1. Введение

Бурный рост количества различного рода устройств персональной электроники, предназначенных для эффективного бизнеса и комфорта повседневной жизни современного человека, начавшийся с появлением первых персональных компьютеров (ПК), затрагивает интересы все большего числа людей. Все чаще люди задумываются о том, как можно автоматизировать свое жилище и воплотить идеи, описанные Биллом Гейтсом в книге «Дорога вперед». Реальной основой этого является тенденция значительного количественного роста сегмента домашних ПК. По оценкам фирмы Dataquest в США число семей, имеющих ПК к 2003 году приблизится к 90%, а около трети всех семей имеют два и более ПК. В дальнейшем доля «многокомпьютерных» семей, безусловно, станет увеличиваться и мы сможем наблюдать картину, аналогичную той, что сложилась на рынке телевизоров. Именно ПК и компьютерные сети на их основе играют роль «мозга и хребта» автоматизированной системы в современном интеллектуальном или электронном доме.

Фактически речь идет уже не просто о компьютерных сетях, а о единых системах связи и управления всей домашней персональной электроникой. Домашние серверы станут основным элементом концепции интеллектуального жилища и тем самым упорядочат работу всех ПК и других приборов, подключенных к локальной сети, а главное - обеспечат широкополосный доступ в Internet и будут распределять потоки данных между узлами сети.

Кое-где уже успешно работают демонстрационные образцы подобных домов со встроенными сетями для объединения персональной электроники в единый "организм".

В этой связи на рынке труда возникает острая необходимость в специалистах, реализующих эти проекты т.е. в «системных интеграторах для дома», и для удовлетворения этой потребности в учебных заведениях должна возникнуть соответствующая новая специальность.

2. Персональная электроника и электронные дома.

В последние годы домашняя персональная электроника получает все большее развитие. Сейчас многие маркетинговые и консалтинговые компании уверенно говорят, что наш дом становится самостоятельным и привлекательным объектом на рынке телекоммуникационно-компьютерных услуг. Например, в недавнем исследовании фирмы PricewaterhouseCoopers утверждается, что завоевание "домашнего сегмента" является беспроигрышным бизнес-вариантом. Ведущие эксперты этой фирмы тщательно рассматривали различные варианты "сетевого" или "электронного дома". По их мнению, приборы связи в домашних стенах будут и впредь выполнять индивидуальные функции, однако они будут объединены между собой и с внешними агентами в одну сеть для обеспечения взаимодействия и контроля.

Некоторые строительные компании уже снабжают дорогие элитные дома системой ethernet-кабелей. Такие сети первоначально были предназначены для объединения домашних ПК и их периферийных устройств в единую сеть. Для объединения новых устройств вполне подойдут как современные беспроводные технологии, например Bluetooth, так и Ethernet. Над созданием новых устройств уже работают многие известнейшие производители. Компании Cisco и Sun, к примеру, создали альянс под общим названием "Решения для сетевого дома". Cisco разработала технологию "Шлюз для интернет-дома", а Sun — технологию программирования Jini, основанную на языке Java, позволяющую домашним устройствам персональной электроники достаточно просто общаться друг с другом. В разработках также участвуют Sony, Bosch и Whirlpool. С ними конкурируют и менее известные компании, такие как Amino Technologies и Cyan Technologies. Они недавно создали дешевую и гибкую технологию для сетевых приложений под названием Intact. Она отличается возможностью быстрой модернизации, коротким временем разработки и применима как в самых простых, так и в сложных устройствах. К тому же она обладает большим потенциалом и за пределами интернет-дома и можетиспользоваться для любых механизмов и машин. Еще одним важным преимуществом новой технологии является встроенная система безопасности.

Рынок новых домашних устройств персональной электроники еще очень молод, хотя технология сетевого дома — естественное развитие и продолжение интернет-технологии. Эксперты сходятся в одном: в ближайшие годы устройств доступа к Интернету в мире будет больше, чем персональных компьютеров. Разработка продуктов идет полным ходом: компания Ariston сообщила о создании интернет-стиральной машины, не отстают и другие. Начало коммерческой продажи подобных устройств планируется начать в конце 2001 — начале 2002 года.

