आज, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, संचार चैनलों, इंटरनेट प्रौद्योगिकियों और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस के तेजी से विकास के लिए धन्यवाद, स्मार्ट घरों का विषय अधिक से अधिक प्रासंगिक होता जा रहा है। पाषाण युग के बाद से मानव आवास में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं और औद्योगिक क्रांति 4.0 और इंटरनेट ऑफ थिंग्स के युग में, यह आरामदायक, कार्यात्मक और सुरक्षित हो गया है। बाजार में ऐसे समाधान आ रहे हैं जो किसी अपार्टमेंट या देश के घर को स्मार्टफोन का उपयोग करके दुनिया में कहीं से भी नियंत्रित जटिल सूचना प्रणाली में बदल देते हैं। इसके अलावा, मानव-मशीन इंटरैक्शन के लिए अब प्रोग्रामिंग भाषाओं के ज्ञान की आवश्यकता नहीं है - भाषण पहचान और संश्लेषण एल्गोरिदम के लिए धन्यवाद, एक व्यक्ति अपनी मूल भाषा में स्मार्ट होम से बात करता है।

वर्तमान में बाज़ार में मौजूद कुछ स्मार्ट होम सिस्टम क्लाउड वीडियो निगरानी प्रणालियों का एक तार्किक विकास है, जिसके डेवलपर्स को न केवल निगरानी के लिए, बल्कि दूरस्थ वस्तुओं के प्रबंधन के लिए एक व्यापक समाधान की आवश्यकता का एहसास हुआ।

हम आपके ध्यान में तीन लेखों की एक श्रृंखला प्रस्तुत करते हैं, जो आपको लेखक द्वारा व्यक्तिगत रूप से विकसित और संचालन में लाए गए क्लाउड स्मार्ट होम सिस्टम के सभी मुख्य घटकों के बारे में बताएगा। पहला लेख स्मार्ट होम के अंदर स्थापित टर्मिनल क्लाइंट उपकरण के लिए समर्पित है, दूसरा क्लाउड स्टोरेज और डेटा प्रोसेसिंग सिस्टम की वास्तुकला के लिए, और अंत में, तीसरा मोबाइल और स्थिर उपकरणों पर सिस्टम के प्रबंधन के लिए क्लाइंट एप्लिकेशन के लिए समर्पित है।

स्मार्ट घरेलू उपकरण

सबसे पहले, आइए बात करें कि एक साधारण अपार्टमेंट, दचा या कॉटेज से स्मार्ट घर कैसे बनाया जाए। ऐसा करने के लिए, एक नियम के रूप में, घर में निम्नलिखित उपकरण रखना आवश्यक है:

सेंसर जो विभिन्न पर्यावरणीय मापदंडों को मापते हैं;
बाहरी वस्तुओं पर कार्य करने वाले एक्चुएटर्स;
एक नियंत्रक जो सेंसर माप और एम्बेडेड तर्क के अनुसार गणना करता है, और एक्चुएटर्स को आदेश जारी करता है।

निम्नलिखित चित्र एक स्मार्ट घर का आरेख दिखाता है, जिस पर बाथरूम में पानी के रिसाव (1), शयनकक्ष में तापमान (2) और प्रकाश व्यवस्था (3), रसोई में एक स्मार्ट सॉकेट (4) और एक सेंसर लगे हैं। दालान में वीडियो निगरानी कैमरा (5)।

वर्तमान में, RF433, Z-Wave, ZigBee, ब्लूटूथ और वाईफाई प्रोटोकॉल का उपयोग करके काम करने वाले वायरलेस सेंसर व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उनके मुख्य लाभ स्थापना और उपयोग में आसानी के साथ-साथ कम लागत और विश्वसनीयता हैं, क्योंकि निर्माता अपने उपकरणों को बड़े पैमाने पर बाजार में लाने और उन्हें औसत उपयोगकर्ता के लिए सुलभ बनाने का प्रयास कर रहे हैं।

सेंसर और एक्चुएटर, एक नियम के रूप में, एक वायरलेस इंटरफ़ेस के माध्यम से एक स्मार्ट होम कंट्रोलर (6) से जुड़े होते हैं - एक विशेष माइक्रो कंप्यूटर जो इन सभी उपकरणों को एक नेटवर्क में जोड़ता है और उन्हें नियंत्रित करता है।

हालाँकि, कुछ समाधान एक ही समय में एक सेंसर, एक एक्चुएटर और एक नियंत्रक को जोड़ सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक स्मार्ट प्लग को शेड्यूल के अनुसार चालू या बंद करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है, और एक क्लाउड वीडियो निगरानी कैमरा मोशन डिटेक्टर सिग्नल के आधार पर वीडियो रिकॉर्ड कर सकता है। सरलतम मामलों में, आप एक अलग नियंत्रक के बिना काम कर सकते हैं, लेकिन कई परिदृश्यों के साथ एक लचीली प्रणाली बनाने के लिए, यह आवश्यक है।

स्मार्ट होम कंट्रोलर को वैश्विक नेटवर्क से जोड़ने के लिए, एक नियमित इंटरनेट राउटर (7) का उपयोग किया जा सकता है, जो लंबे समय से किसी भी घर में एक आम घरेलू उपकरण बन गया है। यहां स्मार्ट होम कंट्रोलर के पक्ष में एक और तर्क है - यदि इंटरनेट से कनेक्शन खो जाता है, तो स्मार्ट होम कंट्रोलर के अंदर संग्रहीत लॉजिक ब्लॉक के कारण सामान्य रूप से काम करना जारी रखेगा, न कि क्लाउड सेवा में।

