1Inteligentné domy

Inteligentný dom je rezidencia, ktorá používa zariadenia pripojené na Internet na diaľkové sledovanie a správu rôznych zariadení a systémov (napríklad vykurovanie, osvetlenie).

Technológia pre inteligentné domy sa často nazýva domáca automatizácia alebo domotika. Hlavnými oblasťami domácej automatizácie sú bezpečnosť, komfort a energetická účinnosť. Vlastník ho môže dom ovládať zvyčajne pomocou svojho inteligentného telefónu alebo iného sieťového zariadenia. Prvý sieťový protokol domácej automatizácie bol X10, ktorý využíval elektrické vedenia na prenos riadiaceho signálu. Tieto signály prenášajú príkazy na zodpovedajúce zariadenia a kontrolujú, ako a kedy by mali fungovať (napríklad zapnúť v určitom čase). Aktuálne sieťové protokoly domácej automatizácie sú väčšinou pokryté protokolmi pre Internet vecí (IoT) ako Zigbee, Z-Wave, LoRaWan, SigFox, NB-IoT, atď., ako aj WiFi a Bluetooth. Mnoho spoločností vrátane Amazon, Apple a Google vydalo svoje vlastné inteligentné domáce produkty a domáce automatizované platformy ako Amazon Echo, Apple HomeKit a Google Home. Novopostavené domy sú často postavené s inteligentnou domácou infraštruktúrou. Staršie domy, na druhej strane, môžu byť dodatočne vybavené inteligentnými technológiami.

Obr. 1 Inteligentný dom a ilustrácia niektorých jeho reprezentatívnych technológií

Technológie pre Inteligentné domy sa dostali aj do domácností a dotýkajú sa takmer všetkých aspektov života. Niektoré reprezentatívne technológie medzi nimi sú:

- Inteligentný televízor - pripája sa k Internetu, aby získal prístup k obsahu prostredníctvom aplikácií ako napríklad video a hudba na požiadanie. Niektoré inteligentné televízory zahŕňajú aj rozpoznávanie hlasu alebo gest.
- Systémy inteligentného osvetlenia - zariadenia môžu byť ovládané vzdialene a môžu napr. zistiť, či sú obyvatelia v miestnosti a podľa potreby upravovať osvetlenie, regulovať ho podľa dostupnosti denného svetla atď.
- Inteligentné termostaty - umožňujú napr. plánovať, monitorovať a diaľkovo ovládať teploty v dome. Taktiež sa môžu učiť správaniu vlastníkov domov a automaticky sa prispôsobiť, aby poskytli obyvateľom väčší komfort.
- Inteligentné zámky a otvárače garážových dverí môžu napr. zistiť, kedy sú obyvatelia blízko a odomknutí.
- Inteligentné bezpečnostné kamery môžu napr. sledovať domy, keď majitelia sú preč alebo na dovolenke.
- Snímače inteligentného pohybu dokážu identifikovať rozdiel medzi obyvateľmi, návštevníkmi, domácimi zvieratami a zlodejmi a môžu oznámiť úradom, ak je zistené podozrivé správanie.
- Inteligentné kávovary dokážu pripraviť čerstvý pohár napr. v plánovanom čase.
- Inteligentné chladničky môžu sledovať dátumy spotreby a robiť nákupné zoznamy.
- Inteligentná elektrická zástrčka - napr. môže pocítiť elektrický náraz a vypnúť.
- Inteligentné vodné zdroje dokážu zistiť poruchy alebo mráz v potrubiach a vypnúť vodu, aby sa zabránilo povodniam.

Inteligentný dom môže priniesť mnoho výhod, medzi ktoré patria:

- Pocit pokoja - funkcia diaľkového monitorovania umožňuje používateľom sledovať svoje domy a čeliť nebezpečenstvám, akými sú napríklad zabudnuté zapnuté kávovary alebo odomknuté predné dvere vľavo.
- Starší ľudia - diaľkové sledovanie môže starším ľuďom pomôcť zostať doma pohodlne a bezpečne, nemusia sa premiestniť do opatrovateľského domu ani vyžadovať domácu starostlivosť 24 hodín denne.
- Komfort a používateľské predvoľby - inteligentné domy môžu vyhovovať používateľským preferenciám. Napríklad hneď, ako dorazíte domov, sa vaše garážové dvere otvoria, svetlá sa rozsvietia, krb sa zapáli a vaše obľúbené melódie začnú hrať vo vašich inteligentných reproduktoroch.
- Efektivita - inteligentná domáca automatizácia pomáha zvyšovať efektivitu elektriny, vody a iných zdrojov, napr. pri používaní.
- Inteligentné vykurovanie/chladenie - automatizácia sa môže naučiť vykonávať potrebné vykurovanie/chladenie vo vhodnom čase, napr. dom je vykúrený/ochladený v čase, keď majiteľ príde domov z práce.
- Inteligentný zavlažovací systém - trávnik sa môže zaliať iba v prípade potreby a s presným množstvom vody.

