Методи та засоби побудови інтелектуальної програмної системи безпеки житлових комплексів

Abstract

У сучасних умовах швидкого розвитку технологій та зростаючих вимог до безпеки житлових комплексів, інтелектуальні програмні системи безпеки набувають особливої актуальності. Дисертаційна робота присвячена дослідженню методів і засобів побудови інтелектуальної програмної системи безпеки житлових комплексів, що використовує підходи ситуаційної обізнаності та технології інтернету речей. Розглянуто основні підходи до побудови інтелектуальних систем безпеки, аналіз архітектурних рішень для розумних будинків, методи керування безпекою та правами доступу, а також інструменти DevOps у системах на базі IoT. Проведено порівняльний аналіз існуючих програмно-апаратних засобів, що дозволило визначити основні вимоги до ефективної інтелектуальної системи безпеки. Крім того, вивчено вплив архітектурних рішень на продуктивність і масштабованість системи, що дає можливість її адаптації під різні категорії житлових комплексів. Проаналізовано побудову проблемно-орієнтованої онтології інтелектуальної програмної системи безпеки з ситуаційною обізнаністю. Запропоновано онтологічні моделі для міркувань про передбачувані ситуації, моделювання змін між ситуаціями, виконання дій та навчання на основі зворотного зв'язку. Розроблено доменно-орієнтовану онтологію системи безпеки житлового комплексу, а також досліджено відповідні метрики для її оцінювання. Особлива увага приділяється використанню ситуоїдів для подання та моделювання динаміки змін ситуацій, що підвищує ефективність розпізнавання загроз і реагування на них. Представлено структуру та архітектуру інтелектуальної програмної системи безпеки. Запропоновано модель компонентів, що забезпечує інтеграцію системи з різними пристроями та сервісами IoT. Детально розглянуто функціональні особливості підсистем, зокрема управління доступом, відеоспостереження, аналізу поведінки та інтелектуального реагування на загрози. Досліджено алгоритми обробки даних з різних сенсорів, що дозволяє підвищити рівень автоматизації системи та скоротити час реагування на загрози. Подано результати практичної реалізації інтелектуальної системи безпеки "АСТРА. Безпечний ЖК", концептуальну модель, розглянуто інструменти розроблення бекенду, а також методологію створення інтерфейсів на основі методу персон. Особливу увагу приділено класифікації користувачів за допомогою методу випадкового лісу, що дозволяє персоналізувати послуги та підвищити ефективність взаємодії користувачів із системою безпеки. Проаналізовано сценарії використання системи, включно з автоматичним розпізнаванням небезпечних ситуацій та алгоритмами реагування на основі машинного навчання. Зроблено висновки щодо ефективності розробленої системи та визначено напрями подальших досліджень у цій сфері. Запропоновані методи та технології можуть бути використані для розробки та вдосконалення інтелектуальних програмних систем безпеки житлових комплексів та інших об'єктів критичної інфраструктури. Особливу увагу приділено перспективам подальшої інтеграції з іншими інтелектуальними системами, а також використанню хмарних технологій для підвищення масштабованості та безпеки опрацювання даних. In the modern era of rapid technological development and increasing security requirements for residential complexes, intelligent security software systems are gaining particular relevance. This dissertation is dedicated to the study of methods and tools for building an intelligent security software system for residential complexes, utilizing situational awareness approaches and Internet of Things (IoT) technologies. The research examines key approaches to constructing intelligent security systems, analyzes architectural solutions for smart homes, explores security management and access control methods, and investigates DevOps tools in IoT-based systems. A comparative analysis of existing software and hardware solutions has been conducted, enabling the identification of key requirements for an effective intelligent security system. Additionally, the impact of architectural decisions on system performance and scalability has been studied, facilitating adaptation to various categories of residential complexes. The dissertation delves into the construction of a problem-oriented ontology for an intelligent security software system with situational awareness. Ontological models are proposed for reasoning about anticipated situations, modeling changes between situations, executing actions, and learning based on feedback. An ontology for a residential complex security system has been developed, along with relevant metrics for evaluating its efficiency. Special attention is given to the use of situoids for representing and modeling the dynamics of situational changes, enhancing the effectiveness of threat recognition and response. The structure and architecture of the intelligent security software system are presented. A component model is proposed that ensures system integration with various IoT devices and services. The functional characteristics of subsystems are examined in detail, including access control, video surveillance, behavior analysis, and intelligent threat response. The research also explores data processing algorithms from various sensors, which improve system automation levels and reduce response times to security threats. The practical implementation of the intelligent security system "ASTRA. Safe Residential Complex" is presented, along with its conceptual model. Development tools for the system’s backend are reviewed, as well as the methodology for designing interfaces based on the persona method. Special attention is paid to user classification using the Random Forest method, which enables service personalization and enhances user interaction with the security system. Various usage scenarios of the system are described, including automatic recognition of hazardous situations and response algorithms based on machine learning. Conclusions are drawn regarding the efficiency of the developed system, and future research directions in this field are outlined. The proposed methods and technologies can be applied to the development and improvement of intelligent security software systems for residential complexes and other critical infrastructure facilities. Particular attention is given to further integration with other intelligent systems, as well as the use of cloud technologies to enhance scalability and data processing security.