स्मार्ट होम नियंत्रक

इस आलेख में चर्चा किए गए क्लाउड स्मार्ट होम सिस्टम के लिए नियंत्रक एकल-बोर्ड माइक्रो कंप्यूटर के आधार पर विकसित किया गया है रास्पबेरी पाई 3 मॉडल बी+, जो मार्च 2018 में जारी किया गया था और इसमें स्मार्ट होम कार्यों के लिए पर्याप्त संसाधन और प्रदर्शन हैं। इसमें 53-बिट ARMv64-A आर्किटेक्चर पर आधारित क्वाड-कोर Cortex-A8 प्रोसेसर, 1.4 GHz पर क्लॉक किया गया, साथ ही 1 GB RAM, वाई-फाई 802.11ac, ब्लूटूथ 4.2 और USB 2.0 के माध्यम से संचालित होने वाला एक गीगाबिट ईथरनेट एडाप्टर शामिल है। .

नियंत्रक को असेंबल करना बहुत सरल है - माइक्रो कंप्यूटर (1) को एक प्लास्टिक केस (2) में स्थापित किया जाता है, फिर सॉफ्टवेयर (8) के साथ माइक्रोएसडी प्रारूप में एक 3 जीबी मेमोरी कार्ड और एक यूएसबी जेड-वेव नेटवर्क नियंत्रक (4) स्थापित किया जाता है। संबंधित स्लॉट. स्मार्ट होम कंट्रोलर 5V, 2.1A पावर एडॉप्टर (5) और USB - माइक्रो-यूएसबी केबल (6) के माध्यम से बिजली आपूर्ति से जुड़ा है। प्रत्येक नियंत्रक के पास एक विशिष्ट पहचान संख्या होती है, जो पहली बार लॉन्च होने पर कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल में लिखी जाती है और क्लाउड स्मार्ट होम सेवाओं के साथ इंटरैक्ट करने के लिए आवश्यक होती है।

स्मार्ट होम कंट्रोलर सॉफ्टवेयर इस लेख के लेखक द्वारा ऑपरेटिंग सिस्टम के आधार पर विकसित किया गया था लिनक्स रास्पबियन स्ट्रेच. इसमें निम्नलिखित मुख्य उपप्रणालियाँ शामिल हैं:

स्मार्ट घरेलू उपकरण और क्लाउड के साथ इंटरेक्शन के लिए सर्वर प्रक्रिया;
नियंत्रक के कॉन्फ़िगरेशन और ऑपरेटिंग पैरामीटर सेट करने के लिए ग्राफिकल यूजर इंटरफ़ेस;
नियंत्रक कॉन्फ़िगरेशन संग्रहीत करने के लिए डेटाबेस।

डेटाबेस स्मार्ट होम कंट्रोलर एक एम्बेडेड डीबीएमएस के आधार पर कार्यान्वित किया जाता है SQLite और सिस्टम सॉफ़्टवेयर के साथ SD कार्ड पर एक फ़ाइल है। यह नियंत्रक कॉन्फ़िगरेशन के लिए भंडारण के रूप में कार्य करता है - जुड़े उपकरण और इसकी वर्तमान स्थिति के बारे में जानकारी, तार्किक उत्पादन नियमों का एक ब्लॉक, साथ ही ऐसी जानकारी जिसके लिए अनुक्रमण की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, स्थानीय वीडियो संग्रह के फ़ाइल नाम)। जब नियंत्रक को रीबूट किया जाता है, तो यह जानकारी सहेज ली जाती है, जिससे बिजली विफलता की स्थिति में नियंत्रक को पुनर्स्थापित करना संभव हो जाता है।

जीयूआई माइक्रोफ्रेमवर्क का उपयोग करके PHP 7 में स्मार्ट होम कंट्रोलर विकसित किया गया पतला. एप्लिकेशन को चलाने के लिए वेब सर्वर जिम्मेदार है। lighttpd, अक्सर इसके अच्छे प्रदर्शन और कम संसाधन आवश्यकताओं के कारण एम्बेडेड उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

(इसे उच्च रिज़ॉल्यूशन में खोलने के लिए चित्र पर क्लिक करें)

ग्राफ़िकल इंटरफ़ेस का मुख्य कार्य स्मार्ट घरेलू उपकरण (आईपी निगरानी कैमरे और सेंसर) को नियंत्रक से जोड़ना है। वेब एप्लिकेशन SQLite डेटाबेस से नियंत्रक और उससे जुड़े उपकरणों के कॉन्फ़िगरेशन और वर्तमान स्थिति को पढ़ता है। नियंत्रक कॉन्फ़िगरेशन को बदलने के लिए, यह सर्वर प्रक्रिया के RESTful API इंटरफ़ेस के माध्यम से JSON प्रारूप में नियंत्रण आदेश भेजता है।

सर्वर प्रक्रिया

सर्वर प्रक्रिया - एक प्रमुख घटक जो स्मार्ट होम का आधार बनने वाली सूचना प्रक्रियाओं को स्वचालित करने पर सभी मुख्य कार्य करता है: संवेदी डेटा प्राप्त करना और संसाधित करना, एम्बेडेड तर्क के आधार पर नियंत्रण क्रियाएं जारी करना। सर्वर प्रक्रिया का उद्देश्य स्मार्ट होम उपकरण के साथ बातचीत करना, उत्पादन तार्किक नियमों को निष्पादित करना, ग्राफिकल इंटरफ़ेस और क्लाउड से कमांड प्राप्त करना और संसाधित करना है। विचाराधीन स्मार्ट होम कंट्रोलर में सर्वर प्रक्रिया को C++ में विकसित एक बहु-थ्रेडेड एप्लिकेशन के रूप में कार्यान्वित किया गया है और एक अलग सेवा के रूप में लॉन्च किया गया है systemd ऑपरेटिंग सिस्टम लिनक्स रास्पबियन.