Inteligentné domáce systémy sa snažia etablovať ako mainstream, musia však pritom čeliť viacerým problémom:

- Zložitosť: Niektorí ľudia majú problémy s technológiou alebo sa vzdávajú práce s ňou pri výskyte prvého problému. Výrobcovia inteligentných domov a aliancie pracujú na znižovaní zložitosti a zlepšovaní používateľských skúseností, aby boli príjemné a užitočné pre používateľov všetkých typov a technických úrovní.
- Interoperabilita: Aby boli systémy domácej automatizácie skutočne účinné, musia byť zariadenia interoperabilné bez ohľadu na to, kto ich vyrobil s použitím rovnakého protokolu alebo aspoň doplnkových. Vzhľadom na to, že sa jedná o vznikajúci trh, zatiaľ neexistuje žiadny zlatý štandard pre domácu automatizáciu. Štandardné aliancie však spolupracujú s výrobcami, aby zabezpečili interoperabilitu a bezproblémovú skúsenosť používateľov.
- Inteligentná domáca bezpečnosť: Ak sú hackeri schopní infiltrovať inteligentné zariadenie, môžu potenciálne vypnúť svetlá a poplašné zariadenia, odomknúť dvere a ponechať dom bezbranný proti útokom. Okrem toho by hackeri mohli potenciálne pristupovať k sieti vlastníkov domov, čo by viedlo k horším útokom alebo k úniku dát.
- Ochrana osobných údajov: Ide o súkromie údajov zdieľaných inteligentnými domácimi zariadeniami. Výrobcovia inteligentných domácich zariadení a platforiem môžu zhromažďovať údaje o spotrebiteľovi, aby mohli lepšie prispôsobiť svoje výrobky alebo ponúknuť zákazníkom nové a vylepšené služby. Dôvera a transparentnosť sú rozhodujúce pre výrobcov vo vzťahu s používateľmi ich inteligentných produktov.

Inteligentný dom nie je len množina inteligentných zariadení a spotrebičov ale aj sieť, v rámci ktorej zariadenia spolupracujú a sú diaľkovo ovládateľné. Všetky zariadenia sú riadené centrálnou jednotkou domácej automatizácie, často nazývanou inteligentným domácim centrom (smart hub).

Inteligentné domáce centrum je hardvérové zariadenie, ktoré slúži ako centrálny bod inteligentného domáceho systému a dokáže snímať, spracovávať dáta a bezdrôtovo komunikovať. Kombinuje všetky aplikácie do jedinej inteligentnej domácej aplikácie, ktorú môžu ovládať diaľkovo majitelia domov. Najznámejšie domáce centrá majú zvyčajne hlasom aktivované systémy, obsahujú virtuálne asistentky, ktoré sa učia a personalizujú inteligentný dom podľa predstáv obyvateľov. Obsahujú algoritmy strojového učenia, ktoré umožňujú aplikáciám domácej automatizácie prispôsobiť sa prostrediu. Medzi príklady inteligentných domácich centier patria:

- Amazon Echo - rečové rozhranie poskytuje Alexa.
- Google Home - Slúži tiež ako hudobné centrum, ktoré spravuje reproduktory a televízory prostredníctvom služby Google Cast. Rečové rozhranie poskytuje služba Google Assistant. Je schopné ovládať kompatibilné zariadenia.
- HomePod. Rečové rozhranie poskytuje Siri. Môže ovládať platformu Apple HomeKit. Je schopné ovládať kompatibilné zariadenia HomeKit. Ako lokálne HomeKit centrum môže byť použité zariadenie AppleTV.

Obr. 2 Príklady centrálnych jednotiek inteligentného domu (zľava doprava - Google Home, HomePod, Amazon Echo)

Aby automatizácia mala význam, potrebuje centrálna jednotka sadu senzorov na ovládanie pohonných jednotiek (aktuátorov). Scenáre môžu byť zložité a podmienky, v ktorých sa jednotlivé činnosti vykonávajú, môžu byť kombinované z viacerých snímačov a podmienok. Snímače zahŕňajú:

- monitorovanie vonkajších podmienok (teplota, tlak, vlhkosť, ...),
- vnútorné podmienky (teplota, tlak, CO2, ...),
- detekcia zatopenia,
- detekcia pohybu,
- detekcia otvorenia/zatvorenia dverí/okien,
- spotreba zdrojov (kúrenie, voda, elektrina, plyn, ...).

Ako pohony sú k dispozícií mnohé možnosti:

- elektrické spínače (zapnuté/vypnuté),
- ovládanie otvárania/zatvárania okien,
- ovládanie vodného ventilu,
- ovládanie žalúzií,
- vykurovanie/chladenie/klimatizácia/zvlhčovač vzduchu, atď.,
- osvetlenie (vonkajšie, vnútorné, ...),
- alarmy, upozornenia, ...,
- filtrácia vzduchu, vlhkosť, atď.

