XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Новое время и растущая потребность систем домашней автоматизации и автоматизации зданий способствует их большому распространению и массовости. Для этого нужны усилия, чтобы они были пригодными для использования, умными, легко понимающими и способными удовлетворять потребности пользователей. Система должна быть логически понятной и удовлетворять потребности пользователя. Для комфортного использования подобного рода систем, она должна обладать обширным списком качеств, высокой степени адаптации.

Цель исследования

Анализ возможных проблем совместимости компонентов систем автоматизации.

Методы обнаружения и разрешения конфликтов

Огромный, порой избыточный, функционал, плохой сигнал Wi-Fi или некачественные кабельные коммуникации, человеческий фактор являются частыми причинами возникновения конфликтных ситуаций при передаче данных, обмене, изменении параметров и функционировании системы автоматизации в целом.

Основные рабочие блоки окружающей среды, взаимодействуют с различными объектами и устройствами в пространстве, оборудованном различными датчиками и исполнительными механизмами. Система автоматического управления контролирует эти устройства, предварительно обрабатывает информацию об окружающей среде, собранной датчиками (источниками информации), определяя, какие действия предпринять, и побуждает приводы к принятию соответствующих мер. Интеллектуальные системы требуют запланированных последовательных действий [1].

Основой любой автоматизированной системы является контролер, сеть датчиков и исполнительные механизмы, актуатор. Датчики могут извлекать информацию от параметров окружающей среды до питания системы управления, так, источниками могут быть: звук, движение, температура, влажность, освещение, расход воздуха, энергии, топлива и другие [2].

Концептуально, информация, считываемая датчиками, непрерывно агрегирует, чтобы определить какие действия предпринимаются на заданном месте в заданный момент времени, т. е. для определения ситуаций, применимых к каждому объекту.

Используя эту информацию, интеллектуальная система управления координирует все распределенные устройства, отправляя им команды для того, чтобы пространство соответствовало множеству из предопределенных и заранее запрограммированных сценариев, тем самым исходя из предпочтений и требований пользователей [3].

Автоматические двери и окна, жалюзи и шторы с электроприводом, светильники, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, мультимедиа и бытовая электроника являются примерами и могут быть использованы в качестве исполнительных механизмов.

Конфликты возникают, когда пользователь или приложение нетипично меняет параметры, вызывающее нежелательный контекст. Контекст – это идентифицированная (именованная) точка зрения, созданная в рамках информационной модели и отражающая особенности решаемой задачи [1]. Обычно система реагируетна изменения на основе набора предыдущих, четко определенных правил. Обнаружение контекста относится к сбору и анализуданных с датчиков, выявлению закономерностей показателей от предыдущих действий пользователя ипо математическим предсказаниям.

В случае конфликтной ситуации, например, когда в системе домашней автоматизации два пользователя одновременно меняют параметры температуры воздуха в помещении, предполагаемые условия конфликтуют, поскольку два сценария освещения не могут произойти одновременно. У системы есть несколько возможных действий:

- поддержание прежнего состояния;

- выравнивание до промежуточного значения;

- информирование о неспособности разрешить конфликт.

Описанная ситуация, а именно конфликт предпочтений, очень типичный случай конфликта.Тема, направленная на разрешение конфликта, должна справляться с понятием собственности и приоритета пользователей, чтобы соответствующим образом настроить поведение.

В области домашней автоматизации и автоматизации зданий есть три основных представления о дальнейшем развитии этих систем:

- эволюция через пользовательские приложения, т. е. чтобы интеллектуальные системы эволюционировали за счет развития человеко-компьютерных взаимодействий, а также увеличения возможностей пользователей портативной системы;

- эволюция через понимание пользователем;

- эволюция через увеличение системы интеллекта, благодаря лучшему профилированию, машинному обучению и более эффективному обнаружению ситуации и связи, что сводит взаимодействие к минимуму.

Можно выделить три основных этапа на пути кусловному уровню ориентированности на пользователя:

- контекстно-зависимое отключение систем, способных получать относительно точные входные текстовые данные;

- способность выводить ценную информацию из полученных контекстных данных;

- фактически доказанная ожидаемая социальная ценность для пользователей.

Определение ситуации, конфликта

Взаимодействие приложений в интеллектуальной среде также создает пространство для конфликтов. Появляется множество типов конфликтов, и системы должны иметь возможность решать их от имени пользователей или иным образом признать собственные ограничения.