सर्वर प्रक्रिया के मुख्य ब्लॉक हैं:

संदेश प्रबंधक;
आईपी कैमरा सर्वर;
जेड-वेव डिवाइस सर्वर;
उत्पादन तार्किक नियमों का सर्वर;
नियंत्रक के विन्यास और तार्किक नियमों के ब्लॉक का डेटाबेस;
ग्राफिकल इंटरफ़ेस के साथ इंटरेक्शन के लिए रेस्टफुल एपीआई सर्वर;
क्लाउड के साथ इंटरैक्ट करने के लिए MQTT क्लाइंट।

सर्वर प्रोसेस ब्लॉक को अलग-अलग थ्रेड के रूप में कार्यान्वित किया जाता है, जिसके बीच जानकारी JSON प्रारूप में संदेशों के रूप में स्थानांतरित की जाती है (या प्रक्रिया मेमोरी में इस प्रारूप का प्रतिनिधित्व करने वाली डेटा संरचनाएं)।

सर्वर प्रोसेस का मुख्य घटक है संदेश प्रबंधक, जो JSON संदेशों को सभी सर्वर प्रक्रिया ब्लॉकों तक रूट करता है। JSON संदेश सूचना फ़ील्ड के प्रकार और वे मान जिन्हें वे स्वीकार कर सकते हैं तालिका में सूचीबद्ध हैं:

उपकरण का प्रकार
प्रोटोकॉल
संदेश प्रकार
डिवाइसस्टेट
आदेश

कैमरा
onvif
सेंसरडेटा
on
स्ट्रीमिंग(चालू/बंद)

सेंसर
ज़्वेव
आदेश
बंद
रिकॉर्डिंग(चालू/बंद)

प्रेरक
मुकुट
बिज़नेसलॉजिकनियम
स्ट्रीमिंग(चालू/बंद)
बेदखल(जोड़ें/निकालें)

व्यापार का तर्क
कॉन्फ़िगरेशनडेटा
रिकॉर्डिंग(चालू/बंद)

ब्लूटूथ
डिवाइसस्टेट
त्रुटि

वाईफ़ाई

उदाहरण के लिए, कैमरा मोशन डिटेक्टर से एक संदेश इस तरह दिखता है:

{
	"vendor": "*****",
	"version": "3.0.0",
	"timestampMs": "1566293475475",
	"clientType": "gateway",
	"deviceId": "1616453d-30cd-44b7-9bf0-************",
	"deviceType": "camera",
	"protocol": "onvif",
	"messageType": "sensorData",
	"sensorType": "camera",
	"label": "motionDetector",
	"sensorData": "on"
}

उत्पादन तर्क

डिस्पैचर से संदेश प्राप्त करने या भेजने के लिए, सर्वर प्रोसेस ब्लॉक एक निश्चित प्रकार के संदेशों की सदस्यता लेता है। सदस्यता एक प्रकार का उत्पादन तार्किक नियम है "तो अगर...", JSON प्रारूप में प्रस्तुत किया गया है, और सर्वर प्रोसेस ब्लॉक के अंदर संदेश हैंडलर का एक लिंक है। उदाहरण के लिए, आईपी कैमरा सर्वर को जीयूआई और क्लाउड से कमांड प्राप्त करने की अनुमति देने के लिए, आपको निम्नलिखित नियम जोड़ना होगा:

{
	"if": {
	    "and": [{
		"equal": {
		    "deviceId": "1616453d-30cd-44b7-9bf0-************"
		}
	    },
	    {
		"equal": {
		    "messageType": "command"
		}
	    }
	    ]
	},
	"then": {
	    "result": "true"
	}
}

यदि शर्तों में निर्दिष्ट है पूर्वपद (बायीं ओर) नियम सत्य हैं, तभी वह संतुष्ट है फलस्वरूप (दाईं ओर) नियम, और हैंडलर को JSON संदेश के मुख्य भाग तक पहुंच मिलती है। पूर्ववर्ती तार्किक ऑपरेटरों का समर्थन करता है जो JSON कुंजी-मूल्य जोड़े की तुलना करते हैं:

बराबर "बराबर";
"not_equal" के बराबर नहीं;
कम "कम";
अधिक "महान";
"less_or_equal" से कम या उसके बराबर;
"अधिक_या_बराबर" से अधिक या उसके बराबर।

बूलियन बीजगणित ऑपरेटरों का उपयोग करके तुलना परिणाम एक दूसरे से संबंधित हो सकते हैं:

और और"
या या";
नहीं नहीं"।

इस प्रकार, पोलिश नोटेशन में ऑपरेटरों और ऑपरेंड को लिखकर, आप बड़ी संख्या में मापदंडों के साथ काफी जटिल स्थितियाँ बना सकते हैं।

बिल्कुल वही तंत्र, जो JSON संदेशों और JSON प्रारूप में उत्पादन नियमों पर आधारित है, का उपयोग उत्पादन तर्क सर्वर ब्लॉक में ज्ञान का प्रतिनिधित्व करने और स्मार्ट होम सेंसर से संवेदी डेटा का उपयोग करके तार्किक अनुमान लगाने के लिए किया जाता है।

