Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Долгая дорога к дому

Архив

автор : Георгий Башилов 21.01.2002

Обещаниям наконец-то автоматизировать наш быт несть числа. Помню, еще в начальных классах я зачитывался книжками по кибернетике, с воодушевлением внимая повествованию об устройстве систем освещения, включающихся по хлопку ладоней, и прочих забавных мелочах.

Летом мой приятель купил для дачи систему водоснабжения: центробежный насос, небольшой герметичный накопитель с воздушной подушкой - аккумулятором давления, регулировочный контур, включающий и выключающий насос… Результат - непрерывный поток воды с напором в три атмосферы (нетрудно посчитать, что для достижения такого давления понадобилась бы башня высотой около сорока метров).

Это, разумеется, лишь один из примеров. Через год-другой список таких вот полезных мелочей-гаджетов (не знаю, уместно ли в данном случае это околокомпьютерное словечко, но все признаки налицо - микроконтроллер; примитивная клавиатура или, по крайней мере, кнопка «включить/выключить») пополнят многие другие устройства.

Функции пользователя-домовладельца все больше будут упрощаться, если не сказать - атрофироваться. За всем станет присматривать центральный процессор, а мудрая автоматика будет стремиться по мимике и словам предугадать желания и насущные потребности человека.

Скажете, фантастика? Вовсе нет - это всего лишь один из проектов IBM с немудреным названием «Голубые глаза» (BlueEyes) - куда там «Голубому зубу»… Ведь, согласно замыслу разработчиков, домашние устройства будут включаться, стоит лишь бросить на них взгляд, а по ответной реакции человека постараются понять, этого ли хотел хозяин, и правильно ли понято его указание включить программу новостей или, допустим, чайник.

Или, лучше все-таки отключиться…

Телевизор при таком развитии событий может стать домашним психологом или медбратом, компьютерная мышь (Emotion Mouse, как ее назвали участники проекта), измерив сопротивление руки и другие психофизические параметры (пульс, давление в сосудах и т. д.), посоветует выпить успокоительного или, наоборот, заняться спортом, или хотя бы сделать разминку, чтобы не заснуть. А половичок у входа, сверившись со своей базой данных, посоветует сбросить пару лишних килограмм и заодно - просушит ботинки.

Размах проекта BlueEyes поражает, но его идеологи (по крайней мере, судя по информации, доступной на страничке проекта не идут дальше автономных устройств, пусть и наделенных механическими или электронными органами чувств и зачатками интеллекта.

Шаг вперед (в сторону?) - попытка заставить все эти устройства, пусть даже и простые по отдельности, работать коллективно, объединив их коммуникационной системой и научив обмениваться информацией друг с другом. Как, например, в проекте автономного дома, разрабатываемого отделением компьютерных наук университета Колорадо.

По замыслу авторов проекта, программное обеспечение должно максимально соответствовать потребностям обитателей дома и, более того, само подстраиваться под их жизненный уклад и привычки, заметим - постоянно меняющиеся. Ведь вносить изменения самому и перепрограммировать домашнюю автоматику - задача и неинтересная, и ненужная (и, если честно, непосильная) для большинства домовладельцев. Нанимать профессионалов для обновления и настройки программного обеспечения и железа, согласовывать их посещение с графиком домочадцев - и дорого и неудобно.

Вывод один: дом должен сам программировать себя. Наблюдая с помощью встроенных сенсоров и датчиков за стилем жизни и привычками своих обитателей и постоянно обучаясь и совершенствуясь, чтобы максимально соответствовать их нуждам.

Разработанная в рамках проекта система контролирует базовые системы жизнеобеспечения дома - обогрев, вентиляцию, кондиционирование, внутренне освещение, обогрев и подачу воды. С помощью встроенных сенсоров (заметим, довольно примитивных) система управления осуществляет постоянный мониторинг дома и действий его обитателей (включение термостата, определенных, излюбленных, комбинаций ламп и т. д.) и пытается предугадать их действия, освобождая обитателей от рутинных обязанностей и одновременно - минимизируя расход энергии.

