using a Spatio- Temporal
Model of the Human Visual System / C. J. Branden Lambrecht and O.
Verscheure // Proc. SPIE. – March, 2022. – Vol. 2668. – PP. 450-461.
6. CLAP – «розумний будинок» українського виробництва [Електронний
ресурс] // Режим доступу: https://dou.ua/lenta/articles/dou-projector-clap/
(дата звернення 21.10.2025).
7. Diao Y. The design of smart home platform based on Cloud Computing. In
Proceeding of the International Conference on the Design of Smart Home
Platform Based on Cloud Computing, Harbin, China, 12–14 August 2018. –
P. 128.
8. Gaston C. Hillar. MQTT Essentials – A Lightweight IoT Protocol / C. Hillar
Gaston – Packt Publishing, 2023. – 280 p.
85
9. Heavy-ball: A new approach to tame delay and convergence in wireless network
optimization / J. Liu et al. IEEE INFOCOM 2022 – IEEE Conference on
Computer Communications, San Francisco, CA, USA, 10–14 April 2022. Р. 207.
10. Home Automation System [Електронний ресурс] // ScienceDirect – Режим
доступу: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/home-automation-
system (дата звернення 02.10.2025).
11. Jia Ruoxi. Design Automation for Smart Building Systems / Jia Ruoxi, Baihong
Jin // International Journal of Facility Management. – 2024. – №9, P. 1680 –
1699.
12. Johnny K.W. Wong. Development of intelligence analytic models for integrated
building management systems (IBMS) in intelligent buildings / Johnny K.W.
Wong, Heng Li // Intelligent Buildings International. – 2021. – №1, P. 5-22.
13. LonWorks Protocol Overview | Real Time Automation [Електронний ресурс]
// – Режим доступу: https://www.rtautomation.com/lonworks/ (дата звернення
27.10.2025).
14. Miao Wu. Research on the architecture of Internet of Things. / Miao Wu //
ICACTE 9rd International Conference on Advanced Computer Theory and
Engineering, Proceedings 5 – 2022 – pp. 484–487.
15. Minimum number of jumps to reach end [Електронний ресурс] //
GeeksforGeeks – Режим доступу: https://www.geeksforgeeks.org/minimum-
number-of-jumps-to-reach-end-of-a-given-array/ (дата звернення 02.11.2025).
16. Moshenchenko M. Optimization algorithms of smart city wireless sensor
network control Cybersecurity Providing and Telecommunication Systems 2021
(CPITS 2021). Kyiv, Ukraine, January 28, 2021. P. 32-42.
17. Olivier Hersent, David Boswarthick, Omar Elloumi. The Internet of Things: Key
Applications and Protocols. – Willey, 2023. – 370 p.
18. Overcoming Bandwidth Limitations in Wireless Sensor Networks by
Exploitation of Cyclic Signal Patterns: An Event-triggered Learning Approach
[Електронний ресурс] // Режим доступу: https://www.mdpi.com/1424-
8220/20/1/260 (дата звернення 02.10.2025).
86
19. Performance Index / Shariar Makarechi, Roozbeh Kangari // International
Journal of Facility Management. – 2023. – №1, vol.2, P. 886 – 910.
20. Pinto Alessandro. A Design Flow for Building Automation and Control Systems
/ Alessandro Pinto, Alberto L. Sangiovanni-Vincentelli // IEEE Transactions on
Industrial Electronics. – 2024. – №10, P. 2740 – 2747.
21. Rastrigin L.A. The convergence of the randomsearch methodinthe extremal
control of a many parameter system / L.A. Rastrigin // Automation and Remote
Control. 2023. – №24, P. 1337–1342.
22. Rui Yang, Development of Integrated Building Control Systems for Energy and
Comfort Management in Intelligent Buildings / Rui Yang// The University of
Toledo. – 2024. – Ph.D. Dissertation.
23. Schein J. An information model for building automation system / J. Schein //
Automation in Construction. – 2023. – №7, vol.2, P. 125 – 139.