मोबाइल एप्लिकेशन का उपयोग करके, उपयोगकर्ता ऐसे परिदृश्य बनाता है जिसके अनुसार स्मार्ट होम को कार्य करना चाहिए। उदाहरण के लिए: "यदि सामने का दरवाज़ा खोलने वाला सेंसर चालू हो गया है, तो दालान में प्रकाश चालू करें". एप्लिकेशन डेटाबेस से सेंसर (ओपनिंग सेंसर) और एक्चुएटर्स (स्मार्ट सॉकेट या स्मार्ट लैंप) के पहचानकर्ताओं को पढ़ता है और JSON प्रारूप में एक तार्किक नियम उत्पन्न करता है, जो स्मार्ट होम कंट्रोलर को भेजा जाता है। इस तंत्र पर हमारी श्रृंखला के तीसरे लेख में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी, जहां हम स्मार्ट होम के प्रबंधन के लिए क्लाइंट एप्लिकेशन के बारे में बात करेंगे।

ऊपर चर्चा की गई उत्पादन तर्क तंत्र को लाइब्रेरी का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है रैपिडजेएसओएन - C++ में JSON प्रारूप के लिए SAX पार्सर। उत्पादन नियमों की एक श्रृंखला को अनुक्रमिक रूप से पढ़ने और पार्स करने से आप पूर्ववृत्त के अंदर डेटा तुलना फ़ंक्शन को आसानी से कार्यान्वित कर सकते हैं:

void CRuleEngine::Process(PProperties pFact)
{
    m_pActions->clear();

    rapidjson::Reader   reader;
    for(TStringMap::value_type& rRule : m_Rules)
    {
        std::string sRuleId   = rRule.first;
        std::string sRuleBody = rRule.second;

        CRuleHandler            ruleHandler(pFact);
        rapidjson::StringStream ruleStream(sRuleBody.c_str());
        rapidjson::ParseResult  parseResult = reader.Parse(ruleStream, ruleHandler);
        if(!parseResult)
        {
            m_Logger.LogMessage(
                        NLogger2::ePriorityLevelError,
                        std::string("JSON parse error"),
                        "CRuleEngine::Process()",
                        std::string("RuleId: ") + sRuleId);
        }

        PProperties pAction = ruleHandler.GetAction();
        if(pAction)
        {
            pAction->Set("ruleId", sRuleId);
            m_pActions->push_back(pAction);
        }
    }
}

यहां pतथ्य - JSON संदेश से कुंजी-मूल्य जोड़े वाली एक संरचना, m_नियम - उत्पादन नियमों की स्ट्रिंग सरणी। फ़ंक्शन में आने वाले संदेश और उत्पादन नियम की तुलना की जाती है पाठक.पार्स(नियमस्ट्रीम, नियमहैंडलर)जहां नियम संचालक एक वस्तु है जिसमें बूलियन और तुलना ऑपरेटरों का तर्क शामिल है। नियम आईडी - एक अद्वितीय नियम पहचानकर्ता, जिसकी बदौलत स्मार्ट होम कंट्रोलर डेटाबेस के अंदर नियमों को संग्रहीत और संपादित करना संभव है। m_pक्रियाएँ - तार्किक अनुमान के परिणामों के साथ एक सरणी: JSON संदेश जिसमें नियम आधार से परिणाम शामिल होते हैं और संदेश प्रबंधक को आगे भेजे जाते हैं ताकि ग्राहक थ्रेड उन्हें संसाधित कर सकें।

RapidJSON का प्रदर्शन फ़ंक्शन के तुलनीय है strlen (), और न्यूनतम सिस्टम संसाधन आवश्यकताएँ एम्बेडेड उपकरणों में इस लाइब्रेरी के उपयोग की अनुमति देती हैं। JSON प्रारूप में संदेशों और तार्किक नियमों का उपयोग आपको स्मार्ट होम नियंत्रक के सभी घटकों के बीच सूचना विनिमय की एक लचीली प्रणाली लागू करने की अनुमति देता है।

जेड-वेव सेंसर और एक्चुएटर्स

स्मार्ट होम का मुख्य लाभ यह है कि यह बाहरी वातावरण के विभिन्न मापदंडों को स्वतंत्र रूप से माप सकता है और स्थिति के आधार पर उपयोगी कार्य कर सकता है। ऐसा करने के लिए, सेंसर और एक्चुएटर स्मार्ट होम कंट्रोलर से जुड़े होते हैं। वर्तमान संस्करण में, ये प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचालित होने वाले वायरलेस डिवाइस हैं जेड-वेव एक विशेष आवंटित आवृत्ति पर 869 मेगाहर्ट्ज रूस के लिए। संचालित करने के लिए, उन्हें एक जाल नेटवर्क में संयोजित किया जाता है, जिसमें कवरेज क्षेत्र को बढ़ाने के लिए सिग्नल रिपीटर्स होते हैं। उपकरणों में एक विशेष ऊर्जा बचत मोड भी होता है - वे ज्यादातर समय स्लीप मोड में बिताते हैं और केवल तभी जानकारी भेजते हैं जब उनकी स्थिति बदलती है, जो अंतर्निहित बैटरी के जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

अब आप बाजार में काफी बड़ी संख्या में विभिन्न Z-वेव डिवाइस पा सकते हैं। आइए कुछ उदाहरण देखें:

Zipato PAN16 स्मार्ट सॉकेट निम्नलिखित मापदंडों को माप सकता है: विद्युत नेटवर्क में बिजली की खपत (kWh), पावर (W), वोल्टेज (V) और करंट (A)। इसमें एक अंतर्निर्मित स्विच भी है जिसके साथ आप कनेक्टेड विद्युत उपकरण को नियंत्रित कर सकते हैं;
नियो कूलकैम लीक सेंसर रिमोट जांच के संपर्कों को बंद करके बिखरे हुए तरल की उपस्थिति का पता लगाता है;
जब धुएं के कण गैस विश्लेषक कक्ष में प्रवेश करते हैं तो Zipato PH-PSG01 स्मोक सेंसर चालू हो जाता है;
नियो कूलकैम मोशन सेंसर मानव शरीर के अवरक्त विकिरण का विश्लेषण करता है। इसके अतिरिक्त एक प्रकाश संवेदक (Lx) भी है;
मल्टीसेंसर फिलियो पीएसटी02-ए तापमान (डिग्री सेल्सियस), प्रकाश (%), दरवाजा खोलना, कमरे में किसी व्यक्ति की उपस्थिति को मापता है;
Z-वेव USB स्टिक ZME E UZB1 नेटवर्क नियंत्रक, जिससे सेंसर जुड़े हुए हैं।

यह बहुत महत्वपूर्ण है कि डिवाइस और नियंत्रक एक ही आवृत्ति पर काम करें, अन्यथा वे कनेक्शन के समय एक-दूसरे को नहीं देख पाएंगे। एक Z-वेव नेटवर्क कंट्रोलर से 232 डिवाइस तक कनेक्ट किए जा सकते हैं, जो एक अपार्टमेंट या देश के घर के लिए काफी है। घर के अंदर नेटवर्क कवरेज क्षेत्र का विस्तार करने के लिए, एक स्मार्ट सॉकेट का उपयोग सिग्नल रिपीटर के रूप में किया जा सकता है।

पिछले पैराग्राफ में चर्चा की गई स्मार्ट होम कंट्रोलर सर्वर प्रक्रिया में, Z-वेव सर्वर Z-वेव उपकरणों के साथ इंटरैक्ट करने के लिए जिम्मेदार है। यह सेंसर से जानकारी प्राप्त करने के लिए एक लाइब्रेरी का उपयोग करता है ओपनज़वेव C++ में, जो Z-वेव नेटवर्क USB नियंत्रक के साथ इंटरैक्ट करने के लिए एक इंटरफ़ेस प्रदान करता है और विभिन्न प्रकार के सेंसर और एक्चुएटर्स के साथ काम करता है। सेंसर द्वारा मापा गया पर्यावरण पैरामीटर का मान Z-वेव सर्वर द्वारा JSON संदेश के रूप में रिकॉर्ड किया जाता है:

{
	"vendor": "*****",
	"version": "3.0.0",
	"timestampMs": "1566479791290",
	"clientType": "gateway",
	"deviceId": "20873eb0-dd5e-4213-a175-************",
	"deviceType": "sensor",
	"protocol": "zwave",
	"messageType": "sensorData",
	"homeId": "0xefa0cfa7",
	"nodeId": "20",
	"sensorType": "METER",
	"label": "Voltage",
	"sensorData": "229.3",
	"units": "V"
}

फिर इसे सर्वर प्रक्रिया के संदेश प्रबंधक को अग्रेषित किया जाता है ताकि ग्राहक थ्रेड इसे प्राप्त कर सकें। मुख्य ग्राहक उत्पादन तर्क सर्वर है, जो तर्क नियमों के पूर्ववृत्त में संदेश फ़ील्ड मानों से मेल खाता है। नियंत्रण आदेशों वाले अनुमान परिणाम वापस संदेश प्रबंधक को भेजे जाते हैं और वहां से जेड-वेव सर्वर पर जाते हैं, जो उन्हें डीकोड करता है और उन्हें जेड-वेव नेटवर्क यूएसबी नियंत्रक को भेजता है। फिर वे एक्चुएटर में प्रवेश करते हैं, जो पर्यावरणीय वस्तुओं की स्थिति को बदल देता है, और स्मार्ट होम इस प्रकार उपयोगी कार्य करता है।

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Z-वेव डिवाइस को कनेक्ट करना स्मार्ट होम कंट्रोलर के ग्राफिकल इंटरफ़ेस में किया जाता है। ऐसा करने के लिए, उपकरणों की सूची वाले पृष्ठ पर जाएं और "जोड़ें" बटन पर क्लिक करें। RESTful API इंटरफ़ेस के माध्यम से ऐड कमांड सर्वर प्रक्रिया में प्रवेश करता है और फिर संदेश प्रबंधक द्वारा Z-Wave सर्वर पर भेजा जाता है, जो Z-Wave नेटवर्क USB नियंत्रक को डिवाइस जोड़ने के लिए एक विशेष मोड में डालता है। इसके बाद, Z-वेव डिवाइस पर आपको सर्विस बटन को त्वरित प्रेस (3 सेकंड के भीतर 1,5 प्रेस) की एक श्रृंखला बनाने की आवश्यकता है। USB नियंत्रक डिवाइस को नेटवर्क से जोड़ता है और इसके बारे में जानकारी Z-वेव सर्वर को भेजता है। वह, बदले में, नए डिवाइस के मापदंडों के साथ SQLite डेटाबेस में एक नई प्रविष्टि बनाता है। एक निर्दिष्ट समय अंतराल के बाद, ग्राफिकल इंटरफ़ेस Z-वेव डिवाइस सूची पृष्ठ पर लौटता है, डेटाबेस से जानकारी पढ़ता है और सूची में नया डिवाइस प्रदर्शित करता है। प्रत्येक डिवाइस को अपना विशिष्ट पहचानकर्ता प्राप्त होता है, जिसका उपयोग उत्पादन अनुमान नियमों और क्लाउड में काम करते समय किया जाता है। इस एल्गोरिदम का संचालन यूएमएल आरेख में दिखाया गया है:

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आईपी कैमरे कनेक्ट करना

इस आलेख में चर्चा की गई क्लाउड स्मार्ट होम प्रणाली क्लाउड वीडियो निगरानी प्रणाली का अपग्रेड है, जिसे लेखक द्वारा भी विकसित किया गया है, जो कई वर्षों से बाजार में है और रूस में इसकी कई स्थापनाएं हैं।

क्लाउड वीडियो निगरानी प्रणालियों के लिए, गंभीर समस्याओं में से एक उपकरण का सीमित चयन है जिसके साथ एकीकरण किया जा सकता है। क्लाउड से कनेक्ट करने के लिए जिम्मेदार सॉफ़्टवेयर वीडियो कैमरे के अंदर स्थापित किया गया है, जो तुरंत इसके हार्डवेयर - प्रोसेसर और मुफ्त मेमोरी की मात्रा पर गंभीर मांग रखता है। यह मुख्य रूप से नियमित आईपी कैमरों की तुलना में क्लाउड सीसीटीवी कैमरों की उच्च कीमत की व्याख्या करता है। इसके अलावा, कैमरा फ़ाइल सिस्टम और सभी आवश्यक विकास उपकरणों तक पहुंच प्राप्त करने के लिए सीसीटीवी कैमरा निर्माता कंपनियों के साथ बातचीत के एक लंबे चरण की आवश्यकता होती है।

दूसरी ओर, सभी आधुनिक आईपी कैमरों में अन्य उपकरणों (विशेष रूप से, वीडियो रिकॉर्डर) के साथ बातचीत के लिए मानक प्रोटोकॉल होते हैं। इस प्रकार, एक अलग नियंत्रक का उपयोग जो एक मानक प्रोटोकॉल के माध्यम से जुड़ता है और आईपी कैमरों से क्लाउड तक वीडियो स्ट्रीम प्रसारित करता है, क्लाउड वीडियो निगरानी प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी लाभ प्रदान करता है। इसके अलावा, यदि क्लाइंट ने पहले से ही साधारण आईपी कैमरों पर आधारित वीडियो निगरानी प्रणाली स्थापित की है, तो इसका विस्तार करना और इसे पूर्ण क्लाउड स्मार्ट होम में बदलना संभव हो जाता है।

आईपी वीडियो निगरानी प्रणालियों के लिए सबसे लोकप्रिय प्रोटोकॉल, जो अब बिना किसी अपवाद के सभी आईपी कैमरा निर्माताओं द्वारा समर्थित है ओएनवीआईएफ प्रोफाइल एस, जिनकी विशिष्टताएँ वेब सेवा विवरण भाषा में मौजूद हैं डबल्यूएसडीएल. टूलकिट से उपयोगिताओं का उपयोग करना जीएसओएपी आईपी कैमरों के साथ काम करने वाली सेवाओं के लिए स्रोत कोड उत्पन्न करना संभव है:

$ wsdl2h -o onvif.h 
	https://www.onvif.org/ver10/device/wsdl/devicemgmt.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver10/events/wsdl/event.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver10/media/wsdl/media.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver20/ptz/wsdl/ptz.wsdl

$ soapcpp2 -Cwvbj -c++11 -d cpp_files/onvif -i onvif.h

परिणामस्वरूप, हमें C++ में हेडर "*.h" और स्रोत "*.cpp" फ़ाइलों का एक सेट मिलता है, जिसे सीधे एक एप्लिकेशन या एक अलग लाइब्रेरी में रखा जा सकता है और जीसीसी कंपाइलर का उपयोग करके संकलित किया जा सकता है। कई कार्यों के कारण, कोड बड़ा है और अतिरिक्त अनुकूलन की आवश्यकता है। रास्पबेरी पाई 3 मॉडल बी+ माइक्रो कंप्यूटर में इस कोड को निष्पादित करने के लिए पर्याप्त प्रदर्शन है, लेकिन यदि कोड को किसी अन्य प्लेटफ़ॉर्म पर पोर्ट करने की आवश्यकता है, तो सही प्रोसेसर आर्किटेक्चर और सिस्टम संसाधनों का चयन करना आवश्यक है।

आईपी कैमरे जो ओएनवीआईएफ मानक का समर्थन करते हैं, स्थानीय नेटवर्क पर काम करते समय पते के साथ एक विशेष मल्टीकास्ट समूह से जुड़े होते हैं 239.255.255.250. एक प्रोटोकॉल है WS-डिस्कवरी, जो आपको स्थानीय नेटवर्क पर उपकरणों की खोज को स्वचालित करने की अनुमति देता है।

स्मार्ट होम कंट्रोलर का ग्राफिकल इंटरफ़ेस PHP में आईपी कैमरों के लिए एक खोज फ़ंक्शन लागू करता है, जो XML संदेशों के माध्यम से वेब सेवाओं के साथ इंटरैक्ट करते समय बहुत सुविधाजनक होता है। मेनू आइटम का चयन करते समय डिवाइस > आईपी कैमरा > स्कैनिंग आईपी कैमरों की खोज के लिए एल्गोरिदम लॉन्च किया गया है, जो परिणाम को तालिका के रूप में प्रदर्शित करता है:

(इसे उच्च रिज़ॉल्यूशन में खोलने के लिए चित्र पर क्लिक करें)