Niektoré inteligentné domáce systémy môžu byť vytvorené vlastnoručne od základu, napríklad pomocou Raspberry Pi alebo inej prototypovacej dosky. Iné je možné zakúpiť ako súčasť inteligentnej domácej súpravy (home kit) - známej aj ako inteligentná domáca platforma, ktorá obsahuje kusy potrebné na spustenie domácej automatizácie. Existuje tiež mnoho open source softvérových systémov pre inteligentnú domácu automatizáciu [1], [2], [3]:

- OpenHAB (OH) [4] - Má veľkú používateľskú komunitu, obrovské množstvo podporovaných zariadení a integrácií. Je napísaný v jazyku Java, beží aj na Raspberry Pi a je navrhnutý tak, aby bol agnostický. OH zahŕňa aplikácie iOS a Android pre ovládanie zariadení, ako aj nástroje na návrh. Je licencovaný pod licenciou Eclipse Public License.
- Home assistant (HA) [5] - Je ľahko nasaditeľný na akomkoľvek počítači, ktorý môže spúšťať Python 3 a integruje sa s veľkým množstvom otvorených a komerčných ponúk. Je licencovaný podľa licencie MIT a podporuje integráciu s
  - Alexou od Amazonu,
  - Google asistentom.
- Calaos - Calaos je navrhnutý ako kompletná platforma pre domácu automatizáciu vrátane serverovej aplikácie, dotykového rozhrania, webovej aplikácie, natívnych mobilných aplikácií pre iOS a Android a predkonfigurovaného operačného systému Linux, ktorý beží pod ním. Je licencovaný podľa GPLv3.
- Domoticz - Má širokú knižnicu podporovaných zariadení, veľký počet ďalších integrácií tretích strán, je navrhnutý s rozhraním HTML5 a predstavuje ľahký systém domácej automatizácie (napríklad môže fungovať na Raspberry Pi). Je licencovaný podľa GPLv3.
- MisterHouse - používa Perl skripty, reaguje na hlasové príkazy, beží na rôznych zariadeniach vrátane Linuxu, MacOS a Windows. Je licencovaný pod licenciou GPLv2.
- OpenMotics - Zahŕňa hardvér a softvér v rámci licencií s otvoreným zdrojovým kódom. Je určený predovšetkým na jednoduché dodatočné vybavenie, zameriava sa na hardwarové riešenie. Je licencovaný pod licenciou GPLv2.

Najpoužívanejšie riešenia sú AH a OH [6]. OH je skvelá voľba pre skúsených používateľov (predovšetkým programátorov), pretože vstavané nástroje im dávajú veľké možnosti pracovať s rutinami a prispôsobiť si ich. Všetci ostatní používatelia by však mali na tvorbu komplexného inteligentného domáceho ekosystému uprednostniť HA, ktorý je ústretovejší voči neprogramátorom.

Zatiaľ čo každý inteligentný dom je inteligentná budova, nie každá inteligentná budova je inteligentný dom. Podnikové, komerčné, priemyselné a obytné budovy všetkých tvarov a veľkostí - vrátane kancelárií, mrakodrapov, bytových domov, kancelárií a rezidencií pre viacerých nájomníkov - využívajú technológie Internetu vecí na zlepšenie efektívnosti budov, zníženie nákladov na energiu a vplyvu na životné prostredie, bezpečnosť, ako aj zlepšenie spokojnosti používateľov. Mnohé z technológií, ktoré sa používajú v inteligentnom dome, sú nasadené v inteligentných budovách vrátane osvetlenia, energie, vykurovania, klimatizácie, bezpečnostných a stavebných prístupových systémov.

Napríklad inteligentná budova môže znížiť náklady na energiu pomocou senzorov, ktoré zistia, koľko osôb je v miestnosti. Teplota sa môže automaticky prispôsobiť v prípade, že snímače zistia plnú konferenčnú miestnosť alebo sa vypne kúrenie, ak všetci z kancelárií odišli na deň preč. Inteligentné budovy sa tiež môžu pripojiť k inteligentnej sieti. Inteligentné stavebné komponenty a elektrická sieť sa môžu navzájom rozprávať a počúvať. S touto technológiou je možné efektívne riadiť distribúciu energie, údržbu, je možné správať sa proaktívne a na výpadky elektrickej energie je možné reagovať rýchlejšie.

Okrem týchto výhod môže inteligentná budova poskytnúť majiteľom budov a manažérom výhody prediktívnej údržby.

Napríklad riadiaci pracovníci môžu zásoby toaliet doplniť, keď snímače, ktoré monitorujú mydlo alebo dávkovače papierových utierok, naznačujú nízku zásobu. Údržbu a zlyhanie je možné predvídať pri budovaní chladenia, výťahov a osvetľovacích systémov.