В многопользовательских сценариях определение контекста становитсяеще труднее. Это поднимает проблемы: как отличить предпочтения каждого пользователя, как разрешитьконфликт между различными пользовательскими предпочтениями и другие.

При синтезе систем автоматизации могут возникнуть некоторые сложности во время коммутации компонентов. Рассмотрим некоторые из них.

Несовместимость систем

Покупка несовместимых комплектующих, основанных на разных стандартах «умного дома» - еще одна весьма распространенная причина некорректной работы системы. Собранные воедино детали от одного комплекта, совмещенная с ней часть комплектующих от другой системы с большой вероятностью приведут к ошибкам в цепочке датчик-хаб-актуатор. Умный дом имеет множество разных платформ, которые могут не реагировать друг на друга.

В процессе выбора подходящей вам системы обратите внимание на наиболее эффективные беспроводные технологии - протоколы Z-Wave, Zigbee, Thread, Bluetooth Low Energy и, непосредственно, Wi-Fi.

Проектируя систему, важно приобретать контроллеры, датчики и актуаторы одного и того же стандарта. Не менее важно обращать внимание на совместимость устройств от различных производителей.

Одна из лучших технологий - протокол Z-Wave., его используют более 700 производителей из разных стран, а это несколько тысяч позиций, которые взаимно совместимы со всеми устройствами «умного дома». Для дружелюбного общения Z-Wave-продуктов существует специальный сервис - Z-Wave Alliance. Один из вариантов несовместимости - несовместимость подключенных к системе устройств по радиочастоте. Рабочие частоты устройств и гаджетов могут различаться даже при работе в рамках единого стандарта. Это может зависеть от страны производителя или компании-изготовителя. 

Сегодня в России протокол Z-Wave работает на выделенной ему частоте 869 МГц, в то время, как в Китае - 868,42 МГц. Второй по распространенности протокол Zigbee на территории большинства цивилизованных государств работает в частотном диапазоне 2,4 ГГц. Хотя, некоторые Zigbee-устройства в Китае используют частоту 784 МГц, в США и странах ЕС 868 МГц и 915 МГц соответственно. Такая разница в частотном диапазоне, в рамках которого поддерживается протокол, может привести к некорректной работе устройств.

Так, например, импортный датчик, купленный в интернет-магазине, может отказать в подключении к вашему основному компьютеру или активатору. «Мозг» системы его просто не распознает [3].

Избыточная комплектация

Избыточная комплектация, то есть переизбыток лишних комплектующих, влияет на эффективность работы и на затраченный бюджет проекта. Для того, чтобы не покупать лишние комплектующие, следует помнить, что для базовой автоматизации процессов требуется один главный контроллер, пара датчиков и актуаторов. При наличии такого стартового комплекта можно создавать нужные сценарии для управления, например, домашними процессами.

Контекстная осведомленность

В обычной системе пользователи могут напрямую взаимодействовать по радио. Однако есть и другие способы управления системой.

По сути, понятие умной или интеллектуальной среды, обнаружение и разрешение конфликтов в системах домашней автоматизации и автоматизации зданийимеет отношение к способности системы автономно действовать запрашивать и применять знания об окружающей среде, а также адаптироваться к его обитателям.

Эти предпочтения зависят от таких аспектов, как потребности, настроение, цели и мотивы. Такого рода информация непостоянна и субъективна. При этом каждый актуатор может воздействовать наокружение системы, тем самым влияя на контекст. Это создает несколько проблем, когда дело доходит до вывода контекста.

Таким образом, существуют две основные причины неадекватного поведения системы, основанные на контексте:

- система делает вывод и действует в соответствии с ошибочно принятым контекстом;

- система не обнаруживает контекст и не предпринимает действий.

Пользователи могут предоставлять информацию с или без непосредственного управления устройствами ввода. Взаимодействие посредством манипулирования устройством может разделяться в зависимости от типа предоставляемой информации:

-текст, через физические или виртуальные клавиатуры;

- пространственная информация через указательные устройства, такие как мыши, трекеры и другие;

- аудио, через микрофоны, телефоны, MIDI-клавиатуры или другие цифровые музыкальные инструменты;

- изображения и видео с помощью цифровых камер, сканеры и другие изображения оборудование.