जब आप नियंत्रक में एक कैमरा जोड़ते हैं, तो आप सेटिंग्स निर्दिष्ट कर सकते हैं जिसके अनुसार यह क्लाउड के साथ इंटरैक्ट करेगा। साथ ही इस स्तर पर, इसे स्वचालित रूप से एक अद्वितीय डिवाइस पहचानकर्ता सौंपा जाता है, जिसके द्वारा इसे बाद में क्लाउड के भीतर आसानी से पहचाना जा सकता है।

इसके बाद, JSON प्रारूप में एक संदेश उत्पन्न होता है जिसमें जोड़े गए कैमरे के सभी पैरामीटर शामिल होते हैं और RESTful API कमांड के माध्यम से स्मार्ट होम कंट्रोलर की सर्वर प्रक्रिया को भेजा जाता है, जहां कैमरा पैरामीटर को डीकोड किया जाता है और आंतरिक SQLite डेटाबेस में सहेजा जाता है, और हैं निम्नलिखित प्रोसेसिंग थ्रेड लॉन्च करने के लिए भी उपयोग किया जाता है:

वीडियो और ऑडियो स्ट्रीम प्राप्त करने के लिए आरटीएसपी कनेक्शन स्थापित करना;
G.711 mu-Law, G.711 A-Law, G.723, आदि प्रारूपों से ऑडियो ट्रांसकोडिंग। एएसी प्रारूप में;
H.264 प्रारूप में वीडियो स्ट्रीम और AAC प्रारूप में ऑडियो को FLV कंटेनर में ट्रांसकोड करना और इसे RTMP प्रोटोकॉल के माध्यम से क्लाउड पर प्रसारित करना;
ONVIF प्रोटोकॉल के माध्यम से आईपी कैमरा मोशन डिटेक्टर के समापन बिंदु के साथ संबंध स्थापित करना और समय-समय पर इसका मतदान करना;
समय-समय पर एक थंबनेल पूर्वावलोकन छवि तैयार करना और उसे एमक्यूटीटी प्रोटोकॉल के माध्यम से क्लाउड पर भेजना;
स्मार्ट होम कंट्रोलर के एसडी या फ्लैश कार्ड पर MP4 प्रारूप में अलग-अलग फ़ाइलों के रूप में वीडियो और ऑडियो स्ट्रीम की स्थानीय रिकॉर्डिंग।

सर्वर प्रक्रिया में कैमरों के साथ संबंध स्थापित करने, ट्रांसकोड करने, वीडियो स्ट्रीम को प्रोसेस करने और रिकॉर्ड करने के लिए लाइब्रेरी के फ़ंक्शंस का उपयोग किया जाता है FFmpeg 4.1.0.

प्रदर्शन परीक्षण प्रयोग में, 3 कैमरे नियंत्रक से जुड़े थे:

HiWatch DS-I114W (रिज़ॉल्यूशन - 720p, संपीड़न प्रारूप - H.264, बिटरेट - 1 एमबी/एस, ध्वनि G.711 म्यू-लॉ);
माइक्रोडिजिटल MDC-M6290FTD-1 (रिज़ॉल्यूशन - 1080p, संपीड़न प्रारूप - H.264, बिटरेट - 1 एमबी/एस, कोई ध्वनि नहीं);
दहुआ DH-IPC-HDW4231EMP-AS-0360B (रिज़ॉल्यूशन - 1080p, कम्प्रेशन फॉर्मेट - H.264, बिटरेट - 1.5 Mb/s, AAC ऑडियो)।

सभी तीन स्ट्रीम एक साथ क्लाउड पर आउटपुट की गईं, ऑडियो ट्रांसकोडिंग केवल एक कैमरे से की गई, और स्थानीय संग्रह रिकॉर्डिंग अक्षम कर दी गई। सीपीयू लोड लगभग 5% था, रैम का उपयोग 32 एमबी (प्रति प्रक्रिया), 56 एमबी (ओएस सहित कुल) था।

इस प्रकार, लगभग 20 - 30 कैमरों को स्मार्ट होम कंट्रोलर (रिज़ॉल्यूशन और बिटरेट के आधार पर) से जोड़ा जा सकता है, जो तीन मंजिला कॉटेज या एक छोटे गोदाम के लिए वीडियो निगरानी प्रणाली के लिए पर्याप्त है। ऐसे कार्यों के लिए जिनमें अधिक प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, आप मल्टी-कोर इंटेल प्रोसेसर और लिनक्स डेबियन सर्ज ओएस के साथ नेटटॉप का उपयोग कर सकते हैं। नियंत्रक वर्तमान में परीक्षण संचालन से गुजर रहा है, और इसके प्रदर्शन पर डेटा अपडेट किया जाएगा।

बादल के साथ बातचीत

क्लाउड-आधारित स्मार्ट होम उपयोगकर्ता डेटा (वीडियो और सेंसर माप) को क्लाउड में संग्रहीत करता है। क्लाउड स्टोरेज की वास्तुकला पर हमारी श्रृंखला के अगले लेख में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी। अब बात करते हैं स्मार्ट होम कंट्रोलर से क्लाउड तक सूचना संदेश प्रसारित करने के लिए इंटरफ़ेस के बारे में।

