1Inteligetní domácnosti

Inteligentní domácnost je rezidence, která využívá zařízení připojená k internetu pro dálkové sledování a správu různých zařízení a systémů (např. vytápění, osvětlení).

Technologie inteligentní domácnosti (Smart home technology) se často nazývá domácí automatizace nebo domotika. Hlavními oblastmi domácí automatizace jsou bezpečnost, komfort a energetická účinnost. Majitel může dané oblasti obvykle ovládat pomocí svého smartphonu nebo jiného síťového zařízení. První síťový protokol pro domácí automatizaci byl X10, který využívá elektrické vedení pro přenos řídicích signálů. Tyto signály předávají příkazy příslušným zařízením a řídí, jak a kdy mají pracovat (například zapnutí v určitou dobu). Dnešní síťové protokoly pro domácí automatizaci jsou většinou pokryty protokoly určené pro Internet věcí (Internet of the things - IoT) jako Zigbee, Z-Wave, LoRaWan, SigFox, NB-IoT atd., stejně jako Wi-Fi a Bluetooth. Mnoho společností včetně společností Amazon, Apple a Google vydalo své vlastní produkty pro technologie inteligentní domácnosti a domácí automatizační platformy jako Amazon Echo, Apple HomeKit a Google Home. V nově postavených domech je často již navržena infrastruktura pro inteligentní domácnost. Na druhé straně, starší domy mohou být vybaveny inteligentními technologiemi dodatečně.

Obr. 1 Inteligentní domácnost a ilustrace některých jejích reprezentativních technologií

Technologie inteligentní domácnosti vstoupily do stadia, kdy se dotýkají téměř všech aspektů života. Zde jsou uvedeny některé reprezentativní technologie:

- Inteligentní TV - připojují se k internetu, kde na vyžádání přistupují k obsahu prostřednictvím aplikací (například videa a hudba). Některé inteligentní televizory zahrnují také rozpoznávání hlasu nebo gest.
- Systémy inteligentního osvětlení - mohou být vzdáleně ovládány a přizpůsobovány, mohou např. zjistit, v jaké místnosti jsou obyvatelé, a podle potřeby upravovat osvětlení nebo osvětlení regulovat podle dostupnosti denního světla apod.
- Inteligentní termostaty- umožňují např. plánovat, monitorovat a vzdáleně ovládat domácí teplotu. Mohou se také učit chování majitelů domu a automaticky se přizpůsobit tak, aby poskytly obyvatelům větší pohodlí.
- Inteligentní zámky a otevírání garážových vrat - mohou např. zjistit, že jsou obyvatelé blízko u domu a odemknout se.
- Inteligentní bezpečnostní kamery - mohou např. sledovat domy, když jsou majitelé pryč nebo na dovolené.
- Inteligentní pohybové senzory - mohou identifikovat rozdíl mezi obyvateli, návštěvníky, domácími zvířaty a zloději a mohou upozornit příslušné úřady, pokud je zjištěno podezřelé chování.
- Inteligentní kávovary - mohou vařit čerstvou kávu v plánovaném čase.
- Chytré ledničky -jsou schopny sledovat vypršení lhůty spotřeby a vytvářet seznamy nákupů.
- Inteligentní elektrická zástrčka - může např. vyhodnotit přetížení a vypnout se.
- Inteligentní vodoměry - dokáží detekovat poruchy nebo promrzající potrubí a vypnout vodu, aby se zabránilo vytopení domácnosti.

Inteligentní domácnosti mohou nabídnout mnoho výhod, mezi ně patří:

- Klid duše - funkce vzdáleného sledování umožňuje uživatelům monitorovat své domovy a čelit tak nebezpečí, jako je zapomenutý zapnutý kávovar nebo odemčené přední dveře.
- Starší osoby - vzdálené sledování umožňuje seniorům zůstat doma pohodlně a bezpečně. Nemusí se stěhovat do domova s pečovatelskou službou nebo vyžadovat domácí péči 24 hodin denně.
- Komfort a uživatelské preference - inteligentní domácnosti se mohou přizpůsobovat uživatelským preferencím. Např. jakmile dorazíte domů, otevřou se garážová vrata, rozsvítí se světla, krb se zažehne a oblíbená hudba začne hrát na inteligentních reproduktorech.
- Efektivita - domácí automatizace pomáhá efektivně nakládat s energií, vodou a ostatními zdroji.
- Inteligentní vytápění / chlazení - automatizace je schopna naučit se provádět potřebné vytápění / chlazení ve správný čas, např. dům v horkých dnech ochladí, když majitel přichází domů z práce.
- Inteligentní zavlažovací systém - trávník se zavlažuje pouze v případě potřeby přesným množstvím vody.