Самым популярным экспонатом на состоявшейся в конце 2000 года выставке оборудования для дома в Париже был холодильник известной фирмы Whirlpool со встроенным интернет-доступом. Во многих домах холодильник используется как доска объявлений, на которой вывешиваются фотографии, записки, открытки и списки необходимых покупок. Перевод всего этого в электронную форму — вполне естественный шаг.

Не только Whirlpool, но и такие не менее известные компании, как Ariston, Bosch, Electrolux, LG Electronics и Samsung, считают, что "холодильник онлайн" — это только начало, стратегическая цель — создание "интеллигентного дома" с целым рядом новых возможностей. Не за горами тот день, когда все домашние электронные устройства смогут общаться друг с другом, с Интернетом и с обитателями дома.

Уже появился настоящий телевизионный компьютер, возникший на волне Интернет-приставок и объединивший все последние технологические веяния в области телевидения и доступа в Интернет. Он собран на базе обычного ПК с добавлением ТВ-тюнера и других устройств. Специально созданное программное обеспечение позволяет работать с ним даже людям, не умеющим пользоваться компьютером.Такое устройство является полнофункциональным компьютером и сочетает в себе функции CD и видеоплеера, автоответчика, секретаря-организатора, записной книжки, календаря, калькулятора, позволяет делать электронные платежи. Можно заняться куплей-продажей акций, валюты, перевести деньги со счета на счет (например, за коммунальные платежи), оплатить покупку кредитной карточкой.

Об интеллектуальных домах (ИД) сегодня говорят очень много. Только в ближайшие годы в США на ИД будет потрачено 4 млрд. долл. Рынок этот столь привлекателен (хотя и не менее сложен), что сейчас на нем разгорается серьезная борьба за стандарты на технологии ИД.

Первые попытки реализовать идею ИД на практике показали: помимо того, что для этого требуются сложное оборудование, километры кабелей и кропотливая настройка ПО, еще и добиться эффективной работы управляющего сервера (при его разумной цене) не так-то просто - как только активность в таком доме повышается (папа активно "взаимодействует" с телевизором и компьютером, мама командует интеллектуальными устройствами на кухне, дети вовсю играют с "умными" игрушками), сервер обычно начинает работать в режиме перегрузки. Поэтому наиболее перспективным представляется применение технологий искусственного интеллекта (ИИ) для планирования работы и управления загрузкой не одного мощного и дорогого сервера, а множества периферийных дешевых процессоров, ориентированных на реализацию алгоритмов распознавания речи и изображений.

Домашняя сеть будет обеспечивать комплекс услуг, которые будут становиться все более разнообразными. Эти рассредоточенные и микро-услуги сфокусируются на дискретных функциях и будут надежно их выполнять при минимальных или нулевых усилиях со стороны владельца. Они автоматизируют действия, прежде выполнявшиеся вручную (например, включение-выключение света или электроприборов). Они усовершенствуют управление бытовыми функциями (например, путем контроля за использованием коммунальных услуг или диагностики неисправности приборов). Они введут элемент мобильности (при помощи таких новаций, как специальная клавиатура для поиска в Интернете или технология дистанционного ответа на сообщения, поступающие по электронной почте). Или же они обеспечат связь за пределами дома с другими сетями и информационными источниками (например, для врачебного контроля за вашей семьей, дистанционного слежения за детьми или домашними животными).

Одной из наиболее интересных и активно продвигаемых технологий является "Home Run", одобренная Home Phoneline Networking Alliance (HomePNA) - Союзом по созданию Домашних Сетей на основе телефонных линий. В состав учредителей союза вошли ведущие производители компьютерного и телекоммуникационного оборудования.

