بخشی از مقاله
کاربرد فناوری وب معنایی در خانه های هوشمند
خلاصه
امروزه از خانه های هوشمند صحبت می شود که نشان می دهد این تکنولوژیهای پیشرفته به زندگی ما وارد شده اند. خانه هوشمند ( Smart (home مجموعه عناصری است که می توانند هر کدام بخشی از امور مربوط به منزل را به شکلی هوشمندانه به انجام برسانند تا در وقت و هزینه ها صرفه جویی چشمگیری شود. در سالهای آغازین قرن حاضر با ظهور وب معنایی (Semantic Web) این هوشمندی تکامل پیدا کرده است. با داشتن یک سیستم کنترل کننده متمرکز که بر اساس تفسیر داده های دریافتی از محیط و همچنین داده هایی که در سیستم وجود دارد ، می توان عملکرد خانههای هوشمند را بگونه ای به تفکر انسانی نزدیک کنرد که علاوه بر تضمین امنیت، می توان احساس آرامش بیشتری را از این خانه ها انتظار داشت.
کلمات کلیدی: خانه هوشمند ، وب معنایی، سیستم کنترل مرکزی، سنسور،آنتولوژی
.1 مقدمه
هنگامیکه استفاده از وسایل الکترونیکی گسترش پیدا کرده بود ، سعی میشد از این امکانات و فناوریها در جهت آسان کردن امور روزمره و وقت گیـر بکار گرفته شود. همچنین اتوماتیک کردن برخی از دستگاهها موجب شد که وقت و انرژی کمتری از ما انسانها گرفتـه شـود . بـه عنـوان مثـال دربـازکن درب خانه ها بصورت ترکیبی از قطعات مکانیکی و الکترونیکی ساخته و سبب شد که با فشردن تنها یک کلید بتوان در فاصله دههـا متـری یـک درب را باز و بسته کرد. همچنین کم کم کاربرد ابزار تکنولوژی به سایر امور زندگی هم بسط داده شد، مانند حفاظت از منزل یا محل کار ، قطـع و وصـل کـردن جریان برق، استفاده از کنترل از راه دور در تلویزیون ها و درب ورودی ساختمان .خانه هوشمند در واقع ترکیبی از وسـایل الکترونیکـی بـود کـه قابلیـت کنترل و نظارت از فواصل دور و حتی از طریق اینترنت را نیز داشت.
با پیشرفت ابزار و تکنولوژی ، خلاقیت انسان نیز در هوشمندسازی خانه ها ادامه یافت . در این مسیر استانداردهایی بـرای اتصـال وسـایل منـزل بـه یـک شبکه ارتباطی تدوین شد که شرکت های تولید کننده وسایل خانگی می توانستند وسایلی را مجهز به امکانات ارتباطی تولید کننـد کـه سـنگ بنـای خانـه های هوشمند آینده باشند.
آخرین پیشرفتهای تکنولوژی، مرزهای بین انسان و ماشین را تحت تاثیر قرار داد تا جایی که ماشین ها را به حدی از هوشمندی رسانده کـه مـی تـوانیم روی هوش این ماشین ها برای رسیدن به اهداف اصلی خانه هوشـمند بخـوبی حسـاب کنـیم .آخـرین ایـن پیشـرفتها ارائـه وب معنـایی اسـت کـه توسـط برنرزلی1 همراه با ظهور وب 3 معرفی شد .
در این مقاله ابتدا بخشهای مختلف یک خانه هوشمند را تشریح خواهیم کرد و به چند نمونه از کارهای انجام شده در این زمینه خواهیم پرداخت.
در بخش اصلی به مبحث وب معنایی و کاربرد آن در خانه هوشمند ، اشاره می کنیم. در قسمت بعد یک خانه هوشمند را بـر اسـاس چـارچوب هـای وب معنایی ، تحلیل می کنیم. برای درک بهتر موضوع ، چهار لایه را برای یک خانه هوشمند معنایی ترسیم می کنیم. ویژگیهای اصلی این طرح در ادامه بعـد آمده است و همچنین به نحوه پیاده سازی اشاراتی خواهد شد.
-1-1 بخشهای مختلف خانه هوشمند
خانه هوشمند (smart home) یک سیستم متشکل از وسایل و تجهیزات الکتریکی و یا مکانیکی اسـت کـه هـر کـدام بخشـی از خانـه را تشـکیل میدهند. این وسایل قابلیت ارتباط بین خود و همچنین سیستم مرکزی خانه هوشمند را دارند. سیستم مرکزی خانه هوشمند یـک کـامپیوتر مرکـزی اسـت که تمامی تجهیزات خانه هوشمند از طریق شبکه ارتباطی به آن متصل هستند. این کامپیوتر امکان اتصال به شبکه اترنت ( هم شبکه های کابل مسی و هـم شبکههای بیسیم) را دارد. همچنین سیستم مرکزی از طریق مودم امکان ارتباط با اینترنت را نیز دارد.
تجهیزات خانه هوشمند به دو دسته کلی تقسیم میشوند: -1 دستگاههایی که دادهها را از محیط دریافـت مـیکننـد و آنهـا را بـه صـورت اطلاعات به سیستم مرکزی خانه هوشمند ارسال میکنند. -2 دستگاههای که اطلاعات را از سیستم مرکزی خانـه هوشـمند بصـورت دسـتورات دریافـت میکنند و آنها را اجرا می کنند. دسته اول را سنسور و دسته دوم را عمل کننده می نامیم. البته ممکن است تجهیزاتی وجود داشته باشند که قابلیت سنسـور را داشته باشند و هم عمل کننده باشند.