Сбор информации об уровне освещенности, температуре, движущихся объектах - обитателях дома, открытии (и закрытии) окон и дверей осуществляет система из 75 датчиков (на сайте проекта доступна анимированная схема), информация от которой обрабатывается нейропроцессором, способным обучаться и, следовательно, предсказывать примитивные события. Например, исследуя расход воды, сделать статистический вывод, что днем с очень малой вероятностью обитатели использую горячую воду, и, соответственно, титан может быть на это время выключен. И наоборот, заблаговременно включить систему отопления, чтобы дом успел прогреться к предполагаемому приезду хозяев или создавать наиболее комфортные условия в комнатах, где они находятся.

А теперь несколько слов о внутреннем устройстве. Для того, чтобы вся эта система заработала, по относительно небольшому дому пришлось проложить около восьми километров кабеля, скроссированного в одной из комнат - центре управления, где производится оцифровка внешних воздействий, ввод и обработка данных. Нейропроцессор реализован на оказавшейся под рукой рабочей станции (на процессоре Alpha, заметим), а система управления - на простом ПК. С внешним миром дом соединяется по старинке - по выделенной линии, через модем.

Приведенный пример позволяет представить масштабы задачи, которую необходимо решить для реализации даже этих, довольно примитивных функций. Совершенно очевидно, что тиражирование решения as is экономически невыгодно из-за одного лишь кабеля, не говоря о других составляющих системы. Притом какая-нибудь не в меру прожорливая крыса, решившая полакомиться хлорвиниловой изоляцией, может поставить под угрозу успех всего предприятия.

Современные технологии передачи данных если еще и не позволяют обойтись совсем без проводов, то, по крайней мере - значительно убавить их количество.

В таблице представлен далеко не полный перечень технологий, претендующих на свое место под солнцем в домашних локальных сетях (не говоря уже о естественным образом мигрирующих в эту нишу индустриальных, промышленных стандартов сбора и передачи данных. Ведь, по существу, мы говорим о системах жизнеобеспечения, а значит - и соответствующих промышленным требованиям по надежности).

Ethernet в особых представлениях не нуждается. За исключением, пожалуй, одного - в этом стандарте в качестве среды передачи данных доминирующей стала витая пара и иерархическая полнодуплексная топология - коммутатор и подключенные по схеме «звезда» Ethernet-клиенты. То есть в применении к домашним сетям, где число клиентов вряд ли больше восьми, имеем четко выделенный центр- коммутатор и может быть, по соседству, сервер.

Вызывает сомнение необходимость применения в домашних сетях стандартов 100/1000Base-T Ethernet - разве что, для подключения домашнего видеосервера для обслуживания сразу нескольких видеопотоков (непосредственно к коммутатору; честно говоря, трудно представить приложения, которые потребовали бы в ближайшие двадцать лет более 10 полнодуплексных мегабит в секунду со стороны клиента. В этих условиях «даунгрейд» стандарта 100Base-T с его более эффективными алгоритмами модуляции на более низкую (10-20 Мбит/с) скорость передачи данных простым уменьшением тактовой частоты кристалла и заменой согласующих трансформаторов - с тем, чтобы заметно увеличить дальность и понизить требования к проводке (а по двум свободным парам можно еще и подавать напряжения питания на активные устройства), при наличии соответствующего стандарта был бы наверняка востребован рынком. Что ж, будем следить за новостями комитета EFM (Ethernet on the First Mile).

HomePNA наверняка уже знаком читателям. Добавлю лишь, что HomePNA 2.0 реально позволяет передавать по обычной российской телефонной «лапше» до 10 Мбит/с на расстояния 100-600 метров, а альянс HomePNA готовит очередной стандарт, HomePNA 3.0, который, по заявлениям, сможет к концу следующего года обеспечить скорость до 100 Мбит/с на расстояниях до 100 метров, сохранив, сообразно традициям, совместимость со всеми предыдущими стандартами этого ряда. Как следствие, поддержку произвольных топологий - от «звезды» до «дерева» и «общей шины», поддержку QoS и возможность передавать поверх обычной аналоговой телефонной линии еще восемь цифровых телефонных потоков, реализуемая протоколом Voice-over-HomePNA начиная со стандарта HomePNA 2.0. Итак, наш дом пополнился еще и внутренней цифровой АТС на восемь, а то и больше, телефонных номеров. И все это изобилие - по, одной, установленной еще в незапамятные времена телефонной паре…

DОСSYS, или, выражаясь простым языком, кабельные модемы, успели за время существования обзавестись поддержкой телефонии и соответствующим разъемом на корпусе, и просто благодаря объемам производства - заметно упасть в цене.