HomePNA разработал технологию, позволяющую создавать высокоскоростные и эффективные по стоимости домашние сети, используя существующую телефонную проводку. Кабелирование дома под ЛВС слишком дорого и сложно для большинства потребителей, поэтому необходимо использовать под сеть домашнюю телефонную проводку. Каждый телефонный разъем RJ-11 может стать портом домашней сети, оставаясь при этом и телефонным. Легкая в установке и работе технология HomePNA использует тот же Windows NDIS драйвер, что и традиционные Ethernet-карты. Это освобождает пользователя от необходимости иметь дело со сложными настройками ПО. Недорогие HomePNA-карты (менее $100) будут продаваться отдельно или встраиваться в ПК, принтеры и пр. Так как технология HomePNA требует от сетевых устройств совместной работы с другими устройствами и службами, используется мультиплексирование с разделением частот между телефонными службами и передачей данных в сети. Пользователь может одновременно разговаривать по телефону или отправлять факс, работать с домашней сетью и иметь доступ к Internet через постоянно включенное Universal ADSL (UADSL) соединение. Приемо-передающие устройства в HomePNA способны не только регулировать уровни входного/выходного сигналов и соотношение сигнал/шум, но и в результате непрерывного мониторинга телефонной линии постоянно подстраивать свои характеристики под ее конкретные параметры.

Изложенная в первой спецификации технология 1Мбит/с работает в диапазоне от 5,5 до 9,5 МГц. Фильтры легко подавляют частоты ниже 5,5 МГц, и влияние обычной телефонии и служб хDSL исключается. Технология базируется на применении метода многопользовательского доступа к общей коммуникационной среде, основы технологии Ethernet. Проще говоря, это 1 Мбит/с Ethernet по телефонным линиям, что очень важно, так как позволяет HomePNA сети использовать огромное количество Ethernet совместимого ПО, приложений и оборудования, имеющихся на рынке.

Но если сегодня скорости 1 Мбит/с более чем достаточно для имеющихся домашних программ и приложений, то завтра этого будет явно маловато. Такие высокоскоростные службы, как xDSL, требуют скорости 1-8 Мбит/с, кабельные модемы разгоняются до 30 Мбит/с, а еще есть MPEG1/DBS-video - 1.5 Мбит/с, DVD-video - 3-8 Мбит/с и минимум 19 Мбит/с для HDTV.

Поэтому HomePNA уже сегодня разработана вторая перспективная спецификация 10 Мбит/с. Она базируется на запатентованной корпорацией Epigram технологии, использующей эффективный способ модуляции с частотой 2-30 МГц и позволяющей передавать до 8 бит полезной информации за один импульс. В перспективе это поднимет скорость до 100 Мбит/с.

Кроме "Home Run", на рынке имеются еще две технологии:

1). IEEE 1394 FireWire- высокоскоростная технология, требующая от потребителя прокладки новых проводов внутри дома. В каждой комнате дома должно быть проложено: по два провода UTP Cat.5 - для сети и голоса и по два оптоволоконных коаксиальных кабеля RG6 - для приема кабельного ТВ и данных от кабельного модема или спутниковой антенны. Ориентировочно, только прокладка кабелей обойдется потребителю в сумму от $1000 до $3000 на один дом: примерно $500 - $1500 за кабинет и по $150 за каждую комнату. Кроме того, потребуются концентраторы и прочий набор, хорошо знакомый по Ethernet-сети.

Ожидается, что IEEE 1394 станет основным стандартом высокоскоростной последовательной шины, допускающей подключение до 63 устройств (например, периферийных компьютерных аудио- и видеоустройств) с использованием технологии plug-and-play. При этом им не надо назначать идентификационные номера. Однако этот стандарт был разработан для передачи данных по проводному кабелю, длина которого не должна превышать 4,5 м. Этого явно недостаточно для построения домашних сетей, поэтому пользователям приходится применять повторители, что усложняет структуру и повышает стоимость сетей. Чтобы устранить этот недостаток, разработан проект спецификации P1394b, позволяющий увеличить скорость передачи до 3,2 Гбит/с на расстояние 50 и более метров, а также использовать волоконно-оптические кабели или инфракрасные приемо-передатчики.

2). HomeRF- обычная сеть с использованием устройств типа радиомодема, только домашняя. Стоимость - соответствующая: от $100 до $150 за каждый порт внутри дома при скорости от 10 Кбит/с до 1 Мбит/с. Для связи с “внешним миром” потребуется еще мощный радиомодем.