कनेक्टेड डिवाइसों की स्थिति और सेंसर माप प्रोटोकॉल के माध्यम से प्रसारित होते हैं MQTT, जो अपनी सादगी और ऊर्जा दक्षता के कारण अक्सर इंटरनेट ऑफ थिंग्स परियोजनाओं में उपयोग किया जाता है। एमक्यूटीटी एक क्लाइंट-सर्वर मॉडल का उपयोग करता है, जहां ग्राहक ब्रोकर के भीतर विशिष्ट विषयों की सदस्यता लेते हैं और अपने संदेश प्रकाशित करते हैं। ब्रोकर सभी ग्राहकों को QoS (सेवा की गुणवत्ता) स्तर द्वारा निर्धारित नियमों के अनुसार संदेश भेजता है:

क्यूओएस 0 - अधिकतम एक बार (डिलीवरी की कोई गारंटी नहीं);
QoS 1 - कम से कम एक बार (डिलीवरी पुष्टिकरण के साथ);
क्यूओएस 2 - बिल्कुल एक बार (अतिरिक्त डिलीवरी पुष्टिकरण के साथ)।

हमारे मामले में, हम उपयोग करते हैं ग्रहण मच्छर. विषय का नाम स्मार्ट होम नियंत्रक का विशिष्ट पहचानकर्ता है। सर्वर प्रक्रिया के अंदर MQTT क्लाइंट इस विषय की सदस्यता लेता है और संदेश प्रबंधक से आने वाले JSON संदेशों का इसमें अनुवाद करता है। इसके विपरीत, MQTT ब्रोकर के संदेशों को इसके द्वारा संदेश प्रबंधक को अग्रेषित किया जाता है, जो फिर उन्हें सर्वर प्रक्रिया के अंदर अपने ग्राहकों को मल्टीप्लेक्स करता है:

स्मार्ट होम नियंत्रक की स्थिति के बारे में संदेश प्रसारित करने के लिए, सहेजे गए संदेशों के तंत्र का उपयोग किया जाता है संदेशों को बरकरार रखा एमक्यूटीटी प्रोटोकॉल। यह आपको बिजली विफलता के दौरान पुन: कनेक्शन के समय की सही ढंग से निगरानी करने की अनुमति देता है।

MQTT क्लाइंट को लाइब्रेरी कार्यान्वयन के आधार पर विकसित किया गया था ग्रहण पाहो C++ भाषा में.

H.264 + AAC मीडिया स्ट्रीम RTMP प्रोटोकॉल के माध्यम से क्लाउड पर भेजे जाते हैं, जहां मीडिया सर्वर का एक क्लस्टर उन्हें संसाधित करने और संग्रहीत करने के लिए जिम्मेदार होता है। क्लस्टर में लोड को बेहतर ढंग से वितरित करने और सबसे कम लोड किए गए मीडिया सर्वर का चयन करने के लिए, स्मार्ट होम कंट्रोलर क्लाउड लोड बैलेंसर से प्रारंभिक अनुरोध करता है और उसके बाद ही मीडिया स्ट्रीम भेजता है।

निष्कर्ष

लेख में रास्पबेरी पाई 3 बी+ माइक्रो कंप्यूटर पर आधारित स्मार्ट होम कंट्रोलर के एक विशिष्ट कार्यान्वयन की जांच की गई, जो जेड-वेव प्रोटोकॉल के माध्यम से जानकारी प्राप्त कर सकता है, प्रक्रिया कर सकता है और उपकरणों को नियंत्रित कर सकता है, ओएनवीआईएफ प्रोटोकॉल के माध्यम से आईपी कैमरों के साथ बातचीत कर सकता है, और डेटा का आदान-प्रदान भी कर सकता है। क्लाउड के साथ कमांड। MQTT और RTMP प्रोटोकॉल के माध्यम से सेवा। JSON प्रारूप में प्रस्तुत तार्किक नियमों और तथ्यों की तुलना के आधार पर एक उत्पादन तर्क इंजन विकसित किया गया है।

स्मार्ट होम कंट्रोलर का वर्तमान में मॉस्को और मॉस्को क्षेत्र में कई साइटों पर परीक्षण चल रहा है।

नियंत्रक के अगले संस्करण में अन्य प्रकार के उपकरणों (आरएफ, ब्लूटूथ, वाईफाई, वायर्ड) को जोड़ने की योजना है। उपयोगकर्ताओं की सुविधा के लिए, सेंसर और आईपी कैमरों को जोड़ने की प्रक्रिया को मोबाइल एप्लिकेशन में स्थानांतरित किया जाएगा। सर्वर प्रोसेस कोड को अनुकूलित करने और सॉफ़्टवेयर को ऑपरेटिंग सिस्टम में पोर्ट करने के लिए भी विचार हैं ओपनवार्ट. यह आपको एक अलग नियंत्रक पर बचत करने और स्मार्ट होम की कार्यक्षमता को नियमित घरेलू राउटर में स्थानांतरित करने की अनुमति देगा।

स्रोत: www.habr.com

क्लाउड स्मार्ट होम. भाग 1: नियंत्रक और सेंसर

स्मार्ट घरेलू उपकरण

स्मार्ट होम नियंत्रक

सर्वर प्रक्रिया

उत्पादन तर्क

जेड-वेव सेंसर और एक्चुएटर्स

आईपी कैमरे कनेक्ट करना

बादल के साथ बातचीत

निष्कर्ष

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क्लाउड स्मार्ट होम. भाग 1: नियंत्रक और सेंसर

स्मार्ट घरेलू उपकरण

स्मार्ट होम नियंत्रक

सर्वर प्रक्रिया

उत्पादन तर्क

जेड-वेव सेंसर और एक्चुएटर्स

आईपी ​​कैमरे कनेक्ट करना

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आईपी कैमरे कनेक्ट करना