Kolmen kerroksen IoT-rakenne älykodissa : Edut ja haasteet

Abstract

Tutkielma käsittelee älykotien IoT-arkkitehtuuria, joka perustuu kolmitasoiseen rakenteeseen: havaintokerrokseen, verkkokerrokseen ja sovelluskerrokseen. Tavoitteena on tarkastella, kuinka nämä kerrokset vaikuttavat älykotien energiatehokkuuteen, käyttäjäkokemukseen ja turvallisuuteen sekä mitä haasteita liittyy niiden käytännön soveltamiseen. Havaintokerros on vastuussa ympäristötiedon keräämisestä eri sensoreiden, kuten lämpötila-, liiketunnistimia ja muita mittalaitteita, avulla. Verkkokerros puolestaan yhdistää laitteet toisiinsa, mahdollistaa tiedonsiirron ja tukee erilaisia viestintäprotokollia, kuten Wi-Fi:tä ja Bluetoothia, varmistaen laitteiden välisten kommunikaatioiden luotettavuuden ja skaalautuvuuden. Sovelluskerros analysoi kerätyn datan ja käyttää sitä päätöksenteon tukena, kuten kodin lämmityksen tai valaistuksen säätämisessä, mahdollistaen älykodille reaaliaikaisen toiminnan optimoinnin ja ennakoivan automaation. Tutkimus osoittaa, että vaikka älykotiratkaisut voivat parantaa energiatehokkuutta ja käyttäjäkokemusta, ne kohtaavat myös merkittäviä haasteita. Näitä ovat muun muassa laitteiden yhteensopivuusongelmat, signaalin heikkous, tiedonsiirron viiveet ja tietoturvauhat, jotka voivat heikentää järjestelmän luotettavuutta ja käyttökelpoisuutta. Erityisesti IoT-laitteiden virrankulutus, antureiden tarkkuus ja viestintäprotokollien rajoitukset vaikuttavat järjestelmien toimintaan. Tämä tutkielma syventää ymmärrystä siitä, miten kolmitasoinen IoT-arkkitehtuuri voi vaikuttaa älykotiratkaisujen toimivuuteen ja minkälaisia käytännön haasteita siihen liittyy.

The sensor layer, network layer, and application layer are the three layers that make up the Internet of Things architecture of smart homes, which is the subject of this thesis. Investigating how these layers impact smart home security, user experience, and energy efficiency as well as the real-world difficulties in putting them into practice is the aim. Using a variety of sensors, including temperature and motion detectors as well as other measuring tools, the sensing layer is in charge of gathering environmental data. The network layer ensures scalability and dependable device connection by connecting devices, facilitating data transfer, and supporting many communication protocols including Wi-Fi and Bluetooth. Real-time optimization and predictive automation in the smart home are made possible by the application layer's analysis of the gathered data and use of it to support decision-making, such as modifying the lighting or heating in the house. According to the study, smart home solutions can enhance user experience and energy efficiency, but they also present a number of difficulties, such as incompatible devices, poor signals, slow communication, and cybersecurity risks, all of which can compromise the system's dependability and usability. The system's performance is specifically impacted by the power consumption of IoT devices, sensor accuracy, and communication protocol constraints. This thesis deepens the understanding of how the three layer IoT architecture can influence the functionality of smart home solutions and the practical challenges associated with their deployment.