Jakkoli se systém inteligentní domácnosti snaží uplatnit na trhu, skloňuje se ve spojitosti s nimi několik nevýhod, např. následující:

- Vnímaná složitost. Někteří lidé mají problémy se složitostí technologie nebo se vzdají při prvních potíží. Výrobci inteligentních domácností se zaměřují na snižování složitosti a zlepšování uživatelských dojmů, aby byly příjemné pro uživatele všech typů a technických úrovní.
- Interoperabilita. Aby systémy domácí automatizace byly účinné, musí být zařízení interoperabilní bez ohledu na to, kdo ho vyrobil. Musí používat stejný protokol nebo alespoň zaměnitelný. Vzhledem k tomu, že se jedná o vznikající trh, dosud neexistuje zlatý standard pro domácí automatizaci. Standardizační aliance však spolupracují s výrobci a snaží se o standardizaci protokolů, aby zajistily interoperabilitu a bezproblémovost.
- Zabezpečení inteligentní domácnosti. Pokud by byli hackeři schopni infiltrace inteligentního zařízení, mohli by vypnout zdroje světla a poplašné systémy, odemknout dveře, nechat dům nezabezpečený a následně se do něj vloupat. V takovém případě by mohli hackeři i potenciálně přistupovat do sítě vlastníků domácnosti, což může mít za následek závažnější útoky nebo exfiltraci dat.
- Ochrana dat. Soukromá data uživatelů jsou sdílena jejich zařízeními pro inteligentní domácnosti s výrobci. Výrobci inteligentních zařízení a výrobci platforem mohou shromažďovat a analyzovat údaje spotřebitelů, aby své výrobky mohli lépe přizpůsobit nebo nabízet zákazníkům nové a vylepšené služby. Spolehlivost a transparentnost výrobců jsou tedy rozhodující k vybudování důvěry.

Inteligentní domácnost není vybavena separovanými inteligentními zařízeními a spotřebiči, ale naopak těmi, které dokáží spolupracovat a jsou schopny vytvořit vzdáleně ovladatelnou síť. Všechna zařízení jsou řízena hlavním ovladačem domácí automatizace, který se často nazývá inteligentní domácí rozbočovač.

Inteligentní domácí rozbočovač je hardwarové zařízení, které funguje jako ústřední bod systému inteligentní domácnosti a je schopno sbírat data, zpracovávat data a bezdrátově komunikovat. Slučuje všechny rozdílné aplikace do jedné inteligentní domácí aplikace, kterou mohou majitelé domů ovládat vzdáleně. Nejznámější rozbočovače mají většinou hlasem aktivované systémy, obsahují virtuální asistenty, které se učí a personalizují inteligentní domácnost podle preferencí a vzorů rezidentů. Obsahují algoritmy pro strojové učení, které umožňují aplikacím domácí automatizace přizpůsobit se jejich prostředí. Mezi příklady inteligentních domácích rozbočovačů patří:

- Amazon Echo. Hlasové rozhraní poskytuje Alexa.
- Google Home. Slouží také jako hudební a zábavní rozbočovač, který spravuje jiné reproduktory a televizory prostřednictvím služby Google Cast. Hlasové rozhraní poskytuje Google Assistant. Je schopen ovládat kompatibilní zařízení.
- HomePod. Hlasové rozhraní poskytuje Siri. Může ovládat platformu Apple HomeKit. Je schopen ovládat zařízení kompatibilní s HomeKit. Aplikaci AppleTV lze také použít s HomeKit.

Obr. 2Příklady inteligentních domácích rozbočovačů (zleva - Google Home, HomePod, Amazon Echo)

Pro rozumnou automatizaci vyžaduje centrální jednotka (rozbočovač) sadu snímačů pro ovládání pohonů. Scénáře mohou být složité a podmínky, při kterých se provádí konkrétní akce, lze provádět na základě kombinace hodnot z více senzorů a podmínek. Mezi schopnosti senzorů patří:

- monitorování vnějších podmínek (teplota, tlak, vlhkost, ...),
- monitorování vnitřních podmínek (teplota, tlak, CO2, ...),
- detekce zatopení vodou,
- detekce pohybu,
- detekce otevření/zavření dveří nebo oken,
- monitorování spotřeby energií/zdrojů (vytápění, voda, elektřina, plyn, ...).

Existuje také mnoho možností pro pohony, mimo jiné:

- elektrické spínače (zap./vyp.),
- ovládání otevření/zavření okna,
- ovládání vodního ventilu,
- ovládání žaluzií,
- vytápění / chlazení / klimatizace / zvlhčovač vzduchu atd.,
- osvětlení (vnější, vnitřní, ...),
- alarmy, oznámení, ...,
- filtrace vzduchu, atd.