Коаксиальный кабель, не желая остаться не у дел, поменял категорию с RG-58 на RG-6 и обзавелся вместо одинарного - тройным, а то и четверным экраном (подумать только, ослабление излучаемого наружу сигнала - 110 дБ!), стремясь удовлетворить требованиям по расширенному практически до 1 ГГц частотному диапазону, и, наверняка, один из немаловажных факторов, придирчивым требованиям кабельных модемов. Более того, он даже породнился со своим давним противником, витой парой. Да-да, один из ведущих производителей структурированных кабельных систем, компания Siemon, решила всерьез заняться домашней проводкой (см. www.homecabling.com).

Среди недавних разработок - разъем EZ-Twist для коаксиального кабеля и розеток, не требующий специальных инструментов для организации соединений - разъем просто накручивается на кабель и вставляется в розетку (push-pull, даже проще и технологичней, чем у витой пары). И, разумеется, упомянутый уже гибридный кабель, сочетающий в одной оболочке две витых пары категории 5e и два коаксиальных кабеля RG-6. Как утверждает Siemon, с таким кабелем (и такими разъемами) инсталляция домашней мультимедийной сети превращается в детскую забаву.

Телефония, Ethernet и телевидение, легким движением рук фокусника, в одном флаконе - и из одной розетки. Просто добавь воды - пардон, еще одну пару, на этот раз - электропроводки…

Продолжая список проводных технологий, набирающих очки последние месяцы, - FireWire, или IEEE 1394a и гораздо более дальнобойная IEEE 1394b.

Первый набор микросхем для IEEE 1394b анонсирован компанией Texas Instruments на Intel Developer Forum в конце августа прошлого года и, по информации из пресс-релиза, обеспечивает скорость передачи до 800 Мбит/с на расстояния до 100 метров. Возможные среды передачи - пластиковое и традиционное стеклянное оптоволокно и (или) традиционная же витая пара пятой категории (более подробно здесь).

Протоколы высокого уровня	UPnP	VHN	Jini		Java	OSGi
Протоколы физического уровня	10/100/1000 Base-T	HomePNA 1.0, 2.0, 3.0	Bluetooth, Wi-Fi, Wi-i5	DOCSYS	IEEE 1394a, IEEE 1394b	HomePlug R7.3
Среда передачи данных	Витая пара	Телефонная проводка	Радиоволны	Коаксиальный кабель	Витая пара, оптоволокно	Электропроводка

Плавный переход к беспроводке. Сначала - к той, что не требует дополнительных, сигнальных, проводов: данные передаются по тем же проводам, по которым подается питание с напряжением 110 В (что ставит под вопрос применение соответствующих устройств в Европе и, в частности, в России - хотя, скорее всего, из-за предусмотренной защиты к скачкам напряжений, будут работать и здесь) и 220 В.

Диапазон достижимых скоростей простирается от 60 бит/с до, в наиболее современных устройствах, 10 Мбит/с, а стоимость выключателя освещения, которым можно управлять по получившему наибольшее распространение в сетях домашней автоматики (и наиболее низкоскоростному) протоколу X10, может не превышать 10-15 долларов (оставаясь для более продвинутых моделей на отметке 40-50 долларов).

LonWorks (EIA 709) и CEBus (EIA 600) применяются для контроля и управления на более высоких скоростях - соответственно, 5 и 10 кбит/с. HomePlug Alliance и комитет-R7.3 занимаются продвижением стандартов, способных обеспечить по сетям электропитания скорость передачи данных выше 1 Мбит/с. Не исключено, что первые образцы таких устройств окажутся в компьютерровской лаборатории в самое ближайшее время.