Компания Samsung Electronics (Южная Корея) в июне 1998 года представила домашнюю сеть Home Wide Web (HWW), которая позволяет посредством интерфейса IEEE 1394 (шина FireWire) объединить видеомагнитофоны, телевизоры, абонентские терминалы спутниковой связи, кабельного ТВ и линий ADSL, проигрыватели DVD, компьютеры, охранные системы. Количество устройств в сети практически не ограничено. Доступ ко всем сетевым устройствам, независимо от их местонахождения, осуществляется по протоколу IP. Каждому из них назначается свой графический пользовательский интерфейс, выполненный в формате HTML-страниц. Таким образом, Home Wide Web позволяет получить доступ к любому сетевому устройству через общую "консоль управления". Более того, это можно сделать посредством не только домашней сети, но и Internet, находясь как у себя в офисе, так и на другом континенте. Реализация стандартных механизмов WWW обеспечивает прозрачную интеграцию домашней сети с глобальными и выгодно отличает решение Samsung от конкурирующих систем, основанных на фирменных протоколах с более ограниченными возможностями, а привычный интерфейс HTML-страницы значительно упрощает работу в сети любого члена семьи. В следующей модификации предусмотрено использование расширенных средств языка XML.

В 1999 года уже поступила на рынок первая промышленной партия однокристальных контроллеров для домашних сетей от Intel - 21145 Phoneline/Ethernet LAN. Он использует телефонный интерфейс для передачи информации по технологии "Home Run" 1 Мбит/с, а также имеет встроенный 10 Мбит/с. Ethernet интерфейс, позволяющий пользователям домосетей наслаждаться преимуществами таких устройств, как кабельные модемы и UADSL по обычным телефонным сетям. Более того, Intel 21145 автоматически распознает, к какому типу сети - домашней, телефонной или офисной Ethernet - подключен ПК, что позволит разработчикам аппаратных платформ и системным интеграторам создать единую систему для домашних и офисных сетей. В довершение ко всему он содержит встроенный модемный интерфейс и функции двухканального PCI устройства.

Московская компания "МОНЛАЙН" и Управление экспериментальной застройки Москвы подписали Протокол о намерениях в области создания и развития в новых московских микрорайонах "Домашней сети", объединяющей все домашние компьютеры. В единую сеть будут собраны все объекты местной инфраструктуры: школа, детский сад, поликлиника, почта, аптека, РЭУ, студия КТВ, отделения банков, магазины, прачечная, пункты проката, мастерские, оздоровительные учреждения, спортсооружения, информационный центр и так далее, запроектированные на территории микрорайона. Располагая компьютером, подключенным к "Домашней сети", жители микрорайона смогут:

• мгновенно получать информацию о графике работы и часах приема в поликлинике, прачечной, паспортном столе и так далее;

• направлять заказы и заявки в любую службу или магазин микрорайона, вносить себя в расписание приема врача, парикмахерской, сеанса в бассейне, сауны и так далее;

• получать информацию из школы об успеваемости детей, домашних заданиях, посещаемости уроков, плане ближайших мероприятий и так далее;

• печатать письма и документы на сетевом принтере с получением распечатки в свой почтовый ящик;

• получать или же самостоятельно публиковать различную "местную" информацию.

С появлением сети, имеющей канал выхода в Internet, у домашних пользователей появляются новые возможности:

• получать оперативную информацию прямо на экран домашнего компьютера;

• обмениваться сообщениями по электронной почте и иметь доступ в Интернет;

• использовать Internet-телефонию и видеоконференции;

• совместные игры по сети и так далее.

Рассмотрим основные стандарты, применяемые при создании электронных интеллектуальных домов.

X-10

Давно разработанная технология, первоначально предназначавшаяся для управления освещением и использующая обычные электросети для передачи по ним сообщений по протоколу X-10. Правда, X-10, созданный еще в 70-х годах, все еще находится на стадии тестирования и уже начинает отставать от современных требований (так, существующие прообразы стандарта Х-10 позволяют подключать к электросети не более 256 X-10-устройств).

LonWorks (корпорация Echelon)

Наиболее распространенный на сегодня стандарт для управления светом, системой отопления, вентиляцией и т. д. Использует распределенные технологии и позволяет подключать устройства по любым каналам связи.

Программная среда управления LonWorks Network Services для Windows дает возможность использовать собственные ActiveX-элементы для ее расширения. Имеются интерфейсы для других ОС и Java, поддерживается протокол TCP/IP.