سیستم تهویه هوشمند نیز به عنوان یکی از بخشهای سیستم خانه هوشمند به سیستم مرکزی متصل است تا بتواند بر اساس تصـمیمات سیسـتم مرکـزی میزان گرم و یا خنک بودن هوای داخل منزل را تنظیم کند.
همچنین کنترل مصرف برق با استفاده از تجهیزاتی که قابلیت قطع و وصل جریان برق را با فرامین الکتریکی قابل انجام است. این بخـش از ضـروریات خانه هوشمند است، زیرا بهبود مصرف انرژی برق یکی از اهداف مهم استفاده از خانه هوشمند است.
-2-1 کارهای انجام شده
برای پیاده سازی خانه های هوشمند ابتدا استانداردهایی برای ارتباط وسایل منزل به سیستم مرکزی، تدوین شد تا سازندگان وسایل خانگی، خود را بـا این استانداردها همگام کنند و وسایلی بسازند که برای اتصـال بـه خانـه هوشـمند قابلیـت هـای لازم را داشـته باشـند. از جملـه ایـن اسـتانداردهاX10 ،
INSTEON، HomePlug و اخیرا Zigbee بوده است.
این استاندارد ها هر کدام به نوبه خود دارای محاسن و معایبی هستند. سازندگان تجهیزات سعی میکنند هر استانداردی را کـه بیشـتر بـا تجهیـز خـود قابلیت پیاده سازی را دارد ، استفاده میکنند. به عنوان مثـال از فنـاوری INSTEON در سنسـورهای تشـخیص حرکـت و از فنـاوری X10در کلیـد و پریزهای قابل کنترل استفاده می شود. فناوری X10 امکان ارسال اطلاعات از طریق کابل برق را دارد که این مزیت بسیار بزرگی است .
در پیاده سازی های جدید امکان استفاده سنسورها با دقت بالا و همچنین سرعت در نصب و راه انـدازی و همچنـین عـدم وابسـتگی بـه جریـان بـرق و استفاده از باطری برای ذخیره سازی انرژی برای زمان طولانی بررسی شد و در نهایت از Zigbee به عنـوان اسـتاندارد کـم مصـرف بهـره گرفتـه شـد. گودوین در کتاب خود بر روی هوشمند سازی خانه ها با استفاده از نرم افزار صحبت شده [4] که در واقع همان مدیریت خانه هوشمند با یک نـرم افـزار است و در سطح پایین هوشمندسازی خانه قرار دارد.
در ایران نیز تحقیقاتی در خصوص هوشمندسازی خانه انجام شده است که البته بیشتر آنها در جهت کاهش هزینه و خصوصا هزینه مصـرف بـرق بـوده است.[3]
-2 وب معنایی در خانه هوشمند
در این بخش ابتدا به معرفی وب معنایی به عنوان فناوری استفاده شده در این طرح می پردازیم و سپس در مورد کاربردهای وب معنایی در خانه هوشـمند اشاراتی خواهیم کرد.
-1-2 وب معنایی
وب معنایی (semantic web) همراه با ظهور وب 3 توسط بزنرز لی ارائه شد. لی معتقد بود دورانی فرا رسیده است که دنیـای وب دریـایی از دادههـا است و می توان با استفاده از ایده ابتکاری راچنز[6] درباره شبکه های معنایی 2 ، ماشین را به سطحی از هوشمندی رساند که بتواننـد حقـایق را از نتـایج استنتاج کند .
بر همین اساس ساختار پیچیده وب معنایی به عنوان آخرین دستاورد در زمینه هوشمند سازی بوجـود آمـد. سـاختار وب معنـایی در شـکل 1 نمـایش داده شده است.
شکل : (1) ساختار وب معنایی
کاربردهای وب معنایی در خانه هوشمند خانه هوشمند مجموعه ای از داده ها را از محیط منزل و حتی بیرون منزل جمع آوری میکند. ایـن داده هـا بـه اطلاعـات دیجیتـال تبـدیل مـیشـوند و بـه
سیستم مرکزی خانه هوشمند تحویل داده میشوند.
در خانه هوشمند که بر اساس وب معنایی بنا شده است اطلاعات بصورت قالبهایRDF تبدیل مـی شـود تـا توسـط منطـق وب معنـایی درکنـار دادههـای دیگر مورد بررسی قرار بگیرد و در آخر یک نتیجه گیری منطقی حاصل شود. بر اساس این نتیجه، دستورات توسط سیستم مرکـزی بـه واحـدهای عمـل کننده خانه هوشمند ارسال می شود و سبب یک واکنش از خانه هوشمند میشود. این واکنش فقط یک عمل الکترومکانیکی نیست بلکه تشخیص معنـایی سیستم هوشمند مرکزی است. این تصمیم بسیار شبیه تصـمیمی اسـت کـه انسـان در آن شـرایط خواهـد گرفـت زیـرا منطـق وب معنـایی نزدیـک کـردن محاسبات ماشین به قدرت تصمیم گیری بر اساس استنتاج است.