Беспроводка. Рынок устройств для беспроводной передачи данных в локальных сетях растет стремительными темпами. По данным IDC его оборот вырос от 600 млн. долларов в 1999 году - до 1,1 млрд. долларов в 2000-м и, по предварительным прогнозам, к 1,6 млрд. долларов в году прошедшем. Не исключено, что последняя, прогнозная цифра занижена, а с появлением устройств новых стандартов, Wi-Fi5, способных обеспечить скорость передачи данных до 54 Мбит/с и Bluetooth, чья скорость пока ограничена 1 Мбит/с, темпы роста могут и удвоиться и утроиться. Кроме того, не за горами появление мультистандартных беспроводных устройств, способных обеспечить передачу данных, на выбор, по протоколам Bluetooth, Wi-Fi и Wi-Fi5, со стоимостью комплектующих в пределах 35 долларов, и, соответственно, рекомендуемой ценой не выше 70 долларов - для устройства, способного обеспечить безотказную беспроводную передачу данных, в зависимости от конкретных задач и шумовых условий, на скоростях от 1 до 54 Мбит/с!

Наконец, тотальная беспроводка, или проект Smart Dust. Этим микроминиатюрным устройствам уже не потребуется ни проводов для передачи данных, ни проводов для подключения напряжений питания. Параметры окружающей среды - напряженности электрического и магнитных полей, освещенность, влажность, температуру, атмосферное давление - список специализаций можно продолжить - они будут измерять с помощью встроенных микромеханических датчиков - MEMS, энергию питания - брать в буквальном смысле из воздуха: по замыслу авторов проекта, кремниевым песчинкам хватит энергии, которую они смогут извлечь из колебаний атмосферного давления, вибраций стен или, наконец, из солнечного или искусственного освещения.


	Датчики освещенности
	Звуковые датчики (микрофоны)
	Датчики температуры
	Детекторы движения (голубой соответствует движению)
	Состояние дверей (открыто/закрыто)
	Окна (открыто/закрыто)
	Выключатели освещения (16 градаций яркости)
	Вентилятор
	Электообогреватель
	Органы контроля и управления
	Нагреватель воды

Общаться с базой песчинки, скорее всего, будут пассивным образом - с помощью микромеханических уголковых отражателей, которые состоят из трех зеркал, расположенных под углом 90 градусов (у одной из вершин куба), и всегда отражает луч свет в том же направлении, откуда он пришел. Изменяя угол между зеркалами или, например, их отражательную способность, можно модулировать отраженный свет, а значит, передавать данные. Устройство, собирающее контрольные параметры сразу с массы «умных» песчинок, разбросанных по помещению и его стенам, может состоять из светодиода, создающего равномерный поток (модулированного, для передачи данных на песчинки) света, объектива и… обыкновенной CCD-матрицы. Ведь, когда приемных ячеек несколько миллионов, можно не разбрасываться по мелочам и задействовать, пусть и неэффективно, сотню другую для сбора информации, со скоростью несколько килобит в секунду с каждой «пылинки».

Завершая статью, коротко поговорим о внешних интерфейсах. Еще год-другой назад было распространено мнение, что когда-нибудь, может быть очень скоро, подключение к Интернету станет таким же естественным внешним интерфейсом, как электричество, водопровод, телефон. Боюсь, этот прогноз придется пересматривать - уж слишком стремительно развиваются события.

Прогресс в энергосбережении и альтернативных источниках энергии уже сейчас позволяет, кое-где круглогодично, где-то только летом, перекрывать потребности небольшого дома в электричестве с помощью небольшой солнечной батареи - площадью не больше десятка квадратных метров. Кстати, обитатели полярных районов могут не унывать - где нет яркого солнечного света, там почти всегда есть ветер. Источником энергии может стать и артезианская скважина, расположенная прямо под домом или по соседству, на участке.

Телефон - да что там телефон! В общем, не исключено, через десяток, другой лет подключение к Интернету, или как он там тогда будет называться, может стать единственным внешним интерфейсом, связывающим дом и его обитателей с внешним миром.

Лозунг «мой дом - моя крепость» наконец-то станет реальностью. А устройству, расположенному у входа (их прообразы только начинают появляться, один - стоит у меня дома и уже сейчас играет - один - массу ролей - маршрутизатора, DHCP-сервера, сетевого фильтра, раздатчика сетевых полномочий и т. д.) придется решать массу задач, спектр которых сейчас даже трудно представить.

Как тут обойтись без универсальности домашнего компьютера?

[i42726]