CEBus

Открытый стандарт связи для домашних сетевых устройств Consumer Electronics Bus, разработанный Ассоциациями промышленной и бытовой электроники в 1992 г. Основывается на протоколе надежной связи через электросети (110 В) и некоторые другие коммуникационные линии. CEBus-устройства взаимодействуют, выполняя программы на объектно-ориентированном языке Common Application Language. Эти устройства можно без проблем подключать к уже работающей сети по принципу Home Plug and Play.

Для реализации проектов создания электронных интеллектуальных домов кроме аппаратных компонентов потребуется также соответствующее программное обеспечение.

Подразделение eHome, входящее в состав корпорации Microsoft, объявило в Калифорнии о начале разработки нового IT-проекта, имеющего условное название "дом будущего от Microsoft Corp.". По словам вице-президента eHome Майка Тутоньи в рамках нового проекта специалистам Microsoft предстоит создать проект жилища будущего, управляемого операционной системой на базе последней разработки Билла Гейтса ОС Windows XP. Microsoft уже в течение долгого времени проводило исследования интересов потребителя и накопило достаточно данных для создания новой ОС.

Другим аспектом проектов электронных домов является удобная форма запросов пользователя к автоматизированной системе управления бытовой персональной электроникой.

Хотя сегодня есть немало средств разработки, способных формировать запросы к базам данных в удобных визуальных редакторах и автоматически генерировать код на SQL, разработчики не только не прекращают своих усилий по созданию языков запросов к базам данных, напоминающих естественные языки, а скорее, наоборот, наращивают их.

Для СУБД SQL Server 7.0 уже имеется COM-компонент Microsoft English Query, позволяющий обращаться к ней на естественном языке. Для расширения его возможностей знания программирования не требуется.

Для MS Microsoft Access создана программа-надстройка ELF (ELF Software) , транслирующая запросы на английском языке в SQL-операторы. Включает словарную базу из 16 тыс. слов, которую можно расширять. Правила преобразования запросов в SQL представлены в виде реляционных таблиц и входят в комплект поставки продукта. Сейчас ведется интеграция системы с модулями распознавания речи.

Версию VB ELF можно встраивать в программы на Visual Basic и использовать для преобразования текстов в диалекты SQL Server 7.0 T-SQL и Oracle PL/SQL.

Разработан программный продукт English Wizard, представляющий собой семантический анализатор с встроенным словарем. Его можно настраивать на содержание конкретной базы данных. Система поставляется в нескольких видах - как законченный продукт, как система генерации отчетности, как DLL, OCX-компонент или Web-сервер.

Российский исследовательский институт по искусственному интеллекту давно совершенствует систему InterBASE, которая способна обрабатывать запросы к БД в форматах dBase, FoxPro и Clipper на русском и английском языках и может быть объединена с системами распознавания речи. InterBASE распространяется как shareware-продукт.

Вполне возможно, вести разработки в этой области будет легче, если воспользоваться свободно распространяемым языком REBOL (Relative Expression-Based Object Language). Хотя он напоминает командный язык, его операторы могут иметь совсем разный смысл в разных контекстах - в этом плане REBOL напоминает XML. Синтаксически он немного похож на Tcl/Tk и Forth. Реализация языка поддерживает множество сетевых протоколов и работает на 40 платформах.

Для объединения различных устройств персональной электроники интеллектуальных электронных домов в единой информационной среде требуется создание еще и единой среды передачи данных, в качестве которой выступает компьютерная сеть. К ранее упоминавшимся достоинствам объединения ПК в сеть отметим еще и следующие:

1. Совместное использование файлов; (т.е. большие по размеру файлы достаточно разместить только на одном ПК; остальные ПК могут воспользоваться им через сеть);

2. Совместное использование принтера. Особенно это актуально, если это дорогостоящий цветной лазерный принтер;

3. Совместное использование баз данных;

4. Возможность использования ПК с ограниченными внутренними ресурсами (Так называемый «тонкий клиент» т.е. ПК с малым по объему жестким диском, медленным процессором, с отсутствием CD-ROM и т.д.); При этом данная ограниченность восполняется использованием через сеть аппаратных ресурсов других более мощных компьютеров.

5. Передача сообщений и почта в сети;

6. Видеоконференции с применением ПК и сети.