Существующие решения для управления умным домом требуют создания эффективной и масштабируемой архитектуры, обеспечивающей безопасное взаимодействие между компонентами системы в режиме реального времени.
Материалы и методы исследования
Современные исследования в области автоматизации жилья акцентируют внимание на важности интеграции различных устройств в единую систему. Особое значение придается обеспечению безопасности передачи данных и возможности масштабирования системы.
Целью работы является разработка и анализ клиент-серверной архитектуры веб-интерфейса управления умным домом, обеспечивающей:
– Надежное взаимодействие компонентов системы
– Безопасную передачу данных
– Возможность масштабирования
– Работу в режиме реального времени
Результаты исследования и их обсуждение
Серверная часть реализована на языке программирования Node.js и современного фреймворка Express. Для правильной настройки сервера будут использоваться следующие протоколы:
– протокол HTTPS
– протокол MQTT
– WEBSockets
Протокол HTTPS распределяется на две части:
– HTTP(HyperText Transfer Protocol) – относится к списку не защищенных протоколов
– HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure) – протокол является расширением протокола HTTP с поддержкой шифрования для повышения уровня безопасности
Согласно схеме взаимодействия сервера с приложением (рис. 1) все участники одной сети контактируют между собой с помощью сервера. Чтобы обеспечить беспрерывную передачу данных между сервером и веб-приложением, используется подключение по WebSocket-у, и по протоколу подключения MQTT отправляются данные с умных устройств на сервер.
Серверная часть разработана по стандарту CRUD:
1. Create – создание данных
2. Read – считывание данных
3. Update – обновление данных
4. Delete – удаление данных
Рис. 1. Схема взаимодействия сервера с приложением
Хранилищем для хранения серверных данных выступает MongoDB. MongoDB представляет собой документно ориентированную базу данных и относится к типу NoSQL баз данных. MongoDB не является реляционной базой данных и использует коллекции и документы. Основной единицей данных служат документы, состоящие из пар ключ-значений. В коллекциях содержатся наборы функций и документов, являющихся эквивалентом таблиц реляционной базы данных.
MongoDB широко используется в сотрудничестве с AWS, Azure и другими источниками данных для разработки и функционирования приложений. Позволяя хранить и запрашивать большие объемы данных, он предлагает следующие надежные функции:
– Лучшее выполнение запросов с надлежащими функциями индексации и обработки.
– Аналитика в реальном времени и оптимизированная обработка данных с использованием специальных запросов.
– Улучшена доступность и гибкость данных благодаря надежным функциям репликации.
– Совместное использование данных позволяет разделять большие блоки данных для распределенного и более быстрого процесса выполнения запросов.
MongoDB хранит данные в формате JSON с парами ключей и значений для каждой сущности (рис. 2), в то время как базы данных SQL хранят данные в виде записи в строке таблицы (рис. 3).
MongoDB является лучшей базой для горизонтального и простого масштабирования. Гибкая база данных, которую можно постоянно совершенствовать, добавлять больше серверов, расширять хранилища и настраивать их и имеет такие преимущества, как высокая производительность, простота развертывания, простота использования и удобное хранение данных. Данные группируются и хранятся в наборе данных. Каждый набор данных представляет собой набор, каждая база данных содержит несколько наборов.
На рисунке 4 наглядно представлена клиентская часть, на которой реализована форма входа и форма регистрации для новых пользователей.
Веб-приложение разработано на языке программирования TypeScript с использованием одной из самых популярных библиотек React. TypeScript является тем же языком программирования JavaScript, но имеет более расширенные возможности, чем JavaScript и более типизированную структуру кода.
Для обеспечения соединения сервера с приложением используются FETCH запросы и для получения данных в реальном времени используется WebSocket.
Рис. 2. Формат данных JSON
Рис. 3. Формат данных SQL
Рис. 4. Smart Home Systems форма входа
FETCH запросы делятся на методы:
– POST – для отправки данных на сервер
– GET – для получения данных с сервера
– PATCH – для обновления данных на сервере
– DELETE – для удаления данных с сервера
Чтобы открыть новый веб-сокет соединения, сначала нужно сделать запрос на подключение указав ссылку со специальным протоколом ws, равно как и HTTP, веб-сокет может быть связан с зашифрованным протоколом wss (рис. 5). Следует отметить, что лучше использовать зашифрованные протоколы подключения к серверам, так как именно такие протоколы гарантируют безопасный транспортный уровень и шифрует все данные от отправителя и расшифровывает их на стороне защитника от злоумышленников.
После инициализации нового сокет подключения следует разработать общение между сервером и приложением (рис. 6).
Переменная socket представляет собой объект с четырьмя функциями:
– onopen – функция, устанавливающая подключение между сервером и приложением
– onmessage – функция, которая после успешно установленного соединения передает данные с сервера в приложение.
– onclose – функция, закрывающая подключение между сервером и приложением
В случае разорванного соединения или ошибки сервера
– onerror – функция, выводящая все ошибки сервера
Для хранения серверных данных используется state-management библиотека Redux с использованием библиотеки redux-thunk для обработки асинхронных запросов. Библиотека Redux включает в себя основные модули для разработки:
– Slice(Reducer)
– Actions
– Selector’s
Самым главным модулем является Slice, в этом модуле разрабатываются редьюсеры и сохраняется логика обработки и записи данных в перемене через actions. Вслед за Slice по приоритетности следуют Actions, где хранятся асинхронные функции отправляющие и получающие данные с сервера, сами actions являются очень гибкими, в них можно описывать не только логику обработки серверных данных, но и управлять состоянием компонента на «расстоянии», передавать локальные данные, уход. Selector’s представляют собой функции в которых описаны ссылки на переменные в Slice, иными словами, через Selectors извлекаются серверные данные.
Рис. 5. Веб-сокет с зашифрованным протоколом
Рис. 6. Общение между сервером и приложением
Рис. 7. Схема взаимодействия Redux с Features
На рисунке 7 представлена модель взаимодействия Redux с компонентами, где хранится основная логика приложения – такие компоненты называются Features (основные компоненты, в которых сохраняется логика обработки запросов).
Заключение
Разработанная архитектура демонстрирует эффективное взаимодействие между компонентами системы умного дома. Использование современных технологий обеспечивает:
– Надежную защиту данных через HTTPS
– Оперативную передачу информации посредством WebSocket
– Гибкое хранение данных в MongoDB
– Удобный интерфейс управления на базе React
Система готова к масштабированию и может быть адаптирована под различные задачи автоматизации жилья.
Библиографическая ссылка
Кузьменко И. А., Мозговенко А.А. КЛИЕНТ-СЕРВЕРНАЯ АРХИТЕКТУРА ВЕБ-ИНТЕРФЕЙСА УПРАВЛЕНИЯ УМНЫМ ДОМОМ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2026". 2026. № 19. С. 67-70;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=976 (дата обращения: 16.05.2026).