Některé inteligentní domácí systémy mohou být vytvořeny od začátku („na zelené louce“), například pomocí Raspberry Pi nebo jiné prototypové desky. Jiné lze zakoupit jako sada pro inteligentní domácnosti - také známá jako inteligentní domácí platforma - která obsahuje potřebné součásti k domácí automatizaci. Existuje také mnoho softwarových systémů s otevřeným zdrojovým kódem pro inteligentní domácí automatizaci jako [1], [2], [3]:

- OpenHAB (OH) [4] – Má rozsáhlou uživatelskou komunitu, obrovské množství podporovaných zařízení a integrace. Je napsán v Javě, běží také na Raspberry Pi a je navržen tak, aby byl agnostický. OH zahrnuje iOS a Android aplikace pro ovladání zařízení, stejně jako nástroje pro návrh. Je licencován pod Eclipse Public License.
- Homeassistant (HA) [5] – Je snadno nasaditelný na libovolném počítači, který může spouštět Python 3 a integruje se s velkým množstvím open source i komerčních nabídek. Je licencován pod licencí MIT a podporuje:
  - integraci sAmazon Alexa,
  - integraci sGoogle Assistant.
- Calaos - Calaos je navržen jako plnohodnotná domácí automatizační platforma včetně serverové aplikace, rozhraní dotykového displeje, webové aplikace, nativní mobilní aplikace pro iOS a Android a předkonfigurovaný operační systém Linux, který běží pod ním. Je licencován pod GPLv3.
- Domoticz-Má rozsáhlou knihovnu podporovaných zařízení, velký počet dalších integrací třetích stran, je navržen s rozhraním HTML5 a představuje lehký (lightweight) systém domácí automatizace (například může běžet na Raspberry Pi). Je licencován pod GPLv3.
- MisterHouse - Používá Perl skripty, reaguje na hlasové příkazy a běží na různých zařízeních včetně Linuxu, MacOSu a Windows. Je licencován pod GPLv2.
- OpenMotics - Zahrnuje hardware a software pod licencí s otevřeným zdrojovým kódem. Je určen hlavně pro snadné dodatečné přidání vybavení, zaměřuje se na hardwarové řešení. Je licencován pod GPLv2.

HA a OH se zdají být nejpoužívanější řešení [6], přičemž OH zdá být jako skvělá volba pro zkušené uživatele (zejména kodéry). Komplikované nástroje, které jsou obsaženy v řešení, je možné přizpůsobit a poskytují uživatelům široké možnosti pro nastavení rutin. Všichni ostatní uživatelé by však měli volit HA. Jednodušeji tak vytvoří komplexní inteligentní domácí systém, který bude pro spotřebitele vhodnější.

Zatímco každá inteligentní domácnost je inteligentní budova, ne každá inteligentní budova je inteligentní domácnost. Podnikové, obchodní, průmyslové a obytné budovy všech forem a velikostí (včetně kanceláří, mrakodrapů, bytových domů a kanceláří a rezidencí pro více nájemníků) využívají technologie IoT pro zvýšení účinnosti budovy, snížení nákladů na energii, dopad na životní prostředí a zajištění bezpečnosti, stejně jako zvýšení spokojenosti obyvatel budov. Mnoho obdobných inteligentních technologií používaných v inteligentní domácnosti je nasazeno do inteligentních budov, včetně osvětlení, energie, vytápění a klimatizace a bezpečnostních a přístupových systémů budov.

Například inteligentní budova může snížit náklady na energii pomocí senzorů, které zjišťují, kolik lidí je v místnosti. Teplota se tak může automaticky přizpůsobit. Může se spustit ochlazování místnosti v případě, že snímače detekují naplněnou konferenční místnost. Nebo naopak vypnout vytápění, pokud se všichni v kanceláři již ten den odeberou domů. Inteligentní budovy se také mohou připojit k inteligentní síti. Zde spolu mohou komponenty inteligentních budov a inteligentí elektrické rozvody "mluvit" a vzájemně si "naslouchat". Díky této technologii lze efektivně řídit distribuci energie, efektivně koordinovat údržbu a rychleji reagovat na výpadky elektrické energie.

Kromě těchto výhod může inteligentní budova poskytnout majitelům a správcům budov výhodu prediktivní údržby.

Údržba může například doplňovat zásoby na toaletách, když senzory, které monitorují dávkovače mýdla nebo papírových ručníků, detekují nedostatek. Lze také předvídat poruchy a plánovat údržbu chlazení budovy, výtahových a osvětlovacích systémů, apod.