Інтелектуальна інформаційна система розумного дому із використанням засобів Amazon Alexa

Abstract

Дохняк Б-О.О., Висоцька В.А. (керівник). Інтелектуальна система розумного дому із використанням засобів Amazon Alexa. Магістерська кваліфікаційна робота. - Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2021. Розширена анотація. Представлена у роботі магістерська кваліфікаційна робота присвячена розробці інтелектуальної системи розумного дому із використанням технологій голосового помічника – Amazon Alexa. Дана платформа покликана спростити людське життя та допомагати справлятись швидше, зручніше і безпечніше із щоденними побутовими задачами. Система постійно збирає дані, і аналізує команди користувача створюючи файли історії, для того щоб в майбутньому формувати сценарії поведінки використовуючи нейронну мережу. Головною метою системи є моніторинг, відстеження, керування і інтеграція із системами котрі використовують люди у своїх помешканнях. Система розумного дому презентована у даній роботі дозволяє відслідковувати усі збої роботи інтеграційних систем. Одним із ключових факторів даної інформаційної системи є те що був розроблений і реалізований модуль дозволяє інтеграцію із до того несумісним апаратним забезпеченням від компанії Xiaomi і програмники «мізками» голосового помічника від компанії Amazon. Перша згадана компанія поставляє на ринок великий асортимент пристроїв котрі можуть використовуватись у розумному будинку 21 століття, але на жаль компанія Xiaomi не має достатньої кількості інтеграцій із голосовими помічниками світових брендів. Це одна із проблем котру покликана вирішити дана система. Адже, зробивши інтеграцію із голосовими помічниками, можна набагато спростити процес керування будинком включення чи виключення різних приборів чи систем, настроювання чи конфігурація різних засобів та способів комфорт, наприклад температури чи підігріву підлоги. Системи розумних будинків, котрі зараз представленні на ринку, розвиваються надзвичайно стрімко, у геометричній прогресії. На разі відому навіть системи, де керуючи будинком дистанційно, знаходячись у іншому кінці міста, користувач може почати готувати на кухні, чи проаналізувати яких продуктів бракує в холодильнику, або завчасно ж набрати ванну. Основним моментом в такій системі є зручність додатку, за допомогою якого виконується керування розумним будинком. Чим більше функцій у такому додатку для керування системою, тим не зручнішим він є, як показує практика. І тут на допомогу приходять голосові асистенти, де користувачу не потрібно витрачати час листаючи меню і шукаючи потрібний функціонал. Все що потрібно це чітку сказати речення, команду яку потрібно виконати, дальше система траслюватиме команду в код і використовуючи протоколи відправлятиме її до систем, що інтегровані із будинком, наприклад систем безпеки: відеокамер, датчиків руху і тд. Методами дослідження у даній магістерській кваліфікаційній роботі виступають аналіз та порівння голосових асистентів для інгтеграції із розумним будинком а також аналіз траспортних протоколів для передавання даних між пристроями апаратного забезпечення. Основною ціллю даної системи, було створення «моста» для інтеграції між апаратним та програмним забезпеченням двох різних компаній, із різних частин світу. Ця інтеграція відкриє великі можливості для комбінації приладів та програм, також зробить процес створення розумного дому більш гнучним і комфортним. Серверна частина системи була реалізована за допомогою платформи розробки від компанії Microsoft - .Net. Це оптимальний вибір, оскільки дана технологія розвивається надзвичайно стрімко і надає багато нових можливостей із кожною версією. Дану технологію використовують як великі бізнес проекти, так і малі проекти некомерційного характеру, адже вона ідеально підходить для вирішення як великих ресурсно затратних та трудомістких задач, так і малих в котрих основним критерієм є швидкість виконання. Зі сторони баз даних було обрано NoSQL так як нам потрібно зберігати велика обсяги і масиви даних, а атомарність і транзакційність є не такою важливою, як для прикладу у систем котрі використовують реляційні бази даних. Сторона клієнта збудована максимально просто, оскільки в даній системі ключовим фактором є управління голосом, а не веб – інтерфейсом чи мобільним додатком. Об’єктом досліджень виступають механізми для створення та управління систем розумним будинком за допомогою голосових команд Предметом досліджень є процеси створення, управління та накопичення даних із компонентів і модулів, котрі підключенні до розумного будинку, і на основі них створення сценаріїв поведінки системи. Метою досліджень є презентація та аналіз функціональних можливостей даної системи, формування сценаріїв та її інтеграція із апартним забезпеченням несумісних компаній. Реалізована система покриває усі базові потреби, що необхідні для виконання функціональних можливостей, як було показанано на UML діаграмах.Dokhniak B-OO, Vysotska VA (head). Smart home smart system using Amazon Alexa tools. Master's qualification work. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2021. Extended annotation. The master's qualification work presented in the paper is devoted to the development of an intelligent smart home system using voice assistant technologies - Amazon Alexa. This platform is designed to simplify human life and help to cope faster, more conveniently and safer with everyday tasks. The system constantly collects data and analyzes user commands to create history files in order to generate behavioral scenarios using the neural network in the future. The main purpose of the system is to monitor, track, manage and integrate with the systems that people use in their homes. The smart home system presented in this paper allows you to track all failures of integration systems. One of the key factors of this information system is that the module was developed and implemented allows integration with previously incompatible hardware from Xiaomi and programmers "brains" of the voice assistant from Amazon. The first company to market a wide range of devices that can be used in the smart home of the 21st century, but unfortunately Xiaomi does not have enough integration with voice assistants of global brands. This is one of the problems that this system is designed to solve. After all, by integrating with voice assistants, you can greatly simplify the process of controlling the house by turning on or off various appliances or systems, setting or configuring various means and methods of comfort, such as temperature or underfloor heating. The smart home systems currently on the market are evolving extremely rapidly, exponentially. At present, even systems are known where, controlling the house remotely, being at the other end of the city, the user can start cooking in the kitchen, or analyze what products are missing in the refrigerator, or take a bath in advance. The main point in such a system is the convenience of the application, which is used to control a smart home. The more functions in such an application to manage the system, the more convenient it is, as practice shows. And here come to the aid of voice assistants, where the user does not need to spend time flipping through the menu and looking for the right functionality. All you need is to clearly say the sentence, the command to be executed, then the system will trace the command into the code and using protocols will send it to systems integrated with the house, such as security systems: cameras, motion sensors, etc. The research methods in this master's thesis are the analysis and comparison of voice assistants for integration with a smart home, as well as the analysis of transport protocols for data transmission between hardware devices. The main purpose of this system was to create a "bridge" for the integration between hardware and software of two different companies from different parts of the world. This integration will open up great opportunities for a combination of devices and programs, as well as make the process of creating a smart home more flexible and comfortable. The server part of the system was implemented using a development platform from Microsoft - .Net. This is the best choice, because this technology is evolving extremely fast and provides many new features with each version. This technology is used by both large business projects and small non-commercial projects, because it is ideal for solving both large resource-intensive and time-consuming tasks, and small in which the main criterion is the speed of execution. NoSQL was chosen from the databases side because we need to store large amounts and arrays of data, and atomicity and transactionality are not as important as for example in systems that use relational databases. The client side is built as simply as possible, because in this system the key factor is voice control, not the web interface or mobile application. The object of research is the mechanisms for creating and managing smart home systems with the help of voice commands The subject of research is the processes of creating, managing and accumulating data from components and modules that are connected to a smart home, and based on them to create scenarios of system behavior. The aim of the research is the presentation and analysis of the functional capabilities of this system, the formation of scenarios and its integration with the hardware of incompatible companies. The implemented system covers all the basic needs required to perform the functionality, as shown in the UML diagrams.