Умная среда сама по себе имеет набор приложений, которые имеют свои собственные цели, например, экономия энергии, давая путь к увеличению конфликтов.

Конфликты классифицирует по четырем различным измерениям:источник, вмешательство,время обнаружения, разрешимость, это показано на рисунке 1[5].

Рис. 1 – Типы конфликтов по измерениям

Относительно источника, может возникнуть конфликт, когда несколько пользователей используютзаданный ресурс, например,одинпользователь предпочитает свет на полную мощность способность читать идругой пользователь предпочитает их на половинной мощности, чтобы смотреть телевизор.

Конфликт может быть обнаружен через системный контекст, в зависимости от возможности осведомленности или через обратную связь с пользователем. В последнем случае конфликт обнаруживается, когда возможность разумного разрешения прошла, скорее всего это связано с ограничениями контекстной осведомленности или задержками во времени и восприятии.

Наконец, конфликты можно отличить по их разрешению, когда обнаружение происходит до возникновения и конфликт разрешается до того, как он на самом деле происходит. Либо конфликт обнаруживается во время его фактического возникновения, в противном случае, система может признать свою неспособность разрешить его.

Другая возможность состоит в том, что система, не обнаружив конфликт достаточно быстро, чтобы разрешить его, например, из-за задержки информации датчика, может проинформировать пользователей или системных администраторов о возникший конфликтситуация.

Таким образом, конфликты могут быть разными, они требуют различные механизмы обнаружения и разрешения.

Для разрешения без участия человека (программ) конфликтов необходима контекстно-зависимая система, которая будет аккумулировать сведения о форме и содержании среды ее исходных данных, анализировать происходящие конфликтные ситуации, в результате чего производится коррекция среды, чтобы урегулировать конфликтующие моменты или информировать о невозможности решения имеющей место проблемы. Иначе говоря, достигается поставленная цель автоматического урегулирования конфликтов посредством разработки ряда действий направленных в достижении последовательных новых действий, производимых исполнительными устройствами. Автоматический режим адаптации имеет так же не малое количество не решенных вопросов, в том числе такой, как использование эффективных механизмов обнаружения и разрешения конфликтов, в автоматическом режиме адаптивных к всевозможным сценариям, с соответствующими им решениями. Решение принимается в результате анализа информации, поступающей от датчиков и применения методов градации и машинной обработки для этих данных. В случае, когда пользователь или приложение корректирует состояние среды, то как результат, возникает конфликт, который в свою очередь, порождает проблемную ситуацию. Выявление конфликта основывается на полученных в результате выводах.

Заключение.

В рамках этой статьи была проведена конфликтная таксономия, охватывающая различные грани классификации. Дополнительно к перечисленному была произведена систематизация существующих на практике автоматических подходов к обнаружению и разрешению конфликтов.

Создание комфортных, технологичных интеллектуальных и высокоадаптивных систем домашней автоматизации и автоматизации зданий составляет многогранный блок вопросов, в отношении которых в данный момент времени ставится особый акцент. Есть несколько представлений о дальнейшем развитии этих систем, например, за счет развития человеко-компьютерных взаимодействий, а также увеличения возможностей пользователей и/или через увеличение системы интеллекта, благодаря лучшему профилированию, машинному обучению и более эффективному обнаружению ситуации и связи, что сводит взаимодействие к минимуму.

Создание необходимых и достаточных условий для расширения точек соприкосновения и взаимодействия человека с компьютером – одна из самых актуальных задач нашего времени.

Список литературы

1 ГОСТ 2.053-2013Электронная структура изделия. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2014.;

2. Сиротский А.А. Микропроцессорные программируемые логические контролеры в системах автоматизации и управления. - М.: Спутник, 2013. 14-15 с.;

3. Головин С. Краткий справочник для начинающих по автоматизации дома // ferra.ru #Умный дом, 2014, URL: https://www.ferra.ru/review/smarthome/SmartHome-BeginnersGuide.htm;

4. Ровдо А. Z-WAVE в России // Библиотека умного дома.; URL: http://www.rovdo.com/z-wave-in-russia;

5. Silvia Resendes Andre C., Santos Paulo Jorge Carreira Conflict Detection and Resolution in Home and Building Automation Systems Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing October 2013.

Код для цитирования: Скопировать