24. Seliuchenko M. Development of monitoring system for end-to-end packet delay
measurement in Software-Defined Networks / M. Seliuchenko, O. Panchenko, //
Мodern problems of radio engineering, telecommunications, and computer
science. Proceedings of the International Conference TCSET‘2019 (Lviv-
Slavske, Ukraine, February 23–26, 2019). – Lviv: Publishing House of Lviv
Polytechnic, 2019. – P. 667-670.
25. Syrotenko Anatolii/ Evaluation of Quality of Hidden Transmitters Detection by
a Group of Coordinated Unmanned Aerial Vehicles on the basis of Entropy
Decrease Dynamics // International Journal of Emerging Trends in Engineering
Research. – 2020. – № 6, Volume 8, P. 2798-2804.
26. The adjacency matrix-based algorithm of constructing barrier coverage in
underwater wireless sensor network [Електронний ресурс] Juan Chang // IEEE
Xplore – Режим доступу: https://ieeexplore.ieee.org/document/ (дата
звернення 02.10.2025).
27. The Evolution of the Smart Building: Past, Present and Future [Електронний
ресурс] // Режим доступу: https://btlnz.co.nz/news/the-evolution-of-the-smart-
building/ (дата звернення 15.10.2025).
87
28. Williams J.M., Khanna R., Ruiz-Rosero J.P., et al., Weaving the wireless web:
toward a low-power, dense wireless sensor network for the industrial IoT, IEEE
Microw. Mag. 18 (7) (2023) 40–63.
29. Yakhyokhuja Valikhujaev. Automatic Fire and Smoke Detection Method for
Surveillance Systems Based on Dilated CNNs // MDPI.Atmosphere. – 2021. –
№11, P. 1241-1256.
30. Баранов О.А. Інтернет речей і право: погляд у майбутнє. Інтернет речей:
проблеми правового регулювання та впровадження: зб. матеріалів доп.
учасн. ІІІ наук.-практ. конф. Київ, 2022. С. 7–13.
31. Баранов О.А. Інтернет речей і штучний інтелект: витоки проблеми
правового регулювання. ІТ-право: проблеми та перспективи розвитку в
Україні: матеріали ІІ міжнар. наук.-практ. конф., м. Львів, 17 листопада
2017 р. Львів, 2021. С. 18–42.
32. Бортник К.Я. Інтернет речей та як він змінить життя. Комп’ютерно-
інтегровані технології: освіта, наука, вир-во. 2023. № 30/31. – С. 14–18.
33. Галай Я.О. Методика забезпечення захисту корпоративної мережі зв’язку
при віддаленому управлінні / Я. О. Галай, А. П. Бондарчук, О. М. Ткаленко,
О. В. Полоневич, О. В. Зінченко // Зв’язок. – 2021. – №1. – С. 55-58.
34. Гордієнко Ю.Г. Інтернет речей як головний чинник впровадження ІТ-
технологій на сучасному підприємстві. Вимірювальна та обчислювальна
техніка в технол. процесах. 2022. № 1. – С. 94–98.
35. Гринкевич Г.О. Метод розгортання архітектури машинного навчання для
IoT-пристроїв на основі безсерверної архітектури / Г.О. Гринкевич //
Зв’язок. – 2021. – №4, С. 68-71.
36. Жук О.В. Аналіз методів управління топологією безпроводових сенсорних
мереж / А.В. Жук, В.А. Романюк // Збірник наукових праць ВІТІ. – 2022. –
№2. – С. 41-47.
37. Журавель В.І. Інтернет речей у системі медичної допомоги: можливості та
безпека. Актуальні проблеми клініч. та профілакт. медицини. 2021. Т. 3,
№ 1/2. – С. 5–12.
88
38. Журавська І.М. IoT-мережа на базі Bluetooth-модулів для
автоматизованого керування споживанням енергоресурсів. Комп’ютерно-
інтегровані технології: освіта, наука, вир-во. 2023. № 30/31. – С. 37–44.
39. Кагало І.О. Адаптивне формування багаторівневої радіоструктури
інтегрованих мереж LTE/Wi-Fi / І.О. Кагало, М.І. Бешлей, М.М. Климаш //
Телекомунікаційні та інформаційні технології. – 2024. – №3, С. 24-38.
40. Коцюбівська К. Впровадження технологій інтернету речей під час
створення системи «Розумний дім». Цифрова платформа. Інформаційні
технології в соціокультурній сфері. 2022. Т. 2, № 2. – С. 136–143.
41. Кравченко Ю.В. Управління апаратними і програмними ресурсами в
комп’ютерній системі на основі методів і моделей штучного інтелекту /
Кравченко Ю.В., Микусь С.А., Руденко Н.В. // Зв’язок. – 2024. – №1, С. 19-
24.
42. Кращенко Д.В. Дослідження методів підвищення енергоефективності у
мережах інтернету речей (ІоТ) / Д.В. Кращенко // Зв’язок. – 2022. – №1,
С. 26-30.
43. Кращенко Д.В. Модернізація схемотехнічної частини датчику руху
«MOTION SENSOR CLMS-1945» / Д.В. Кращенко // Науково-практична
конференція «Проблеми комп’ютерної інженерії» ДУТ – Київ’2021. –
2 грудня. – Київ, 2021. – С. 15-16.
44. Кращенко Д.В. Проблеми сумісності обладнання в автоматизованих
системах // Зв’язок. – 2023. – №3, С. 46-50.
45. Кузьмін О.В. Оптимізація кластерної структури сенсорної мережі методом
імітаційного моделювання / О.В. Кузьмін, В.А. Головко // Комп'ютерні
науки та інформаційні технології. – 2022. – №47. – №1. – С. 103-107.
46. Наконечний А.Й. Інтернет речей і сучасні технології. Вісник
Національного університету «Львівська політехніка». Автоматика,
вимірювання та керування. – 2022. № 852. – С. 136-138.
47. Негрей М. Теорія прийняття управлінських рішень / М. Негрей, К. Тужик.
– Київ: Центр навчальної літератури, 2023. – 272 с.
89
48. Семко О.В. Розробка формальної моделі інтелектуального управління
маршрутизацією в конфліктуючих сенсорних мережах варіативної
топології / О.В. Семко, В.В. Семко // Математичне моделювання в
економіці. – 2023. – № 1. – С. 5-19.
49. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Кільчицький Є.В. Оптимізація та моделювання
пристроїв і систем зв’язку. – К.: Техніка, 2024. – 576 с.
50. Стрела Т.С. Метод вибору головного вузла кластеру в безпроводових
сенсорних мережах з використанням нечіткої логіки / Стрела Т.С. //
Збірник наукових праць ВІТІ. – 2023. – №4. – С. 113-124.
51. Ткаченко О.М. Динамічні рішення при багаторазовій оптимізації запитів /
Лемешко А.В., Замрій І.В., Кращенко Д.В., Підмогильний О.О. //
Телекомунікаційні та інформаційні технології. – 2021. – №2, С. 46-54.
52. Ткаченко О.М. Особливості створення мережевої інфраструктури великого
підприємства / Лемешко А.В., Кращенко Д.В., Кадюк Р.С., Стельмах Т.М.
// Наукові записки Українськогонауково-дослідногоінститутузв’язку. –
2023. – №3, С. 12-18.
53. Толубко В.Б. Метод аналізу якості функціонування системи керування
мережею наступного покоління на основі інформаційно-ентропійних
характеристик / Беркман Л. Н., Заїка В. Ф., Варфоломеєва О. Г., Домрачева
К. О. // Зв’язок. – 2023. – №6, С. 3-8.
54. Яцків Н. Г. Перспективи використання технології блокчейн у мережі
інтернет речей. Науковий вісник НЛТУ України. 2022. Вип. 26. – С. 381-
387.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets