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Band 2
Studienreihe zur HeimvernetzungGesellschaftlicher Nutzen der Heimvernetzung
Ergebnisse der Arbeitsgruppe 8 „Service- und verbraucherfreundliche IT“
zum dritten nationalen IT-Gipfel 2008
Impressum
Herausgeber: BITKOM BundesverbandInformationswirtschaft, TelekommunikationundneueMediene.V. Albrechtstraße10A 10117Berlin-Mitte Tel.:030.27576-0 Fax:030.27576-400 [email protected] www.bitkom.org
Projektleitung: MichaelSchidlack Tel.:030.27576-232 [email protected]
Autoren: MatthiasBrucke(Leitung),ClaasBusemann,WilkoHeuten,JensKamenik, OntjeLünsdorf,Ann-KathrinSobeckRedaktion: MichaelSchidlack,BilianaSchönberg(beideBITKOM)Gestaltung/Satz: DesignBureaukoklikoStand: Oktober2008Copyright: BITKOM2008Zitierweise: BITKOM,Titel:Untertitel,Nr.Auflage(Ort,Jahr)
Bildnachweise:BTKOM–außer:
Titelbild:istockphoto.com
MitfreundlicherfinanziellerUnterstützungvonArcorAG&Co.KG,DeutscheTelekomAGundHewlett-PackardGmbH.
Band 2
Studienreihe zur HeimvernetzungGesellschaftlicher Nutzen der Heimvernetzung
Ergebnisse der Arbeitsgruppe 8 „Service- und verbraucherfreundliche IT“
zum dritten nationalen IT-Gipfel 2008
Studie 2 der UAG 1 der AG 8 (IT-Gipfel) erstellt im Auftrag des BITKOM durch das OFFIS Institut für Informatik e.V., Oldenburg
5
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Heimvernetzung 82 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen 10
2.1 Klimawandel 102.2 Energiesparpotentiale durch intelligente Gerätesteuerung 11
2.2.1 Smart-Metering 112.2.2 Lastmanagement 13
2.3 Demographischer Wandel 142.3.1 Verbesserung der medizinischen Versorgung 152.3.2 Ambient Assisted Living (AAL) 17
3 Geräte 203.1 Haustechnik 20
3.1.1 Energieerzeugung 203.1.2 Physikalische Sensoren 213.1.3 Aktoren 233.1.4 Steuerungs- /Automatisierungsgeräte oder -software 243.1.5. Eingabe-/Bediengeräte 26
3.2 Weiße Ware 273.3 Medizinische Geräte 27
3.3.1 Pulsoxymeter 273.3.2 Blutdruckmessergerät 283.3.3 Waagen 283.3.4 Pulsmesser 283.3.5 Stresssensoren 283.3.6 EKG 283.3.7 Temperaturmesser / Thermometer 283.3.8 Spirometer 293.3.9 Peak Flow Meter 29
4 Spezifische Standards und Technologien 304.1 Bustechnik 30
4.1.1 Offene Standards 304.1.2 Proprietäre Systeme 33
4.2 Drahtlose Systeme 344.2.1 Offene Standards 344.2.2 Proprietäre Systeme 35
5 Integrative Standards und Technologien 375.1 OSGi 375.2 UPNP 375.3 JINI 38
6 Zusammenfassung und Empfehlungen 40Literatur 41
7
DerBegriffHeimvernetzungkannaufverschiedeneArteninterpretiertwerden,nämlichalsAnbindungdesHausesandasInternetüberbreitbandigeDatenleitun-gen,alshausinterneDatenverkabelungzurVernetzungvonComputernoderalsVernetzungundSteuerungver-schiedenerGewerkeimInnereneinesHausesimSinneeinesintelligentenHausesoder„Smarthomes“.DieseStudiebefasstsichmitdemgesellschaftlichenNutzenderHeimvernetzungimSinneeinerKombinationausallendreiobengenanntenVernetzungsarten.
DieseStudieistBestandteildesinterdisziplinärenunduniversitäts-/institutsübergreifendenProjektes„Heim-vernetzung“imRahmendesIT-Gipfels2008.IndreiTeilstudienadressierendieTUBerlin„Konsumentennut-zenundKomfort“,dasInstitutfürInformation,Orga-nisationundManagementderTUMünchen„TreiberundBarrierenderHeimvernetzung“unddasdasOFFISInstitut„TechnologienundgesellschaftlicherNutzenvonHeimvernetzung“.AuftraggeberderdreiStudienistderBITKOMe.V.
Heimvernetzung,IntelligenteHäuser,SmarthomesundähnlicheKonzeptesindseitJahrenGegenstandsowohlvonRomanen,alsauchvonrealentechnischenEntwicklungen.SogibtesnebenetabliertenweltweitenStandardszurVernetzungderverschiedenenGewerkeimHaus(KNX,LON)auchdieentsprechendenGerätederGebäudesystemtechnik(Sensoren,Aktoren).IndieserStudiesollnebeneinerÜbersichtüberdieexistierendenTechnologienundStandardsimBereichderGebäude-systemtechnikimWesentlichenaufdieFragestellungeingegangenwerden,inwieweitdieseTechnologieneinenechtenNutzenfürdenVerbraucherundfürdieGesellschafthaben.DazuwerdendiemöglichenBeiträgederHeimvernetzungzudenzweiwesentlichenProblemenunsererGesellschaftuntersucht:Klimawan-delunddemographischerWandel.Eskanngezeigtwer-den,dassdurchHeimvernetzungwesentlicheVorteilefürVerbrauchererzieltwerdenkönnen:durcheffiziente-renUmgangmitEnergiekönnenKostengespartundeinBeitragumKlimawandelgeleistetwerden.WeiterhinbietetdieHeimvernetzungdasPotential,imAlterlängerselbstbestimmtindeneigenenvierWändenzuleben,
wasdieLebensqualitäterhöhtundwegendesspäterenUmzugsineinebetreuteEinrichtungebenfallsKostenspart.
DieStudieentstandamOFFISInstitutfürInformatikinOldenburginZusammenarbeitderdreiForschungs-bereicheEnergie,GesundheitundVerkehr.AndieserStellegiltmeinDankdengenanntenKollegenfürIhreMitarbeit.OhnesiewäredieseStudienichtrealisierbargewesen.
Oldenburg,imOktober2008
Vorwort
MatthiasBrucke
8 9
1 Heimvernetzung
DerBegriffHeimvernetzungkannaufverschiedeneArteninterpretiertwerden:
AnbindungdesHausesandasInternetüberbreit-bandigeDatenleitungen
hausinterneDatenverkabelungzurRechner-kommunikationzwischenverschiedenenRäumen
� VernetzungundSteuerungverschiedenerGewerkeimInnereneinesHausesimSinneeines„Smarthomes“.
DieseStudiebefasstsichmitdemgesellschaftlichenNutzenderHeimvernetzungimSinneeinerKombina-tionausallendreiobengenanntenVernetzungsarten.EswerdenalsodieVorteilebetrachtet,diesichergeben,wennSmarthome-TechnologiezumEinsatzkommt.Eslässtsichzeigen,dassnebenderErhöhungdesKomforts(siehedazudieStudiederTUBerlin)aucheineStei-gerungderEnergieeffizienz,sowieeineVerbesserungderMedizinischenVersorgung,derLebensqualitätundSicherheitvon–imspeziellen–älterenMenschen(imSinnedesAmbientAssistedLiving)erreichtwerdenkann.ImBereichderGewerbeimmobiliensinddieseTechnologienseitJahrenimEinsatz,inPrivathäusernistaberz.Zt.nureingeringerProzentsatzderexistie-rendenoderneugebautenHäuserdamitausgestattet.DieshatverschiedeneGründe:nebendemimmernochhohenPreishandeltessichumkomplexeunderklä-rungsbedürftigeTechnologien.DurchdienotwendigeSystemintegrationundAnpassungandiespezifischenGegebenheiteneinerImmobiliemusseinespäterevtl.zuinstallierendeGebäudesystemtechnikvonAnfanganindiePlanungeinbezogenwerden.NachUmfrageinderMarktstudie„IntelligentesWohnen“(Abbildung)desSchweizerGebäudeNetzwerkInstitut(GNI)FachgruppeIntelligentesWohnen[GNI2006],wirddemvernetztenintelligentenGebäude,indemdieobengenannteTech-nologieinstalliertist,inZukunfteinstarkesWachstumzugetraut.
Abbildung 1: Abschätzung des zukünftigen Wachstums im Bereich Intelligentes Wohnen [GNI 2006]
DieseSystemevernetzeninderhöchstenAusbaustufegewerkübergreifendklassischeGebäudetechnikwieHeizungsanlage,RauchmelderundAlarmanlagenübereinBussystem.AlleSystemediesichüberdasBussystemsteuernlassensindindiesemSinneAktorenundalleGerätedieInformationüberdenZustanddesGebäu-desundderUmweltbereitstellensindSensoren.DieRegelungerfolgtdannentwederdezentral,d.h.sieistz.B.indieSensorenintegriert,oderzentralübereinenServer,andemdieInformationenzusammenfließenundverarbeitetwerdenundanschließendinAktionenumgesetztwerden.DieFunktionalitätdereingesetztenHaustechnikmussnachAbbildungvorallemderErhö-hungdesKomfortsundderEnergieeinsparungdienen.AuchsehrwichtigsinddieErhöhungderSicherheitunddasselbstbestimmteLebenimAlter.
Abbildung 2: Kundennutzen von Intelligentem Wohnen [GNI 2006]
DasAngebotanSensorenundAktorenistandaseinzusetzendeBussystemgekoppeltunddaherstarkdifferenziert.EsgibtinEuropanebendenoffenenundIndustriestandardswiez.B.KNX1undLON2eineVielzahlvonproprietärenProtokollen(z-bus3,LocalControlNet-work4(LCN)oderPHC5),dieeinezuanderenProtokolleninkompatibleFamilievonSensorenundAktorenmitsichbringen.ManlegtsichmitderAuswahldesBussystemsauchaufdieAuswahlderangebotenenHaustechnikfest.DieserSachverhaltmussbeiNeuinstallationenbeachtetundgenügendtransparentgemachtwerden.
1 Heimvernetzung
Wird abnehmen
Bleibt konstant
Wird zunehmen
1 %
78 %
21 %
1 www.konnex.org2 www.lno.de3 www.z-bus.de4 www.lcn.de5 www.peha.de
37%
26%
19%
15%
4%
Erhöhen des Komfortsfür die Bewohner
Einsparung von (Energie-)Kosten
Erhöhung der Sicherheit vonPersonen und Sachwerten
Berücksichtigung der Bedürfnissevon alten/behinderten Menschen
Sonstiges
10 11
VernetztmandieseSmarthomesübergeeigneteKom-munikationsinfrastrukturenmitderInfrastrukturderEnergieversorger,soergebensichweitereMöglichkei-tendadurch,dassTageszeit-abhängigeTarifemöglichwerden,wodurchz.B.derStarteinerWaschmaschineimHausaneinegünstigeTarifperiodegeknüpftwerdenkann.DenktmandiesesModellweiter,sokönntemandasManagementbestimmterGerätedemEnergiever-sorgergegenentsprechendeTarifvergünstigungenüber-lassen,wasesdiesemerlaubt,aufderNetzebeneeinbesseresManagementderVerbräuchezuerreichen,umevtl.Kraftwerkskapazitäteinsparenzukönnen.Berück-sichtigtmandannauchnochdasAufkommendezen-tralerEnergieversorger,benötigtmaneinvölligneuesdezentralesEnergiemanagement,dasalleErzeugerundVerbrauchereinbezieht.
2.2EnergiesparpotentialedurchintelligenteGerätesteuerung
DieprivatenHaushaltehabenlautdem„BerichtzurEntwicklungdesEnergieverbrauchs–2008“[AGEB2008]einenAnteilvon26%amGesamtstromverbrauchinDeutschland.DieEndverbrauchergeräteindenHaushaltenwirkensichinihrerMasseentscheidendaufdentäglichenLastgangaus.DieHaushalteverursa-chenWerktagsmorgens,mittagsundabendsPeaksimStromverbrauch,derdurchdieStromversorgungaus-reguliertwerdenmuss,umdieVersorgungssicherheitzugarantieren.
Illustration1:StrombilanzDeutschland2007nach[AGEB2008]
ImZugedesKlimaschutzessollderAnteilregenerativerEnergiequellensteigen.DieEinspeisungendieserEner-giequellensindallerdingsnurschwerplanbar.ZusätzlichgehenlauteinerUmfragederIRON-StudiealleStrom-marktteilnehmervoneinemzukünftigenRückgangdesStromangebots(ausKosten-undVerschleißgründen)aus.DieseEntwicklunghateinenAnstiegvonVersor-gungsengpässenzurFolge.DieBefragtenderIRON-StudiesehendeshalbdasEngpass-undNotfallmanage-mentalssehrwichtigan.[IRONStudy2005]
DenEngpässenkannmitverschiedenenMaßnahmenbegegnetwerden.NebenderSpeicherungderEnergieträgtaucheinintelligentesLastmanagementzudemAusgleichvonVersorgungsengpässenbei.
2.2.1Smart-Metering
VonderEtablierungintelligentererStromzählerinHaushaltenundKMUswirdeineSteigerungdesEner-giemanagementserwartet.ElektronischeStromzählerermöglichendiestundengenaueErfassungdesStrom-verbrauchsunddensofortigenZugriffaufdieseInfor-mationenüberz.B.dasInternet.SoergebensichVorteilesowohlfürEVUsalsauchVerbraucher.EVUskönneninEchtzeitaufdetailierteVerbrauchsprofilezugreifenundsomitihrePrognosenverbessern.DurchdaszeitnaheundfeineraufgelösteVerbrauchsprofilerhöhtsichdieTransparenzfürdieVerbraucher.[Brunner,Hubert2008]
Smart-MeteringermöglichtdenEVUs,wiebeiGroß-verbrauchern,flexibleTarifeauchfürKleinverbraucheranzubieten,dadieseüberdieintelligentenZählerdirektüberaktuelleStrompreiseundPrognoseninformiertwerdenkönnen.
ÜbersolcheTarifänderungenkannderVerbrauchderHaushaltebeeinflusstwerden,waseinerFormdesLastmanagementsentspricht.DurchdieSenkungdesStrompreisesinLasttälernbzw.ErhöhungdesPreisesbeiLastspitzenkönnenLastverschiebungenmotiviertwerdenundsomitdasverfügbareAngebotbesseraus-genutztwerden.
2.1Klimawandel
DerKlimawandelistinletzterZeitalseinesderzentra-lenThemeninsZentrumderAufmerksamkeitgerückt.DerdurchIKT-AnwendungenverursachteCO2-AusstoßhatimJahr2006z.B.mit28Mio.TonnenCO2dasNiveauderLuftfahrterreicht.UmdenCO2-Ausstoßzusenken,istesalsonötig,aufallenEbenenzuoptimie-ren:dieSteigerungderEnergieeffizienzvonGerätenundSystemenistebensowichtigwiedieErhöhungdesAnteilsanregenerativerEnergieerzeugungunddasRessourcen-optimaleManagementvonEnergieer-zeugungundEnergieverbrauchaufNetzebene.NebenderVerbesserungderEnergieeffizienzimEntwurfvonHalbleiternunddamitderReduktiondesEnergiever-brauchseinzelnerGeräte,bieteteineOptimierungderVerbräucheaufGesamtsystemebene,alsoaufein
einzelnesHausbezogenoderaberauchaufdasgesamteStromnetzbezogen,weitereOptimierungsmöglichkei-ten.TrotzvielerMaßnahmenzurErhöhungderEner-gieeffizienzsteigtderStromverbrauchvonPrivathaus-haltenkontinuierlichweiterundderAnteilderprivatenHaushalteamdeutschenStromverbrauchliegtbeica.28%.VerschiedeneStudienzeigen,dassverbesserteDämmungundenergieeffizienteBauweisedasEinspar-potentialdeutlicherhöhen,dassaberdurchdenEinsatzintelligenterSteuerungs-undRegelungsalgorithmen,sowiedurchFernwartungsfunktioneneinweiteresEin-sparpotential–jenachStudievonbiszu35%–möglichist.DieseunterdemSchlagwortSmarthome-Technolo-giezusammenfassbarenAnsätzebestehenausdezent-ralerSensorik,Aktorik,undauseingebettetenSystemen,diedieIntelligenzdesGebäudesdarstellen.
2 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen
2 Zukunftsszenarien/ Gesellschaftliche Anforderungen
KostenWindprognose
Lastprognose
HausaltscontrollerzurEinsatz-PlanungundSteuerung
GerätemitControllern
PermanenteVerbrauchsablesung
Tarifankündigungz.B.einTagvorher
DezentralesEnergiemanagement
Abbildung 3: Energieoptimierung auf Netzebene durch Einbeziehung der einzelnen Verbraucher in ein dezentrales Energiemanagement.
IndustrieHaushalteHandel und Gewerbe
Öffentl. Einrichtungen VerkehrLandwirtschaft
26 %
14 %
8 %3 %
2 %
47 %
12 13
Smart-MeteringwirdbereitsseiteinigenJahrenmitwechselhaftemUmfangineinigenLändernderUSAbetrieben[King,Chris2005].ItaliensgrößterStroman-bieterENELbegann2001mitdemMassen-RolloutvonSmart-Metering-Systemen.AuchinDänemarkbegan-nendieEnergieversorgerErlo,EnergiMidtundSEAS-NVEmitdemflächendeckendenRollout.
NebenwirtschaftlichmotiviertenInstallationenwirdineinigenLändernderEinsatzvonSmart-Metering-Syste-mendurchdenGesetzgebergefordert.
Abdem1.Juli2009hatderGesetzgeberinSchwedenflächendeckendeEinführungvonSmart-Metering-
Systemverordnet.IndenNiederlandenistderEinsatzvonSmart-Metering-SystemsowohlfürElektrizitäts-alsauchGasverbrauchbis2014geplant.
Beispiel ENEL:DasitalienischeEnergieversorgungsunternehmenversorgtemitdemProjekt„Telegestore“ca.30Millio-nen(Stand2006)HaushalteItaliensmitelektronischenStromzählern.DieKommunikationzwischenZählerunddemzentralenErfassungssystemerfolgtbidirektionalübersogenannteKonzentratoren.DieKommunikationzwischenZählerundKonzentratorerfolgtüberPower-line,währenddieserüberdasöffentlicheTelekommuni-kationsnetzmitdemErfassungssystemkommuniziert.
DankdemdirektenAuslesendesEnergieverbrauchsmüssenkeinePrognosenmehrherangezogenwerden,umdieStromkostenzuberechnen.WeiterhinbietetENELseinenKundennunverschiedeneTarifoptionenan,indenenwöchentliche,monatlicheundsaisonaleModulationenvorgesehensind.EinweitererNeben-effektdeselektronischenAuslesensistdiePräventionundDetektionvonillegalemStromverbrauch.
DadieKommunikationzwischenVersorgerundVer-braucherbidirektionalstattfindet,bietensichauchOptionenzurErweiterungumneueTechnologien,wiez.B.Demand-SideManagement,Multi-Metering(Gas,Wasser)oderdieIntegrationvonKleinerzeugern,wiePhotovoltaikanlagen.[Rogai,Sergio2007]
2.2.2Lastmanagement
BeiGroßverbraucherninderIndustriefindeteinLastmanagementschonseitlängererZeitstatt.BeiKleinverbrauchernundHaushaltenhatsichdasLast-managementbishernochnichtetabliert.[Armbrüster,Holger2005]DasLastmanagementfürHaushaltekannentwederüberdirekteKontrolledurchdenVersorger(Demand-Side-Management)oderdurchTarifanreize(Demand-Response)erfolgen.AndersalsbeiGroßver-brauchernstelltdiegroßeAnzahlanHaushaltenhiereinebesondereAnforderungandieKommunikations-kanäledar.DasDemand-Side-ManagementbietetsichausdiesemGrundwenigerfürdasLastmanagementan,dazurdirektenSteuerungderHaushaltsgerätedurchdenVersorgereineEchtzeitkommunikationmiteinerhohenVerfügbarkeitnötigist.[Schäffler,Harald2006]EinweiteresProblemistderMangelvonStandardszurGeräteansteuerung.VieleHerstellerverwendeneineigenesproprietäresProtokollfürdieKommunikationmitihrenGeräten.DarüberhinauskönnenverschiedeneBussystemezurÜbermittlungderDateneingesetztwerden.SomitverkompliziertsichdieRealisationintel-ligenterManagementsysteme.DieseSituationversuchtderIEC61850Standardzuverbessern.EineReihevonHaushaltsgeräteneignetsichnichtzurautomatischenKontrolle,dasievonBenutzerinteraktionabhängen(z.B.
Waschmaschine,Geschirrspüler,etc.).EinEingriffindasVerhaltendieserGerätemussalsomitZustimmungdesNutzerserfolgen,umnichtdieLebensqualitätzumindern.DieseInvolvierungführtjedochhäufigzueinerhöherenAkzeptanzschwelle.InDeutschlandgibtesbisherwenigErfahrungmitDemand-Side-Managementbzw.Demand-ResponsefürKleinverbraucher.Einaktuel-lesProjektistdasBEMI.
Beispiel BEMI:BEMI(BidirectionalEnergyManagementInterface)[Nestle,David2007]wurdeindemdurchdasBMUgeförderteForschungsprojektDINARentwickelt.DasBEMIistsowohleinetechnischealsaucheinelegaleSchnittstellezwischendemNetzdesEnergieversorgersunddemNetzimHaushaltdesVerbrauchers.ÜberdieseSchnittstellekönnenInformationenzwischeneinemHaushaltunddemEnergieversorgerausgetauschtundaufbeidenSeitenzurPlanungbenutztwerden.WelcheInformationenundderDetailgrad,indemdieseausge-tauschtwerden,istvertraglichzwischenVerbraucherundVersorgerfestgelegt.
2 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen
Illustration 2: Architektur „Telegestore“ (aus [Rogai, Sergio 2007])
TCP/IP
INTRANET
ServerModemAAM
GSM/GPRSorPSTNorSatelliteTCP/IP
MV
LV
Concentrator
DLC2400/3200bps
ElectronicMeters
NASCISWOMAMM...
14 15
DietechnischeRealisierungderBEMIverfügtunteranderemübereineRecheneinheitundMess-undRege-linstrumente.DieRecheneinheitempfängtdenTarifdesFolgetagesvomVersorgerunderrechnetdarauseinenoptimalenFahrplanfürjedesangeschlosseneGerät.FürjedenGerätetypmussdafüreinspezifischerAlgorith-musbereitstehen.ZurzeitexistierenAlgorithmenfürGefrier-undKühlschränke,elektrischeWärmebereit-stellung,Klimaanlagen,Waschmaschinen,TrocknerundSpülmaschinen.DieAlgorithmenvermeidenLawinen-effekte,diez.B.durchgleichzeitigesEinschaltenderGeräteentstehenkönnen,indemkleinezufälligeVarian-zeneingestreutwerden.
DieAkzeptanzschwellebeimVerbrauchersolldurchdieBerücksichtigungseinerPräferenzendurchdieAlgo-rithmenniedriggehaltenwerden.ZudemermöglicheneineWeboberflächeundeinePDA-SoftwaredenZugriffunddieKontrolleaufdasBEMI.DadurcherhöhtsichdieTransparenzhinsichtlichdesVerbrauchsalsauchder
Planung.IndiesemSinnestelltdasBEMIauchSmart-Metering-Funktionalitätenbereit.ÜberbeideSchnitt-stellenkönnenVerbrauchs-undErzeugungsinformatio-nenabgerufenwerden,aberauchFerneingriffe,wiez.B.dieÄnderungeinesFahrplans,vorgenommenwerden.
2.3DemographischerWandel
DasAlternderGesellschafthatalsThemainWissen-schaft,PolitikundderÖffentlichkeitindenletztenJah-reneinenenormenBedeutungszuwachserfahren.DerhauptsächlicheGrundfürdieseAufmerksamkeitliegtindendemographischenVeränderungen,diealsdas„AlternderGesellschaft“umschriebenwerden.DiesesAlternistvorallemdurchdreiDimensionengekenn-zeichnet:SowirdzumeinenzwischenheuteunddemJahr2025derAnteilderBevölkerungüber65Jahrenvon20%auffast30%ansteigen.ZumzweitenwirddasVerhältnisältererzujüngererMenschensteigen,was
deshalbvonBedeutungist,weildenjüngerenAlters-gruppenwesentlicheAufgabenbeiderVersorgungälte-rerMenschenzukommenwerden.DiedritteDimensiondesAlternsschließlichistdieZunahmederHochaltrig-keit–soistdieamschnellstenwachsendeGruppediederMenschenüber80Jahren.
Damitwirddeutlich,dassmitdemAlternderGesell-schafteineganzeReihevonProblemlagenanBrisanzgewinnenwerden–keinesfallsnurdieinderÖffent-lichkeitbreitdiskutierteFragederFinanzierbarkeitdergesetzlichenRentenversicherungundderPensionen.InsbesonderedieBetreuungältererhilfs-undpflege-bedürftigerPersonenwirdhierbesondereProblemeaufwerfen.DasAlternistfürdiemeistenMenschenmitkörperlichen,geistigenundpsychosozialenEinschrän-kungenverbunden.ZudenEinschränkungenindenSinnesleistungenkommenDefiziteindenmotorischenKompetenzen,dieeinselbständigesundselbstverant-wortlichesLebenimAltererschweren.DerErhaltbzw.dietechnisch-undsozial-unterstützteRehabilitationvonSinnes-undMobilitätseinschränkungenimAlteristvordiesemHintergrund–sowohlinBezugaufdieGesundheitdesEinzelnen,alsauchausvolkswirtschaft-licherSicht–hinsichtlicheinerlängerenIntegrationindenArbeitsprozess,einemmöglichstlangenselbststän-digenWohnen(welchesauchdieÄlterenselbstbevorzu-gen)oderauchhinsichtlichdersog.Seniorenwirtschaftbedeutsam.
DasThemaLebenundWohnenimAlteristaustech-nologischerSichterstindenletztenJahrenimZugederallgemeinenDiskussionumdendemographischenWandelindenFokusderForschunggeraten.UnterdemTitelIDEAAL(IntegratedDevelopementEnvironmentforAmbientAssistedLivingAnwendungen,alsointeg-rierteEntwicklungsumgebungfürAALAnwendungen)arbeitetdasOFFISmitverschiedenenPartnernanderVerbesserungderaktuellenLebenssituationfürältereMenschenimeigenenHaushaltdurchdieErforschungundBereitstellunggeeigneter„unaufdringlicher“Infor-mations-undKommunikationstechnologien.Zusam-menfassenlassensichvielediesertechnologischenEntwicklungenunterdemBegriffAmbientIntelligence
(AmI).TechnologischhatdieVisionderAmbientIntelli-gencedieEntwicklungvonlernfähigenUmgebungenzumZiel,diedieAnwesenheiteinesMenschenerfassen,aufdiesenreagierenundihnunterstützen.ErreichtwerdensolldiesdurchMiniaturisierungvonSensoren,AktorenundEingebettetenSysteme,dieindieUmge-bungoderinAlltagsgegenständesointegriertwerden,dasssienichtmehrsichtbarsind.DieDiensteineinersolchenintelligentenUmgebungkönnensituations-gerechteInformationenbereitstellenundangepasstaufverschiedeneSituationenreagieren.WenndieseSystemezumEinsatzkommen,umlebensunterstützendfürMenschenmitEinschränkungenzuagieren,sprichtmanvonAmbientAssistedLiving(AAL).DabeiisteseinwichtigerAspekt,dassdieTechnologiedenMenschenunterstützenmussundsichnachihmrichtetundanihnanpassensollundnichtumgekehrt.DarüberhinaussolldieseTechnikz.B.nichtdenPflegedienstabschaf-fenodereinenUmzugineineBetreuungseinrichtungverhindern,sonderndenPflegedienstunterstützenundeinenUmzughinauszögern.
2.3.1VerbesserungdermedizinischenVersorgung
ImAlternehmendiegesundheitlichenProblemenatur-gemäßstetigzu.AlterstypischeFunktionsverlustewieEinschränkungeninderMobilitätundOrientierung,EinbußenimWahrnehmungs-undErinnerungsvermö-genbishinzuchronischenundsichgegenseitigbeein-flussendenErkrankungen(Multimorbidität)werdenbehandlungsbedürftig.AufgrunddersichänderndendemographischenSituationsteigtdieAnzahlderzuver-sorgendenundzubetreuendenMenschen.Schonjetztistabzusehen,dassimmedizinischenBereichdiereinstationäreBetreuungvonPatientennichtmehrmöglichseinwird.DerStrukturwandelimGesundheitswesenerfordertdaherneueLösungenundVerbesserungenindermedizinischenVersorgung.LeistungenmüssenausderstationärenUmgebungindasheimischeUmfelddesPatientenverlegtwerden.AuchausSichtderPatientenistderBedarfklarerkennbar,möglichstvieleVersor-gungsleistungenindengewohntenvierWändenin
2 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen
Illustration 3: Architektur BEMI (aus [Bendel, Christian 2006])
EnergieHandel(EXX)
Leitstelle(Datenbank) BEMI
ZENTRALE
Datenbank-Zugriff
Preisprofil
Preisprofil
Zählerdaten(Bezug/Erzeugung)Messwerte
Nutzer
VorgabeLeistung
regelbareDEA
VerfügbareLeistung
ein/ausVorgabeLeistung
ein/aus
schaltbareDEA
schaltbareLast
schaltbareLast
16 17
AnspruchnehmenzukönnenunddamitsolangewiemöglichimeigenenWohnumfeldverweilenzukönnen.ModellederzukünftigenmedizinischenVersorgungwerdenbasierendaufmedizinischerTelemetrieindivi-duelleGesundheitsbedürfnissezuHauseadressieren.DerBürgerwirddabeinichtmehrnuralsLeistungsemp-fängerwahrgenommen,sondernsolldieMöglichkeiterhalten,deneigenenVersorgungsprozesszusteuern(„PatientEmpowerment“)[BrennanP2003].DieAbstim-mungderVersorgungskettebestehendausPrävention,ambulanterundstationärerBehandlungundPflege,RehabilitationinklusivePost-RehabilitationaufdieindividuellenBedürfnisseerfordertdieVerfügbarkeitdernotwendigenDienstezurrichtigenZeit,amrichti-genOrt,fürdierichtigePersonundindergeeignetenDarstellungsweise[Helleso,R2005].DarausfolgtaberauchdieNotwendigkeiteinerentsprechendentechni-schenInfrastrukturzurFernbetreuungundVersorgungdesPatientendurchz.B.Angehörige,Ärzte,KlinikenoderPflegepersonal(s.Abbildung4).
EsmüssenstabileundwirtschaftlichtragbareSoft-warearchitekturenundInfrastrukturenzurKommu-nikationundInformationsvermittlunggeschaffenundbereitgestelltwerden.DiesbetrifftnichtnurdieUmstellungundEntwicklungneuerIT-ArchitekturenfürneueVersorgungsformen,sondernauchdietechni-schenPlattformenundInfrastrukturenimhäuslichenUmfeld.AusderSichtderEntwicklervonIKT-LösungenstelltdieVernetzungeinegroßeHerausforderungdar.FürdenAustauschdermedizinischenDateninnerhalbundaußerhalbdesHausesmüssenbeispielsweiseStandardsentwickeltwerden.EinwichtigerStandardistindiesemZusammenhangHL7[HL72007],derfürdeninstitutsübergreifendenAustauschmedizinischerDatensorgensoll.InDeutschlandsindweiterhindieEntwick-lungenimRahmendergeplantenGesundheitstelema-tikplattformindiePlanungundUmsetzungregionalerInformationssystemezubeachten.DieGesellschaftfürTelematikanwendungenderGesundheitskartembH(gematik)arbeitetderzeiteinReferenzmodelleinernationalenTelematikinfrastrukturaus,mitderelektroni-schenGesundheitskartealsSchlüsselzuAnwendungenwiedemelektronischenRezeptundderelektronischenGesundheitsakte.WeiterhinstelltsieeinKonzeptzursicherenÜbertragungmedizinischerDatenzurVer-fügung[GesellschaftfürTelematikanwendungenderGesundheitskartembH2007].DiekonkreteUmsetzungderGesundheitstelematikplattformbleibtjedochdenInstitutionenundUnternehmenderGesundheitswirt-schaftüberlassen.
DurchdieÜberwachungdesVerlaufsvonErkrankungenimZusammenspielmitderindividuellenLeistungsfä-higkeitsolldiemedizinischeBehandlungoptimiertundeinemöglichstlangeAufrechterhaltungderGesundheitinkörperlicherundgeistigerHinsichterreichtwerden.DieTechnologiensollenjedochauchdazubeitragen,mittelsSensorenundInformationssystemeninsbeson-derebeiälterenMenschen,Krankheitenfrühzeitigerzuerkennenbzw.neueFormenderVersorgungundBetreuungchronischKrankerzuermöglichen.FüreineambulanteVersorgungundeinMonitoringisteineadäquateHeimvernetzungGrundvoraussetzung,umdieversorgungsrelevantenDatenüberverschiedenste
SensorenzusammelnundintelligentenAuswertungs-systemenimHaushaltoderananderenOrtenverfügbarzumachen.EineReihevonöffentlichnationalundinter-nationalgefördertenForschungsprojektebeschäftigenbzw.beschäftigtensichgenaumitdiesenFragestellun-gen,wiez.B.dievonderEUgefördertenProjekteDoc@home,TelemediCare,CONFIDENT,Mobihealth,xMOTION,MyHeart,SAPHIREundHeartCycleoderdievomBMBFgefördertenProjektePRECAREundCONTAIN.IndiesenProjektenwirdinsbesonderedeutlich,dasseinwesent-licher,beiderHeimvernetzungzuberücksichtigender,BestandteilnichtnurdieIntegrationfestinstallierterHaus-Sensorendarstellt,sondernauchdienachträglicheEinbindungmedizinischerGeräteundSensorenindieInfrastruktur,wiez.B.EKGs,Blutdruckmessgeräte,Waa-genoderErgometer.ZurÜbertragungderSensorenda-tenaneineSet-Top-Boxbzw.andasResidentialGatewayzurKommunikationderSensorenuntereinanderbietetsichdaselektrischeNahfeldan.EntsprechendeUnter-suchungensolcherInfrastrukturen,dieauchalsBodyAreaNetwork(BAN)oderPersonalAreaNetwork(PAN)bezeichnetwerden,sindin[GershenfeldN.1995][ZimmermanT.G.1995]zufinden.Mittlerweileexistie-renSpezialchipsfürBAN/PAN-Anwendungen,dieaufdenEinsatzinmedizinischenAnwendungsfeldernspezi-alisiertsind[Wansch,Rainer2002][Falck,Thomas2006].
NebendiesentechnischenundinfrastrukturellenAspek-tenderHeimvernetzungzurmedizinischenVersorgungmüssenbeiderenEntwicklungweiteregesellschaftlicheAnforderungenbetrachtetwerden.Hierspieleninsbe-sondereökonomische(wiez.B.Kosten,Nachrüstbarkeit),datenschutzrechtliche,sowieethischeFragestellungeneinewichtigeRolle.
2.3.2AmbientAssistedLiving(AAL)
GetriebendurchdendemographischenWandelhältderBegriffAmbientAssistedLiving(AAL)immermehrEin-zuginunserLeben.WasisteigentlichAAL?EineeinfacheundeindeutigeDefinitionzuAALgibtesheutenichtundaufgrundderInterdisziplinarität,alsoderengenEinbindungverschiedensterFachbereichebeimThema
2 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen
ResidentialGateway
Eigenheim
SensordatenSteuerung
Steuerung
Präsentation
TrainingsplanLeistungsdatenBewertung
Sensordaten
Abbildung 4: Vernetzung des häuslichen Umfelds mit der Außenwelt
KlinikBetreuungderPatienten,z.B.ErstellungvonTrainingsplänen�ReaktionaufAlarm�
Pflegedienst
Facharzt
Klinik
EmpfehlungenVitaldaten
Hausarzt
Angehörige
18 19
AAL,wirdesauchinnaherZukunftkeinegeeigneteundfüralleDisziplinenannehmbareBestimmungdesBegriffesgeben.DieübergeordneteVisionvonAAListgekennzeichnetdurchdenWunsch,dasWohlbefindendeseinzelnenMenschenmittelsInformations-undKommunikationstechnologienzuverbessern.EtwasgenauerlässtsichAALübereineReihevonZielenundThemenbeschreiben,diejeweilsausSichteinesMen-schenimalltäglichenLebeneinewichtigeRollespielenunddiesichunterUmständengegenseitigbeeinflussenkönnen.DieEUhatimRahmendesAmbientAssistedLivingJointProgramme(AALJP)einigeZielederzukünf-tigenForschungimBereichAALdefiniert:
AusweitungderZeit,inderMenscheninihrerbevor-zugtenUmgebunglebenkönnen,durchSteigerungderUnabhängigkeit,desSelbstbewusstseinsundderMobilität
UnterstützungdesErhaltsderGesundheitundderfunktionalenFähigkeitenältererMenschen
FörderungeinesbesserenundgesünderenLebens-stilseinesMenschen
VerbesserungderSicherheit,VermeidungsozialerIsolationundErhaltungdesmultifunktionalenNetz-werksumdenMenschen
UnterstützungvonBetreuern,FamilienundPflegeorganisationen
� SteigerungderEffizienzundProduktivitätineineralterndenGesellschaft
ZumErreichendieserZielebedarfeseinerBetrachtungderverschiedenenEinflussfaktorenfürdasWohlbefin-deneinesMenschen.EinezentraleHerausforderungfürdieZukunftistes,diesegenauerzuuntersuchenunddiegesellschaftlichenNetzwerkezuidentifizieren.AufdieserBasislassensichIuK-Technolgienentwickeln,diedasLebendesEinzelnengezieltverbessern.AusSichtdesAALJPsstelltsichderThemenkontextwieinAbbildung5dar.
ElektronischeUnterstützungssystemewerdenimmernureinenkleinenTeilundnurbestimmteThemenfelder,FunktionstypenoderSituationenabdeckenkönnen,umdenobengenanntenZielennäherzukommen.DennochmüssenauchdieRahmenbedingungen,dersogenannteContextofUse,betrachtetwerden,damiteinvomMenschenakzeptiertesundgebrauchstaug-lichesSystementsteht.DiesistauchderGrund,warumdasThemaInterdisziplinaritäteinewichtigeRollespielt.SomüssenfüreinoptimalesUnterstützungssystemnebendenExpertenfürdietechnischenEntwicklungenauchz.B.Pflegewissenschaftler,Mediziner,Psychologen,Sozialwissenschaftler,ÖkonomenundGerontologenherangezogenwerden,umdieAnforderungenfüreineEntwicklunggenauzuanalysierenundfertigeSystemezutesten.AndieserStellegibtesnochvielBedarfangeeignetenMethodenundVorgehensweisenzursystematischenKommunikationallerBeteiligtenimEntwicklungsprozess.
DieEntwicklungvonAAL-Systemenwirdheutevor-wiegenddurchdieIntegrationvonInformations-undKommunikationstechnologienangetrieben.HierspieltgeradedieHeimvernetzungeinegroßeRolle,dennAssistenzsystemeimhäuslichenUmfeldsindaufdieKommunikationundInteraktionmitverschiedenstenHaushaltsgerätenundSensorenangewiesen,z.B.zurLokalisationdesNutzers,ErmittlungseinerAktivitätenundseineskörperlichenBefindens,sowiederIdentifika-tionbestimmterEreignisse.DieklassischenMethodenzuInteraktionmiteinemAssistenzsystemüberBild-schirmundTastaturbzw.MaussindimAAL-Kontextnichtmehrunbedingtgeeignet.NeueundnatürlichereTechnikenwiez.B.SpracheundGestiksindeinfacherundintuitiverfürdenMenschen.BeiderPräsentationspielenebenfallsdieAkustik(synthetischeSprache,nichtsprachlicheAkustik)aberauchdieVerwendungvonLichteineimmerwichtigereRollezurunaufdring-lichenVermittlungvonInformationen.FürdieHeim-vernetzungbedeutetdies,dassverschiedensteGeräteundSensorenmiteinandergekoppeltwerdenmüssen.DieInteroperabilitätüberHersteller-undLändergren-zenhinweggewinntanBedeutung.DamitGeräteundDiensteunterschiedlicherHerstellermiteinander
kommunizierenkönnen,müssensieindasHeimnetz-werkintegriertwerdenkönnen.DiesumschließtsowohldiephysikalischeVerbindung(z.B.überKabeloderFunk-netzwerke),dieVerwendungeinergemeinsamenSpra-chezurKommunikation(Protokolle,Syntax)alsauchdasgleichesemantischeVerständnis.VondemZustandeinerinteroperablenAAL-Weltsindwirnochsehrweitentfernt.EsgibtvieleStandardisierungsbemühungen,umInteroperabilitätüberHersteller-undLändergrenzenhinwegvoranzutreiben.ZudiesemZweckhatsichz.B.auchdie„ContinuaHealthAlliance“in2006gegründet,beidermittlerweile150Unternehmenmitwirken.Con-tinuastütztsichdabeiaufbestehendeinternationaleNormenundIndustriestandardsundgibtEmpfehlungenzuderenNutzungandieEntwicklervonAAL-Systemenweiter.
EsgibtbereitseineReihevonaktuellenProjekten,diesichmitdenverschiedenenAAL-Themenbeschäftigen,darunterz.B.dievonderEUunterstütztenProjektePERSONAundSOPRANOunddeninterdisziplinärenniedersächsischenForschungsverbund„GestaltungaltersgerechterLebenswelten“(GAL)(http://www.altersgerechtelebenswelten.info/).
2 Zukunftsszenarien/Gesellschaftliche Anforderungen
HomeCare
Hobbies
WellbeingPerson
SocialInteraction
Information&LearningWorkingLife
Mobility
Health&Wellness
SupplywithGoods&Chores
Safety,Security&Privacy
Abbildung 5: Einflussfaktoren des Wohlbefindens eines Menschen (www.aal-europe.eu)
20 21
3.1Haustechnik
AngelehntandieHOAI6sollindiesemAbschnitteinÜberblicküberexistierendeGeräte,ProtokolleundStandardsimBereichderHaustechnikgegebenwerden.Abbildung6gibteinenÜberblicküberdieMöglichkei-tenzurAutomatisierungineinemWohnhaus.
Abbildung 6 Darstellung der Automatisierungsmöglichkeiten bei einem Wohnhaus (Quelle: http://www.eib-schoeller.de/images/WDB_EIB-Grafik.jpg Zugriff am 29.08.2008)
3.1.1Energieerzeugung
UmEnergiezuerzeugen,werdenhäufigPhotovoltaik-anlagenverwendet.DieseAnlagenproduzierenmittelsSolarzellenausderEnergiederSonneneinstrahlungelektrischeEnergie.UmeineverwertbareMengeanEnergiezuerzeugen,isteineFlächevonmehrerenQuadratmeternnötig,diemitSolarzellenbedecktwird.HierzuwerdenüblicherweiseHausdächeralsGrundflä-cheverwendet.EineAlternativezuPhotovoltaikanlagensindWindkraftanlagen,diediekinetischeEnergiedesWindesinelektrischeEnergieumwandeln.HierzuwirddieWindströmungausgenutzt,diedieRotorblätterantreibt.DieerzeugteEnergiekannentwederzwischen-gespeichertundvomjeweiligenGebäudeverbrauchtwerden,oderindasöffentlicheStromnetzeingespeistwerden.EinneuerAnsatzsindKraft-Wärme-Kopplungs-
Systeme.SolcheKWK-AnlagenwerdenzunehmendauchinEinfamilienhäuserneingesetztunderhöhendurchdiegleichzeitigeErzeugungvonStromundWärmedenNutzungsgradderAnlage.[WikimediaFoundationInc.2008],[WikimediaFounda-tionInc.2008a],[WikimediaFoundationInc.2008b]
3.1.1.1 Heizung / Klima / Lüftung
DieAutomatisierungderHeizungs-,Klima-undLüf-tungsanlagenstellteinenwesentlichenTeilderGebäu-deautomatisierungdar.NachDINEN15232kanndurchAutomatisierungderAnlageneineErsparnisvonca.30%(beiBüroräumen)gegenüberStandardanlagenerreichtwerden.DabeimusssowohleineAutomatisierungderAnlagenaufEinzelraumebeneumgesetztwerden,alsaucheineKombinationdereinzelnenRegelungenunter-einanderrealisiertwerden.DasRegelungssystemwirddabeisokonzipiert,dasseinebedarfsgeführteRegelungumgesetztwerdenkann.DadurchwirdimIdealfallnurEnergiefürdieAnlagenerzeugt,wenndieseauchbenötigtwird.ZurSteuerungderHeizungsanlagenkannaufdieRegelungderHeizungsanlage,dieRegelungderPumpen,sowieaufdieHeizkörperventileselbstzuge-griffenwerden.Klima-undLüftungsanlagenverfügenimNormalfallbereitsüberSchnittstellenzurSteuerung.DurchintelligenteAuswertungvonSensorinformati-onenkönnendieseAnlagensomiteffizientgesteuertwerden.
3.1.1.2 Licht
DurchdasanwesenheitsgesteuerteSchaltenderBeleuchtungsowiedieVerwendungvonenergiesparen-denLeuchtkörpernkannnachDINEN15232eineEnergie-ersparnisvonbiszu13%(beiBüroräumen)gegenübereinemStandardsystemerreichtwerden.DabeiwirdaufGrundlagevonSensordatenermittelt,obsichPersonenimjeweiligenRaumbefindenundobeineBeleuchtung
notwendigist.AufGrundlagedieserInformationenkanndieBeleuchtungvomGebäudeautomatisierungs-systemaktiviertbzw.deaktiviertwerden.
3.1.1.3 Türkommunikation
TürkommunikationdientzurÜbermittlungderInfor-mation,dasssicheinePersonaneinerEingangstürdesGebäudesbefindet.DieskanndurchsimpleKlingel-systemerealisiertwerden.DarüberhinausexistierenSystem,dieesermöglichen,Audio-und/oderVideoüber-tragungenzurjeweiligenPersonherzustellen.DieskannüberdafürvorgeseheneLautsprecherundMonitoregeschehen,aberauchüberAlltagsgegenständewiedenFernseherunddieHi-Fi-Anlagerealisiertwerden.IstdasGebäudeautomatisierungssysteminderLage,diePer-sonenimGebäudezuidentifizierenbzw.ihrePositionfestzustellen,kanndasjeweiligeMediumzurKommu-nikationinAbhängigkeitvonderPositionderjeweiligenPersongewähltwerden.
3.1.1.4 Alarmanlagen
AlarmanlagendienenzumSchutzvorunbefugtemEin-dringenindasGebäude.DiemeistenSystemearbeitendabeiunabhängigvomGebäudeautomatisierungs-system.DazuwirdmittelsunterschiedlicherSensorenfestgestellt,obsichunbefugtePersonenZutrittzumGebäudeverschaffthaben.Daraufhinwirdaufunter-schiedlichenWegenversucht,diePersonenimGebäudesowieexterneStellenüberdenEinbruchzuinformieren.BeispielsweisewerdenprivateSicherheitsdiensteüber(Funk-)Telefonverbindungeninformiert.DarüberhinauswerdenoftmalsWarnsignaleund-lampenaktiviert,umanwesendePersonensowiedieEindringlingeüberdieSituationzuinformieren.BeieinerAnbindungderAlarmanlageandasGebäudeautomatisierungssystemkanndasWarnenderBeteiligtensowiedieInformationvonSicherheitsdienstenübervorhandeneGebäudekom-ponentenrealisiertwerden.EbenfallskanneinAlarm-systemdurchVerknüpfungvonAutomatisierungskom-ponentenrealisiertwerden.
3.1.2PhysikalischeSensoren
ZurRealisierungbestimmterRegelungenimBereichderGebäudeautomatisierungsindSensorennötig,diedenaktuellenStatusimRaumerfassen.ImFolgendenwer-dendiewichtigenSensoren,ihreFunktionsweise,sowiedieRegelungen,zudenensieüblicherweiseeingesetztwerden,nähererklärt.
3.1.2.1 Bewegung / Präsenz / Annäherung
AnwesenheitskontrolleistbeiderAutomatisierungvonGebäudenunumgänglich.ImNormalfallwirddasDetek-tierenvonPersonenmittelsBewegungs-bzw.Präsenz-meldern(sieheAbbildung7)durchgeführt.DiesestellenübereinenpassivenInfrarotsensor(PIR)dieBewegungvonObjektenfest,dienichtdiegleicheTemperaturwiedieUmgebungstemperaturhaben.AlternativexistierenSystem,dieBewegungaufBasisvonBilderkennungs-verfahrenmittelsKameraüberwachungfeststellen.BewegungsmeldersindinunterschiedlichenVariantenerhältlich,könneneinenRadiusvonbiszu360°beobach-tenunddeckendabeidurchschnittlicheinenRadiusvon5–8mab.AnnäherungwirdmittelsZeitmessverfahrenbestimmt,beideneneinSignal(Ultraschall,Infrarot-licht,…)ausgesendetunddaraufhindieZeitgemessenwirddievergeht,bisdasEchodesSignalszumSensorzurückkehrt.AufGrundlagedervergangenenZeitundderAusbreitungsgeschwindigkeitdesSignalskanndieEntfernungbiszumnächstenObjektberechnetwerden.
Abbildung 7 Bewegungsmelder (Quelle: http://www.solarenergy-shop.ch/Media/Shop/bewegungsmelder.jpg Zugriff am 29.08.2008)
3 Geräte
3 Geräte
6 HonorarordnungfürArchitektenundIngenieure,www.hoai.de
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3.1.2.2 Helligkeit
LichtsensorenmessenmittelseinesoptischenSensorsdieHelligkeit.MittelseinerdefiniertenSchnittstellekannderWertvonanderenSystemenausgelesenwerden.AusdemWertlässtsicheineAussageüberdieStärkederBeleuchtungdesjeweiligenRaumestreffen.LichtsensorenwerdenbeispielsweisebeiderRegelungvonBeschattungundBeleuchtungeingesetzt.
3.1.2.3 Temperatur
Temperatursensorenstellen,ähnlichwieeinThermo-meter,dieaktuelleRaumtemperaturfest.MittelseinerdefiniertenSchnittstellekannderWertvonanderenSystemenausgelesenwerden.AufGrundderunter-schiedlichenAnforderungengibtesbeiderGenauigkeitderSensorenerheblicheUnterschiede.OftmalsmussderSensorwertzurKorrekturumeinenfestenWerterhöhtoderverringertwerden.TemperatursensorenwerdenbeispielsweisebeiderRegelungderHeizung,derKüh-lungundderLüftungeingesetzt.
3.1.2.4 Enthalpie
Enthalpie-SensorenstellendiegefühlteRaumtempera-turfest.DieserWertwirdaufGrundlagederTempera-tursowiederLuftfeuchtigkeitbestimmt.MittelseinerdefiniertenSchnittstellekannderWertvonanderenSystemenausgelesenwerden.DieserWertlässtRück-schlüsseaufdieBehaglichkeitimjeweiligenRaumzu.Enthalpie-SensorenwerdenbeispielsweisezurRegelungderLüftungeingesetzt.
3.1.2.5 Energieverbrauch/EnergieertragDerEnergieverbrauchdurchStromkannaufGrund-lagederMessungvonStromundSpannungbestimmtwerden.SpezielleSensorensindinderLage,nurdenWirkleistungsanteilzumessen,d.h.derBlindlastanteilderScheinleistung,derdurchdasAufbauenelektri-scherodermagnetischerFelderentsteht,wirdnichtberücksichtigt.AnhanddieserMesswertekanneineAussageüberdenStromverbrauch,derbeispielsweise
durchStandby-StrömewährendderNachterzeugtwird,getroffenwerden.Diesekönnendaraufhingezieltverhindertwerden.
3.1.2.6 Luftqualität
CO2-Sensoren(sieheAbbildung8)stellendieaktu-elleCO2Konzentrationfest.MittelseinerdefiniertenSchnittstellekannderWertvonanderenSystemenausgelesenwerden.AusdemCO2-WertkönnenRück-schlüsseaufdieLuftqualitätgeschlossenwerden.AufGrundunterschiedlicherBauartenweisenCO2-SensorensehrunterschiedlichMessreichweitenauf.CO2-SensorenwerdenbeispielsweisebeiderRegelungderLüftungeingesetzt.
Abbildung 8 CO2 Sensor (Quelle: http://www.driesen-kern.de/images/esense1withdisplay.jpg Zugriff am 29.08.2008)
3.1.2.7 Binäre/Analoge Eingänge
Binärebzw.analogeEingängedienenzurWeiterver-arbeitungvonSignalen,diebeispielsweisevoneinemanderenSensorkommenkönnen.LiegtdasSignalinbinärerFormvor,könnennurzweiFälleunterscheidenwerden.Diesewerdenals0oder1interpretiert.EinBeispielfüreinenSensor,dereinbinäresSignalausgibt,wäreeinPräsenzmelder,daindiesemFallnurzweiFälleunterschiedenwerdenmüssen(AnwesenheitundkeineAnwesenheit).DurchzeitlichkoordiniertesSendenvon1enund0enkönnenwiederumbeliebigkomplexeProto-kollerealisiertwerden,wasdasSendenvonumfangrei-chenDatenermöglicht.BeieinemanalogenSignalwirdeinWertzwischendemminimal-unddemmaximal-möglichenWertdesjeweiligenSensorsausgegeben.DasSignalkannalsoalsWertzwischen0und100%
interpretiertwerden.DieskönntebeispielsweisederWerteinesTemperatursensorssein.UmdenWertwei-terverarbeitenzukönnen,musserinderRegelzunächstineinendigitalenWertumgewandeltwerden.
3.1.2.8 Brandmelder
BrandmeldersindSensoren,dieeinoffenesFeuerimjeweiligenRaumerkennenkönnen.DieseSensorenfunktionierenaufGrundlagevonGas-,Wärme-und/oderRauchmessungen.AutomatisierteSystemesindinderLage,Gegenmaßnahmen,wiebeispielsweiseLöschanlagen,zuinitiierenund/oderdieFeuerwehrzuverständigen.
3.1.2.9 Außenklima
Wetterstationen(sieheAbbildung9)erfassendasKlimaaußerhalbdesGebäudesundsindalsZusammenschlussverschiedenerSensorenzuverstehen.DabeiwerdenunteranderemdieTemperatur,dieLuftfeuchtigkeitunddieLuftgeschwindigkeitermittelt.DieseMesswertewerdenz.B.zurRegelungderBeschattungoderderHeizungverwendet.
Abbildung 9 Wetterstation (Quelle: http://www.topgartenbau.de/gwh/ws/bilder/wetterstation_02.jpg Zugriff am 29.08.2008)
3.1.2.10 Sonneneinstrahlung
SonneneinstrahlungwirdmittelsLichtsensorenfestgestellt.DerMesswertlässtRückschlüsseaufdieStärkederSonneneinstrahlungzu.AufGrundlageder
MesswertekönnenRegelungenzurSteuerungderBeschattungrealisiertwerden.
3.1.2.11 Windrichtung/Windgeschwindigkeit
DieWindrichtungunddieWindgeschwindigkeitwirdaußerhalbdesGebäudes,oftmalsmittelseinerWetter-station,festgestellt,umEinflussaufdieBeschattungnehmenzukönnen.DabeihohenWindgeschwindig-keitenhäufigdieBeschattungeingefahrenwerdenmuss,werdendieseInformationenverwendet,umdieBeschattungebensowiedieFensterautomatisiertvorSchädenzuschützen.
3.1.3Aktoren
UmEinflussaufdenStatuseinesGebäudesnehmenzukönnen,sindAktorennötig,dieaufGrundlagevonSen-sorwertengeschaltetwerden.ImFolgendenwerdendieFunktionsweisenderwichtigstenAktorenbeschrieben.
3.1.3.1 Schalter/Dimmer
Schalterbzw.DimmerdienenderSteuerungvonauto-matisiertenAnlagendurchdiePersonenimGebäude.MittlerweilesindnebenherkömmlichenSchaltern,diedasSignalübermitteln,dasssiebetätigtwurden,verschiedenekomplexeBedienelementeerhältlich,dieteilweiseübereingebetteteRechnerzurSteuerungverfügen.DarüberhinausexistierenbatterieloseFunk-lösungen,diedieEnergiezurErzeugungdesFunksignalsausdemBetätigendesSchaltersgenerieren.
3.1.3.2 Rollladen/Jalousie
Rollladen-bzw.Jalousiesteuerungen(sieheAbbildung10),sindindiversenverschiedenBauformenerhält-lich,beruhenabergrößtenteilsaufdemPrinzipeinesStellmotors,derübereinebestimmteZeitaktiviertwird.ZusätzlichwirddesÖfterendieMöglichkeitzurLamel-lenverstellunggegeben,umeinenzusätzlichenEinflussaufdieBeleuchtungbzw.Beschattungzuermöglichen.
3 Geräte
24 25
Abbildung 10 Steuerbarer Rollladen (Quelle: http://www.favoritfenster.com/rolladen.jpg Zugriff am 29.08.2008)
3.1.3.3 HeizungIndieHeizungssteuerungkannaufunterschiedlicheArtundWeiseeingegriffenwerden.BestimmteHeizungs-anlagenerlaubenz.B.denEingriffindieHeizungsrege-lung.EbenfallserlaubeneinigePumpen,diedasWasserderHeizungimGebäudeverteilen,denEingriffinihreSteuerung,unabhängigvondereigentlichenHeizungs-steuerung.DarüberhinauskanndirektaufeinzelneHeizkörperzugegriffenwerden,indemsteuerbareHeizungsregleraufdieVentilederHeizkörpermontiertwerden.
3.1.3.4 Lüftung
LüftungssystembieteninderRegelbereitsSchnitt-stellenzurSteuerung.FürGebäudeautomatisierungs-systemebzw.SystemlösungenwerdenKomponentenangeboten,dieeinenEingriffindieLüftungssteuerungerlauben.DarüberhinausexistierenSysteme,dieinFensterrahmenintegriertwerdenkönnenundesermög-lichen,Fensterautomatisiertzuöffnen,zuschließenundzuverriegeln.
3.1.3.5 Binär- / Analogausgänge
DaDatenoftmalsanandereAktorenoderSensorenweitergegebenwerdenmüssen,werdenanalogebzw.binäreAusgängezumÜbertragenvonDatenverwendet.EinbinärerWertentsprichtdabeieinerlogischen0oder1.DurchzeitlichkoordiniertesSendenvon0enund1en
könnenbeliebigkomplexeProtokollerealisiertwerden,wasdasÜbermittelnvongroßenDatenmengenerlaubt.EinanalogerAusgangstellteinenWertzwischendemmöglicheMinimumundMaximum,alsoeinenWertzwi-schen0und100%,dar.
3.1.3.6 Audio
AudiosystemeermöglichenesdemGebäudeautoma-tisierungssystem,mitdenPersonenimGebäudezukommunizieren.DiesreichtvonderGenerierungvonWarn-undKlingeltönen,überdasAbspielenvonauf-gezeichnetenBotschaften,biszurSynthetisierungvonmenschlichenStimmen.
3.1.3.7 Steckdosen
SchaltsteckdosenkönnenmittelsihrerSchnittstel-lendeaktiviertwerden.DiesermöglichtdasgezielteAbschaltenvonStandby-Strömen,diebeispielsweiseanfallen,wenneinRaumnichtmehrverwendetwird.DanachdemDeaktivierenderSteckdosekeinStrommehrzurVerfügunggestelltwird,werdenauchGeräte,wiebeispielsweiseDruckeroderMonitore,nichtweitermitStromversorgt.
3.1.4Steuerungs-/Automatisierungsgeräteoder-software
3.1.4.1 Kommerziell
� 3.1.4.1.1GiraHomeserver
DerGiraHomeserverstellteinezentraleSteuer-,Kont-roll-undMeldekomponentefürdenKNXbzw.EIBBusdar,wasdieMöglichkeitzurDefinitionkomplexerRege-lungenvonSensorenundAktorenermöglicht.DurchdieIntegrationdesGiraHomeserversineinLAN-NetzwerkkanndieSteuerungderGebäudekomponentenbei-spielsweiseüberdenComputergehandhabtwerden.DieSteuerungkannebenfallsüberdasInternetreali-siertwerden.GirastelltdazueinInternetportalzurVer-fügung,daseinensicherenZugangzurHaussteuerung
bietet.DarüberhinausistderGiraHomeserverinderLage,technischeStörungen,MesswerteundZuständederjeweiligenAnlageperE-MailundSMSandenBenut-zerzusenden.ZusätzlichermöglichderGiraHomeserverdasFestlegenvonautomatisiertenVorgängenzufestenZeitensowiedasProgrammierenvonSzenarien,diedasSchaltenunterschiedlicherKomponentenbeinhaltenkönnen.[GiersiepenGmbH&Co.KG2008]
3.1.4.1.2Raumcomputer
RaumcomputerstelleneinSystemzurSteuerungvonGebäudeautomatisierungssystemendar.AlszuGrundeliegendesGebäudeautomatisierungssystemkanndabeitheoretischjedesSystemeingesetztwerden,dasübereineTCP/IPSchnittstellegesteuertwerdenkann.FeldbussystemewieDaliundEIB/KNXwerdensomitunterstützt.DaszurSteuerungnötigeAutomations-werkzeugwurdeinOSGIimplementiertundermöglichtdasErstellenvonBenutzerschnittstellenalsInternetsei-ten.Hierdurchistesmöglich,dasGebäudeautomatisie-rungssystemüberdasIntranetund/oderdasInternetzusteuern.[RaumComputerEntwicklungs-undVertriebsGmbH2008]
3.1.4.1.3MacMyHome
MacMyHome(auchbekanntalsm..myhome)stellteineSteuerungssoftwarefürden„AppleMacmini“dar.DerSchwerpunktliegtdabeiaufderSteuerungvonMulti-mediafunktionen.DieSoftwareunterstütztdarüberhin-ausdasBAOS-(BusAccessandObjektServer)Protokoll,wasdieAnsteuerungvonbiszu256KNXKomponentenermöglicht.AufdiesemWegkanndieMultimediasteu-erungdes„Applemacmini“indasGebäudeautoma-tisierungssystemintegriertwerden.AlsphysikalischeSchnittstellezumKNXBusdientdabeieinespezielleKNXKomponente,diedenZugriffperTCP/IPaufdenKNXBuserlaubt.[myhome2008]
3.1.4.1.4ERGO3myHomeBox
myHomeBoxisteinvonderFirmaERGO3entwickeltesundvertriebenesGerätzurSteuerungvonGebäude-automatisierungssystemen.DabeiwirdbesondererWertaufdieGestaltungvonbenutzerfreundlichenSchnittstellenzurSteuerunggelegt.DadieseBenut-zerschnittstellenwebbasiertsind,kanndieSteuerungproblemlosüberdasIntranetund/oderdasInternetrea-lisiertwerden.DarüberhinauskönnenSzenendefiniertundzeitlichgesteuerteautomatisierteAnsteuerungenprogrammiertwerden.AlsGebäudeautomatisierungs-systemkannEIB/KNXeingesetztwerden.DieSteuerungistüberjedenBrowsermöglich.[ergo32008]
3.1.4.1.5EisBärKNX
EisBärKNXisteineVisualisierungssoftware,dieesdemBenutzerermöglicht,einaufEIB/KNXbasierendesGebäudeautomatisierungssystemdarzustellenundzusteuern.ZurVisualisierungkönnendieProjektdateienderKNXPlanungs-undKonfigurationssoftwareETSver-wendetwerden.AlsBetriebssystemwerdenWindowssowiedas.NetFrameworkvonMicrosoftvorausgesetzt.ZurKommunikationzwischendenKNX-BusunddemzurVisualisierungnötigenPCmusseinenspezielleKNX-KomponenteamBusinstalliertwerden,dieeineKom-munikationüberTCP/IPermöglicht.Durchsogenannte„Extensions“könnenderVisualisierungselbstprogram-mierteSoftwarekomponentenhinzugefügtwerden.[AlexanderMaierGmbH2008]
3.1.4.2 Opensource
3.1.4.2.1MisterHouse
MisterHouseisteinoffenesProgrammzurHeimauto-mation.EsunterstützunterschiedlicheMethodenzurSteuerung,wiebeispielsweiseüberWebseiten,Sprach-befehleoderzeitlichgesteuerteEreignisse.EsistsowohlfürWindows,alsauchfürdiemeistenUnixDistributi-onenerhältlich.UntereanderemsindFunktionenzurKommunikationmitX10Geräten,unterschiedlichen
3 Geräte
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Infrarot-Empfängern,verschiedenDisplays,Internet-diensten(u.a.mail,httpundftp)sowieInstantMessen-ger-Anwendungenimplementiertworden.[MisterHouse2008]
3.1.4.2.2LEIBnix
LEIBnixisteinoffenesProjekt,indessenRahmeneineSoftwarefürLinuxDistributionenentwickeltwird,diedasSendenundEmpfangenvonDatenaufeinemEIB-Buserlaubt.DabeiwirdgroßenWertaufdieTatsachegelegt,dassdieSoftwareaufSystemenmitminimalerAusstattunglauffähigist.LEIBnixbietedarüberhin-ausdieMöglichkeit,automatisiertzeitlichgesteuertKomponentenamEIB-Busanzusteuern.DieflexibleundoffeneProgrammierungdesSystemserlaubtes,weitereSystemzuintegrieren.[LEIBnix2008]
3.1.5.Eingabe-/Bediengeräte
ZurSteuerungeinesGebäudeautomatisierungssystemsdurchdenAnwenderstehenunterschiedlicheGerätezurVerfügung.ImFolgendensolleinÜberblicküberdieamhäufigstenverwendetenBedienelementegegebenwerden.
3.1.5.1 Schalter
SchalterbietendemAnwendereinesimpleMöglich-keit,EinflussaufdasGebäudeautomatisierungssystemzunehmen.BeimBetätigeneinesSchalterswirddemSystemmitgeteilt,dassderSchaltergedrücktwurdeundaufwelchePositionergestelltwurde.DieserAktionkanneinebeliebige,durchdasSystemdefinierteReak-tionfolgen.
3.1.5.2 Taster
TasterfunktionierenvomPrinzipherwieSchalter,mitderAusnahme,dasseinTasternichtaufeinebestimmtePositiongestelltwerdenkann.EswirdlediglichdieInfor-mationübermittelt,dasseinSchalterbetätigtwurde.DasGebäudeautomatisierungssystemreagiertdarauf-hinmitderentsprechendprogrammiertenFunktion.
3.1.5.3 Displays
DisplaysbietendurchgeringeAbmessungenundhäufigumfangreicheAnschlussmöglichkeiteneineidealeMög-lichkeit,unauffälligineinGebäudeintegriertzuwerden.NachrichtendesAutomatisierungssystemskönnensoaufeinekomfortableArtdargestelltwerden.
3.1.5.4 Touchpanel
TouchpanelsbieteneinekomfortableundumfangreicheMöglichkeitzurSteuerungeinesGebäudeautomati-sierungssystems.DasieindenmeistenFällenübereinenAnschlusszueinem(ggf.eingebetteten)Rechnerverfügen,derdieSteuerungderKomponentensowiedieVisualisierungdesSystemsübernimmt,kanneinekom-plexeRegelunganeinfacheundintuitiveBedienanwei-sunggeknüpftwerden.DaTouchpanelsBerührungenaufderOberflächedesDisplayserkennenkönnen,kanndieBedienungohnezusätzlicheEingabegeräteerfolgen.
3.1.5.5 Fernbedienung
Fernbedienungenfunktionierenüblicherweisemit-telsderÜbertragungvonInfrarotlicht.DabeiwirdeinkodiertesSignaldurchdasEin-undAusschalteneinerInfrarotdiodeerzeugt.SpezielleModulesindinderLage,dieseSignalezuerkennenundaneinGebäudeautoma-tisierungssystemweiterzugeben.DiesgeschiehthäufiginVerbindungmiteinemHomeserver.MittlerweilesinddiverseFernbedienungenerhältlich,dieInformationenüberFunkverbindungenübermitteln.DarüberhinausexistierenprogrammierbareVariantenmit(Touch-)Displays,beidenensichFunktionenundAussehenfreidefinierenlassen.
3.1.5.6 PDA / Telefon
DaPDAsundMobiltelefoneimmerleistungsstärkerundbedienungsfreundlicherwerden,lassensichbestimmteGerätesehrgutzurSteuerungvonGebäudeautoma-tisierungssystemeneinsetzen.BeliebteTechnologienzurKommunikationsinddabeiBluetooth,WLANundInfrarotsowieDatenübertragungsdienstewiebeispiels-weiseGPRSoderUMTS.DaneueMobiltelefonehäufigübereinenInternetbrowserverfügenunddiegenanntenTechnologienZuganginsInternet/Intranetbieten,kannaufdieseWeiseaufBenutzerschnittstellenzugegriffenwerden.DarüberhinausexistierenspezielleAnwendun-gen,dieaufMobiltelefoneninstalliertwerdenkönnenundZugriffaufdieGebäudesteuerungerlauben.
3.1.5.7 Visualisierung
VisualisierungendesGebäudeautomatisierungssystems,sowiedervomSystemerzeugtenDaten,sindeineguteGrundlagezurSteuerungdesSystemsdurchdenBenut-zer.MittlerweileexistierenSysteme,diedienotwendi-genFunktionenaufeineleichtverständlicheWeisedar-stellen,sodasskeineEinarbeitungindasSystemnötigist.DieVisualisierungerfolgtimNormalfallübereinWebinterface,sodassmitunterschiedlichenSystemenaufdieSchnittstellezugegriffenwerdenkann.
3.2WeißeWare
WeißeWarebezeichnetelektrischeHaushaltsgeräte–u.a.GeräteallerArtzurErledigungvonHausarbeitwieKochen,Backen,Waschen,ReinigenundauchKörper-pflege.WeißwarensindunterteiltindieGattungenGroß-undKleingeräte.ZudenGroßgerätengehörenhierinsbesondereKühlschrank,Gefrierschrank,Gefriertruhe,Elektroherd,Waschmaschine,GeschirrspülmaschineundWäschetrockner.KleingerätesindzumeinenthermischeGerätewieToaster,Haartrockner,MikrowellenherdundKaffeemaschinemitentsprechendhoherLeistungs-aufnahme(ca.500–2500W),zumanderenmotorischeGerätewieHandrührgerät,PürierstabundHandstaub-
sauger.DieBezeichnunghatihrenUrsprunginderklas-sischenFarbeWeißbeiWasch-undKüchengeräten.
FüreineEinbindungineineGebäudesystemtechnikistentscheidend,obsichdieentsprechendenGerätevonAußensteuernlassen.InDeutschlandwerdensolcheGerätez.Zt.vondenFirmenMieleundBSHvertrieben.BeideHerstellersetzendabeiaufeineVernetzungderGeräteüberKNXüberPowerline,d.h.überdieexis-tierendenStromleitungen.ImInnerenderGeräteistjeweilseinOSGi-Serverzufinden,derdienotwendigenSoftwaremoduleenthält.EsexistierenjeweilseigeneBediengeräte,aberauchGatewayszuKNXoderzumLAN,sodassdieseGeräteineinübergeordnetesSystemintegrierbarsind.
3.3MedizinischeGeräte
3.3.1Pulsoxymeter
DieSauerstoffsättigung(sO2)gibtan,wievielProzentdesgesamtenHämoglobinsimBlutmitSauerstoffbeladenist.DieseskannentwederinvasivmiteinerBlutprobebestimmtwerden,odernichtinvasivmitHilfeeinesPulsoxymeters.DieseMessungbestimmtjedochdiequasi-arterielleSauerstoffsätigung(SpO2).DieTechnikdernichtinvasivenPulsoxymetrieberuhtaufzweiPrinzipien:ZumeinenwirddiedurchdieSauer-stoffsättigungbeeinflussteFarbedesBlutesaufzweiWellenlängenbestimmt.ZumanderenverändertsichdieMengedesBlutesimGewebeunddamitdieMengedesabsorbiertenLichtes.Anbieter:z.B.Corsience,Nonin,Weinmann
3 Geräte
28 29
3.3.2Blutdruckmessgerät
BlutdruckistderDruckdesBlutesineinemGefäß.Nor-malwirdhiervondemarteriellenDruckindengroßenSchlagadernaufHerzhöhegesprochen.GebräuchlicheAbkürzungensind:BD(Blutdruck),BPBloodpressureundRR(Riva-Rocci).DerWertwirdineinemZahlenpaarsystolisch/diastolischangegeben.DieBestimmungkannzumeineninvasiverfolgenmitHilfeeinesDruck-fühlersineinemBlutgefäß(blutigeMessung).EsistauchmöglichdenBlutdrucknichtinvasiv(indirekteMes-sung)zubestimmen.Dabeiwirdmeistensdasauskulta-torischeMessverfahrenverwendet.WirdzusätzlichnocheinEKGund/odereineSpO2-Messungdurchgeführt,bestehtdieMöglichkeitaufMessungdesrelativenBlutdruckes(PulsTransitTime,PTT).Beidenautomati-schen(digitalen)BlutdruckmessernistzuunterscheidenzwischenderOberarm-undderHandgelenkmessung.DieGerätefürdieHandgelenkmessungsindkleinerunddamitkomfortablerbeimTragen.JedochsinddieWertewesentlichungenauerundesmussbeiderMessungbeachtetwerden,dassdasMessgerätaufHerzhöheseinsollte.Anbieter:z.B.Corsience,Weinmann,BoSo
3.3.3Waagen
MitWaagenkönnendasGewicht,aberauchderWasser-,Muskel-undFettanteileinerPersonbestimmtwerden.Anbieter:z.B.Corsience,Soehnle
3.3.4Pulsmesser
DieBestimmungderHerzfrequenzmiteinemPulsmes-serkannanunterschiedlichenStellenamKörpererfol-gen.BeidemstationärenEinsatz(z.B.aufErgometern)kanndiesüberdieHände(Extremitätenverallgemei-nert)erfolgen.JedochhatsichderEinsatzvonBrustgur-tenbewährtundliefertdiegenaustenWerte.
DurchVerfahrenmitunterschiedlichenFrequenzen,aufdenendiegemessenenWerteübertragenwerden,
lassensichdieseBrustgurteauchingrößerenAnzahlenineinemRaumbetreiben.NurwenigeHerstellerhabendasProtokoll,mitdemdieDatenübertragenwerden,offengelegt.Anbieter:z.B.Polar,Corsience,Blatand
3.3.5Stresssensoren
EsgibtinvasiveundnichtinvasiveVerfahrenderStress-messung.InvasiveVerfahrengehenüberdieBestim-mungeinesProteins.NichtinvasiveVerfahrenbestim-mendenStressmitderMessungdesHautwiderstandes.DainStresssituationenderKörperdieSchweißabgabesteigert,wirdderHautwiderstandverringert.Anbieter:z.B.Daum(amErgometer)
3.3.6EKG
DasElektrokardiogrammmisstdieelektrischenAktivitä-tenallerHerzmuskelfasern.AusdemEKGkönnenHerz-frequenz,HerzrhythmusundderLagetyp(elektrischeHerzachse,vgl.Cabrerakreis)bestimmtunddieelekt-rischeAktivitätvonHerzvorhöfenundHerzkammernabgelesenwerden.DiesekönneninunterschiedlichenAusprägungenabgenommenwerden.DereinfachsteFallistein1-KanalEKG(ähnlicheinemPulsmesser),weitergibtesdas3-KanalEKGunddas6-KanalEKG,welchesauchalsExtremitätenAbleitungbekanntist.Darauffolgtdas12-KanalEKGwelcheszusätzlichdiesechsBrustwandableitungenenthält.Anbieter:z.B.Corsience
3.3.7Temperaturmesser/Thermometer
DieseGerätedienenderBestimmungderKörpertem-peratur.DabeiwirddieKörpertemperatur,alsodieTemperaturderlebenswichtigenOrganeundnichtdieHauttemperaturgemessen.DieMessunggeschiehtrektal,oraloderimOhr.Anbieter:z.B.Medisame
3.3.8Spirometer
MiteinemSpirometerkönnennebenderAtemfrequenz,dasAtemvolumenunddieGaszusammensetzungbestimmtwerden.
3.3.9PeakFlowMeter
DieseGerätebestimmendieGeschwindigkeit,mitdereinePersonLuftausihrerLungeblasenkann.Anbieter:z.B.Corsience
3 Geräte
30 31
WichtigeeuropäischeNormierungsgremiensinddieCEN7,dieCENELEC8unddieETSI9.AlledieseOrganisa-tionenhabenUnterausschüsse,diesichmitGebäude-technikbeschäftigen.DasbedeutendsteunterihnenistCENELECTechnicalCommitteeTC205HomeandBuldingElectronicSystems(HBES),welchesu.a.anderErstellungNormEN50900beteiligtwar.
BussystemefürGebäudetechniksindinEuropanachderNormfürEN50090undweltweitnachISO/IEC14543normiert.DeroffeneeuropäischeStandardKonnexhatmitKNXdieseNormbereitsumgesetzt.
Abbildung 11 Eingesetzte Kommunikationsstandards in der Gebäude-automation [GNI 2006]
DieVerbreitungvonKommunikationsstandardsfürdieGebäudeautomationistsehrunterschiedlich(Abbildung11).FürEntertainmentundInternetistWLANnach802.11ammeistenverbreitet.InderGebäudeautomationste-henproprietäreFunksteuerungenanersterStelle.
4.1Bustechnik
BustechnologiensindinderGebäudeautomatisie-rungweitverbreitet.JenachHerstellerkönnendabei
unterschiedlicheStandardssowieÜbertragungsmedienverwendetwerden.ImFolgendenwirdeinÜberblicküberdiebekanntestenoffenenStandards,diedenVor-teilbieten,dassDrittherstellerProduktefürdasjewei-ligeSystemanbietenkönnen,sowiedieamhäufigstenverwendetenproprietärenSystemegegeben.
4.1.1OffeneStandards
4.1.1.1 X10
X10isteinIndustriestandardzurKommunikationvonGerätenzurGebäudeautomatisierung.DiemeistenX10-GeräteverwendenPowerlinealsÜbertragungsmedium.DasProtokollwurdeaberebenfallsfüreinefunkbasierteVarianteumgesetzt.X10wurde1975vonderFirmaPicoElectronicsinSchottlandmitdemZielentwickelt,einSystemfürHausgerätefernzusteuern.DieverfügbarenProduktefürdasX10ProtokollumfassenHeimautoma-tisierungssysteme,Sicherheitssystem,Unterhaltungs-systemsowieunterschiedlicheKameraüberwachungs-systeme.EbenfallsisteinumfangreichesAngebotanSoftwarezurKonfigurationundSteuerungvonX10Komponentenerhältlich.[X102008],[WikimediaFoundationInc.2008c]
4.1.1.2 LONDasLocalOperatingNetwork(LONoderLonWorks)isteinProtokollfürAutomatisierungsnetzwerkeundwurdevonderEchelonCorporation,PaloAlto,USA,entwickelt.DasvonLONverwendeteKommunikationsprotokollLon-TalkistoffenunddarfdahervonDrittanbieternimple-mentiertwerden.DieLON-Technologieistalsinterna-tionalerStandardgenormt(EIA-709/EIA-852bzw.EN14908).Überalldort,woEin-undAusgabestattfindet,könnendezentraleundintelligenteErfassungs-und
Steuergeräteplatziertwerden.DieIntegrationdieserGeräteindieNetzebeneerfolgtdabeidurcheinenspeziellenMikroprozessornamensNeuron,dernachderzeitigemStandnurnochvonMotorolahergestelltwird.EchelonistwiederumeineTochtervonMotorola.PrinzipiellkönntedasLonWorks-ProtokollnatürlichauchinSoftwareaufeinemProzessorimplementiertwerden.AllerdingsbedürfteesdafüreinergebührenpflichtigenLizenzierungdurchdieFirmaEchelon.FürLonWorks-NetzekannjedebeliebigeTopologiegewähltwerden(Stern-,Ring-,Baum-oderklassischeLinienstrukturensindmöglich).AufjedemNeuron-ChipkönnendieFunk-tionenfüranfallendeAutomatisierungs-undSteue-rungsaufgabenkonfiguriertundprogrammiertwerden.JederNeuron-ChiperhältbeiderHerstellungeinefest-gelegteeinmaligeIdentifikationsnummer(48Bit).Wei-terhinenthältderNeuron-ChipHilfsmittelzurUnter-stützungderInstallationundWartung(Dokumentation,KonfigurationsowieStatistikzählerundDiagnosezellen).EinLonWorks-Netzkannausbis10^21Knotenbestehen.LonWorkswirdüberwiegendingrößerenGebäuden(z.B.neuerTerminal2inMünchen)eingesetzt.Abbildung12zeigteinentypischenAusschnitteinesLON-Netzwerks.
4.1.1.3 KNX
DerKNXStandardwurde2002auftechnischerGrund-lagedesBussystemEIB(EuropäischeInstallationsbus),EHS(EuropeanHomeSystems)undBatiBUSentwickeltunderfülltdieeuropäischeNormEN50090.DurchdiesenUmstandistKNXkompatibelzuEIBGeräten.DasvonKNXverwendeteKommunikationsprotokollistoffenunddarfdahervonDrittanbieternimplementiertwer-den.KNXwurdeentwickelt,umallewichtigenAnlageninderGebäudetechnikanbindenzukönnen.Damitkanngewerkübergreifend(„integral“)geplantundausgeführtwerden.JederHerstellermussseineGerätezertifizierenlassen,sodassalleGerätezueinanderkompatibelsind.
DasKNX-SystembestehtausSensoren,dieTelegrammesenden,Aktoren,diedieempfangenenTelegrammeinAktionenumsetzen,undeinemBus,deralleSensorenundAktorenfürdenTelegrammverkehrverbindet.DerKNX-StandardspezifiziertfolgendeÜbertragungs-medien:TwistedPair(TP),Powerline(PLC)oderRadioFrequency(RF).
4 Spezifische Standards und Technologien
4 Spezifische Standards und Technologien
Abbildung 12 Ausschnitt LON-Netzwerk [LonMark Deutschland e.V. 2008a]
[LonMarkDeutschlande.V.2008]
7 EuropeanCommitteeforStandardization,www.cen.eu8 EuropeanCommitteeforElectrotechnicalStandardizationwww.cenelec.eu9 EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitutewww.etsi.org
...LONTALKTM...
InternetPC
MMBewegungsMelder
Energie-Messgerät
ElektronischesVorschaltgerät
Schalter Thermostat HUK-Antrieb
Telefon
LONWORKSCONTROLNETWORK
22%
83%
63%
62%
18%
11%
8%
4%
4%
1%
Powerline
Wireless LAN
Funksteuerungen
Ethernet
KNX/EIB (Konnex)
LON-Works
AMX/Crestron
Keine
Sonstige
ZigBee
32 33
DieSensorenkommunizierenmittelsTelegrammen,dieaufdemBusübertragenwerden,mitdenAktoren.EswirdkeinezentraleStellezurSteuerungbenötigt,dadieLogikzurSteuerungindenBusteilnehmerngespeichertwird.DieTopologiezumAufbaueinesEIB/KNXSystemswurdesokonzipiert,dassdasSystemsowohlfürEinzel-lösungen,alsauchfürkomplexeGebäudesteuerungeneingesetztwerdenkann.DurchdieMöglichkeit,einen„Homeserver“alsBusteilnehmerhinzuzufügen,könnenselbstsehrkomplexeRegelungenrealisiertwerden.
DieTopologievonKNXunterteiltdenBusinBereicheundLinien.AneinerLiniekönnenbiszu64Busteilneh-merangeschlossenwerden.MittelsLinienverstärkernkanneineLinieumweitere3Linienerweitertwerden.DurchLinienkopplerkönnenbiszu15LinienzueinemBereichzusammengeschlossenwerden.Bereichskopplerermöglichenesbis15Bereichemiteinanderzuverbin-den.DarausergibtsicheinetheoretischenmaximalAnzahlvon57.600Busteilnehmern.
DieProgrammierungderBusteilnehmererfolgtmittelseinerSoftware,dieesermöglicht,dieBusteilnehmerzunächstentsprechendihresPlatzesinderBustopologie(Bereich,Line,…)zuzuordnen.DarüberhinauskanneinezweiteZuordnungAuskunftüberdentatsächlichStand-ortdesBusteilnehmers(Etage,Büro,…)geben.EbenfallskanndieSensor/AktorSteuerungdefiniertwerden.DurchdiesesKonzepterhältmaneinsehrflexiblesundkomplexeinsetzbaresSystem.Abbildung13zeigteinentypischenAusschnitteinesKNX-Netzwerks.
Abbildung 13 Ausschnitt KNX-Netzwerk [KNX Deutschland 2008b]
[Richter,Edwin2006,26f],[KNXDeutschland2008],[KNXDeutschland2008a]
4.1.1.4 Powerline
PowerlinebeschreibtdasÜbermittelnvonDatenüberdas230VStromnetz.DabeistelltPowerlineselbstkeinenGebäudeautomatisierungsstandarddar,sonderneinealternativeBustechnologie.Gebäudeautomatisierungs-standardswieKNXundLONbietenspezielleBusteilneh-merfürPowerlinean.DerVorteilvonPowerlineist,dasskeineBusleitungimGebäudeverteiltwerdenmüssen,dadieSensorenundAktorendas230VStromnetzalsBusverwenden.[dasElko2008]
4.1.1.5 Ethernet
DasEthernetProtokollwurdeca.1973amXeroxPaloAltoResearchCenterentwickeltundspäteralsoffenerStandardzurdrahtgebundenKommunikationvonderIEEEArbeitsgruppe802weiterentwickelt.MittlerweileistEthernetdasStandard-KommunikationsprotokollfürNetzwerkverbindungenzwischenComputern.DerCSMA/CD-AlgorithmuskanndiegemeinsameNutzungdesMediumskoordiniertsowiedieKollisionvonPake-tenerkanntwerden.VerschiedeneandereProtokollebenutzendenEthernet-StandardaufuntersterEbenezurKommunikation.InderGebäudeautomatisierungwirdEthernethäufigvoneinzelnenKomponentenzurKommunikationeingesetzt.Dabeiwerdenstandardi-sierteProtokollewiebeispielsweiseTCP/IPoderUDPzurKommunikationverwendete,wasdieKonfigurationbzw.AnsteuerungderKomponentenerheblichverein-facht,dadiesübereinenComputermitAnschlussandasEthernetgeschehenkann.[WikimediaFoundationInc.2008d]
4.1.1.6 Profibus
Profibus(ProcessFieldBus)beschreibteinzurProzess-automatisierungentwickeltesKommunikationssystem.EntwickeltwurdeProfibusinder80erJahrenaufGrund-lageeinesBMBFFörderprojektes.DasSystemzeichnet
sichdurchdieMöglichkeitaus,sowohlzeitkritischealsauchsehrkomplexeSystemerealisierenzukönnen.DieswirddurchdaserweiterbareKommunikationsprotokoll,diegroßeAnzahlvonapplikationsorientiertenProfilen,sowiediehoheNummervonProfibuskomponentenrealisiert.DurchdenmodularenAufbaudesSystemskönnenunterschiedlicheTechnologienzurÜbertragungundKommunikationeingesetztwerden.AusdiesemGrundwirdProfibushauptsächlicheinderFabriken-undProzessautomatisierungeingesetzt.Abbildung14zeigteinentypischenAusschnitteinesPROFIBUS-Netzwerks.
4.1.2ProprietäreSysteme
4.1.2.1 LCN
LCN(LocalControlNetwork)isteinvonderFirmaIssen-dorfentwickeltesInstallationsbus-SystemzurGebäu-deautomatisierung.LCNisteinproprietäresSystem,d.h.daszugrundeliegendeSystemdarfnurvonderFirmaIssendorfvertriebenwerden.DieProgrammierungdesSystemserfolgtüberdieBusteilnehmer,daheristkeinezentraleStellezurSteuerungnotwendig.DiemaximaleAnzahlderBusteilnehmerliegtbei30.000Modulen.AlsBuswirdimNormalfalleinefreieAderdesNYM-Kabels,mitdemdieBusteilnehmermitStromversorgtwerden,verwendet.DieTopologiedesSystemsunterteiltdenBusdabeiinSegmente,diemaximal250Modulebeinhal-tendürfen.Insgesamtkönnenbiszu120Segmentemiteinanderverbundenwerden.Abbildung15zeigteinentypischenAusschnitteinesLCN-Netzwerks.
4 Spezifische Standards und TechnologienAktoren
(Befehlsempfänger) Heizung,
Klima,LüftungBeleuchtung Jalousie
Sensoren
(Befehlsgeber)
Thermostat Windmesser Heiligkeitsensor
PROFIBUS DP
Production Process
PROFIBUS PARS485 MBP
Geräte für die Produktion Geräte für den Prozess
Geräte Geräte Geräte Geräte Geräte Geräte Geräte Geräte
Geräte
Geräte
Abbildung 14 Ausschnitt PROFIBUS-Netzwerk [PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. 2008]
[PROFIBUSNutzerorganisatione.V.2008],[WikimediaFoundationInc.2008e]
Abbildung 15 Ausschnitt LCN-Netzwerk [Issendorf KG 2008b]
[IssendorfKG2008],[IssendorfKG2008a]
LCNModul
ID 6
LCNModul
ID 7
LCNModulID 253
LCNModulID 254
34 35
4.1.2.2 HS485 Bus-Haussteuerungs-System
DasHS485Bus-Haussteuerungs-SystemisteinHeim-automatisierungssystem,dasvonderFirmaELVentwickelteundvertriebenwird.DasSystemnutztzurKommunikationdenRS485-Bus.DieserBusbasiertaufeinerseriellenKommunikationüber2Datenleitung.ZurStromversorgungderKomponentenwerdenzweizusätzlicheAdernbenötigt.DasSystemermöglicht127EndgerätenüberdenBuszukommunizieren.DieProgrammierungderKomponentenkannüberTasteranSensorenundAktorenrealisiertwerden.NebenverschiedenenSensorenundAktorenumfasstdasPro-duktsortimentaucheinespezielleKomponente,diedieKonfigurationdesSystemsüberdenPCermöglichen.[ELVElektronikAG2008a]
4.2DrahtloseSysteme
DadrahtloseSysteminderGebäudeautomatisierung,aufgrundderleichtenNachrüstbarkeit,sehrbeliebtsind,wirdimFolgendeneinÜberblicküberdieamhäufigs-teneingesetztenoffenensowieproprietärenSystemegegeben.
4.2.1OffeneStandards
4.2.1.1 WLAN
WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)bezeichneteinnachderIEEE-802.11FamiliestandardisiertesFunknetz-werk.EinWLANwirdüblicherweisevoneinerzentralenStelle(AccessPoint)auskoordiniert.DaWLANsichimOSI-ModellaufdergleichenEbeneansiedeltwieEther-net,kanneinAccessPointproblemloseineVerbindungzumdrahtgebundenemNetzherstellen.Dieüblicher-weiseeingesetztenWLAN-Geräte(IEEE802.11g)habeneineÜbertragungsratevonmaximal54Mbps.Nach802.11nstandardisierteGerätekönnentheoretischeineÜbertragungsratevonbiszu300Mbpserreichen.BeidenAngabenhandeltessichallerdingsumtheoretischeMaximalwerte.DietatsächlichenÜbertragungsraten
liegenbeica.50%desangegebenenWertes.[WikimediaFoundationInc.2008f]
4.2.1.2 Bluetooth
Bluetoothisteininden90erJahrenursprünglichvonderFirmaEricssonentwickelterIndustriestandard(IEEE802.15.1)zurKommunikationüberFunk.DaBluetoothdaslizenzfreieISM-Band(2,402GHzbis2,48GHz)ver-wendet,kanndieTechnologieweltweitohneZulassungeingesetztwerden.DaeineBluetooth-KommunikationdurchTechnologienwiebeispielsweiseWLANgestörtwerdenkann,wirdzurReduzierungvonStörungeneinFrequenzsprungverfahreneingesetzt.DabeiwirddasFrequenzbandin79Stufenmit1MHzAbstandeinge-teilt,dieca.1600-malproSekundegewechseltwerden.BluetootherreichtseitderVersion2.0einemaximaleÜbertragungsratevon2,1Mbit/s.BeiKlasse1wirdbeieinermaximalenLeistungvon100mWeineReichweitevonca.100merreicht.[WikimediaFoundationInc.2008g]
4.2.1.3 ZigBee
ZigBeebeschreibteinenKommunikationsstandard(basierendaufIEEE802.15.4)zurKommunikationmittelsFunkübereinenEntfernungvon10-100m.DerStan-dardwurdevonderZigBee-Allianz,diemittlerweileausca.230verschiedenUnternehmenbesteht,entwickelt.ZigBee-GerätezeichnensichimAllgemeinendurchihrenniedrigenStromverbrauch,sowiedieniedrigenAnforderungenanSystemressourcenaus.ZigBeewirdhauptsächlichinderAutomatisierungtechnik,derMedi-zintechniksowieinderHeim-undGebäudeautomati-sierungeingesetzt.[WikimediaFoundationInc.2008h],[ZigBeeAlliance2008]
4.2.1.4 KNX/RF
KNX/RFerweitertdenKNX-StandardumdieMöglich-keit,KomponentenperFunkzusteuern.DieDatenwer-dendabeiaufeinerFrequenzvon868,3MHzübertra-gen.DieSendeleistungbeträgt1-25mW.DerStandard
unterscheidetdabeiGeräte,dienursendenkönnen,undGeräte,diesowohlDatensenden,wieauchDatenempfangenkönnen.DaGeräte,dienurDatensendenkönnen,nichtdurchgehendaktivseinmüssen,könnensieenergieeffizientrealisiertwerdenundgegebenen-fallsmittelseinerBatteriemitStromversorgtwerden.Geräte,dieständigempfangsbereitseinmüssen,solltenhingegenmiteinerfestenStromversorgungversehenwerden.[WeinzerlEngineeringGmbH2008]
4.2.1.5 Infrarot
BeiderÜbertragungvonDatenmittelsInfrarotwer-denLichtimpulsezurKommunikationverwendet.DadasInfrarot-SpektrumfürdasmenschlicheAugenichtsichtbarist,wirddieDatenübertragungnichtwahrge-nommen.DerNachteildieserTechnologieist,dasszurKommunikationeinerSichtverbindungzwischenSenderundEmpfängerbestehenmuss.DieIrDa(InfraredDataAssociation),bestehendausca.30Unternehmen,ent-wickeltundbeschreibtseit1993StandardszurÜbertra-gungvonDatenmittelsInfrarot.InderVersionIrDa1.1könnennachderSpezifikation„Very-Fast-Infrared“Übertragungsratenbiszu16MBit/serreichtwerden.[WikimediaFoundationInc.2008i],[WikimediaFounda-tionInc.2008j]
4.2.2ProprietäreSysteme
4.2.2.1 EnOcean
Die2001gegründeteEnOceanGmbHentwickeltundvermarktetbatterieloseFunksensorik.DieentwickeltenLösungensindwartungsfreiundbenötigen,durchEin-satzminiaturisierterEnergiewandler,keinezusätzlicheEnergieversorgung.DerbenötigteStromwirdbeispiels-weisemittelsderTemperaturveränderung,SolarzellenoderderEnergie,diedurchdasDrückeneinesSchalterserzeugtwird,generiert.DabeiwerdendieSchlüssel-technologienEnergyHarvesting,EnergiemanagementsowiederEinsatzvonintelligentenSoftware-Stacksvereint.DasProduktangebotumfasstLösungenzurBeleuchtung,Beschattung,Anwesenheitsprüfung,Fensterüberwachung,Raumtemperaturerfassung,MessdatenerfassungsowieSubsystemezuGebäude-automatisierungssystemenwieKNXundLON.ModulesindsowohlfüreineFrequenzvon868MHzwieauchfür513MHzerhältlich.Abbildung16zeigteinentypi-schenAusschnitteinesEnOcean-Netzwerks.
4 Spezifische Standards und Technologien
Abbildung 16 Ausschnitt eines EnOcean Netzwerks [EnOcean GmbH 2008a]
[EnOceanGmbH2008],[EnOceanGmbH2008a]
Information
230 V
Energie-management
Energie-wandler
Sensorik
Prozessor
Zustand,Meßwert
Aktor
ProzessorHF-Transceiver
HF-Transceiver
Funksender Funkempfänger
Energie
36 37
4.2.2.2 Z-Wave
Z-WavebeschreibteinenFunkstandard,fürdenüber150HerstellerProduktezurGebäudeautomatisierungherstellen.SystemeunterschiedlicherHerstellerkönnendurchdenZ-WaveStandardmiteinanderkommunizie-ren.DerZ-WaveStandardwurde2005vonderZ-WaveAlliance,diesichausHerstellernvonGebäudeauto-matisierungstechnikzusammensetzt,entwickelt.DieverfügbarenProdukteenthaltenSystemzurSteuerungderBeleuchtung,derHeizung,derLüftungsowiederKühlung.DarüberhinauswerdenunteranderemSicher-heits-undÜberwachungssysteme,HomeEntertainmentLösungenundEntwicklungsplattformenangeboten.[Z-WaveAlliance2008],[Z-WaveAlliance2008a]
4.2.2.3 FS20
FS20isteinevonderELVElektronikAGentwickelteFunklösungzurHaussteuerung.DieKomponentendesSystemskommunizierenaufeineFrequenzvon868MHz.EssindunteranderemLösungenzurSteuerungderHeizungen,derBeleuchtung,derBeschattung,derSteckdosen,zurAnwesenheitskontrolle,zumErfassendesAußenklimassowieMöglichkeitenzurIntegrationvonComputernvorhanden.MittelsspeziellerKompo-nentenkönntenzumeinenSensorwertegesammeltundausgewertetundzumanderenAktorenentspre-chendgeschaltetwerden.[ELVElektronikAG2008a]
5.1OSGi
DieOpenServicesGatewayInitiative(OSGi,http://www.osgi.org)wurdeimMärz1999alsunab-hängigegemeinnützigeKörperschaft(independentnon-profitcorporation)gegründet,umeineoffenePlattformzurVerteilungundVerwaltungvonsogenann-tenServices(Dienste)zuspezifizieren,zuerweiternundzufördern.BeiderGründungstanddieStandardisierungeinerPlattformzurAnbindungvonNetzwerkeninHaus-haltenimVordergrund.InzwischenwurdederFokuserweitert,daerkanntwurde,dasseinestandardisierteService-PlattformüberallvonVorteilist,woAnwendun-genundServicesübereinNetzwerkverteiltundverwal-tetwerdensollen.HeutewerdenauchGerätewieSet-Top-Boxes,Kabel-oderDSL-Modems,PCs,Web-Phones,Automotive-Gateways,Multimedia-Plattformen,usw.alsZielgerätefüreineService-Plattformgesehen.
DieOSGi-Service-PlattformstellteineoffeneSoft-warearchitekturfürService-Provider,Softwareent-wickler,Softwarehersteller,Gateway-BetreiberundGeräteherstellerzurVerfügung,umServicesineinerkoordiniertenArtundWeisezuentwickeln,zuverteilenundzuverwalten.UmeinreibungslosenZusammen-spielzuerreichen,definiertdieOSGi-SpezifikationeinestandardisierteundkomponentenbasierteUmgebungfürApplikationen(dieinderOSGi-TerminologieBundlesgenanntwerden).DenKernderOSGi-Spezifikationbil-detdasOSGi-Framework,dasalsLaufzeitumgebungvonBundlesineinemGerätdient.
DasOSGi-FrameworkermöglichtdieInstallationundAusführungvonverschiedenartigenBundlesaufeinemGerät.DiespezifiziertenAPIsdefinierenFunktionali-tätenfürdasLifecycleManagementvonServices,dieAbhängigkeitenzwischenServices,dieDaten-undGeräteverwaltung,denZugriffaufClients,dieVerwal-tungvonRessourcenunddieSicherheit.[OSGiAlliance2008]
5.2UPNP
UniversalPlugandPlay(UPnP)isteineInitiativevonIndustrieunternehmen,umdieVerbindungenvonverschiedenartigenGerätenverschiedenerHerstellerundPCszuvereinfachen.DieEntwicklungvonUPnPwirddurchdasUPnP-Forum(http://www.upnp.org)vorangetrieben.DasUPnP-Forumwurde1999als„unin-corporatedentity“gegründet–dieGründunggehtaufdieInitiativevonMicrosoftzurück.DasForumesisteinZusammenschlussvonFirmenundPersonenausdenunterschiedlichstenIndustriebereichen.
AufbauendaufetabliertenInternet-Standards(IP,TCP,UDP,HTTP,XML)sollenProtokolledefiniertwerden,sodassPeer-to-Peer-VerbindungenzwischenGerätenmöglichstautomatischhergestelltwerdenkönnen,ohnevonzentralenServerabhängigzusein.DieGerätesollendynamischzudemNetzwerkhinzugefügtundausihmentferntwerdenkönnen,wobeidasNetzwerksichautomatischaufdieneuenSituationeneinstelltundautomatischkonfiguriert.UPnPsollunabhängigvonPlattformen,ProgrammiersprachenundNetzwerk-technologiensein.UPnPunterstütztnebenUnterhal-tungselektronikauchintelligenteHaushaltsgeräteundGebäudeautomatisierungssysteme.
DieBasiskomponenteneinesUPnP-NetzwerkessindGeräte(Devices),Dienste(Services)undKontrollpunkte(ControlPoints).EinGerätbeinhaltetbeliebigvieleServicesundevtl.eingelagerteGeräte.BeispielsweisebestehteinVideorecorder-Fernseher-KombinationsgerätausdeneingelagertenGerätenVideorecorderundFern-seher,wobeidasVideorecorder-GerätwiederumausDienstenfürdenBandtransport,dieTunersteuerungsowieeinemUhrendienstbestehenkönnte.EinGerätwirddurcheineXML-Dateibeschrieben,dieindemGerätabgelegtwirdunddortabgerufenwerdenkann.EinDienstlöstbestimmteAktionendesGerätesausundistsomitfürdieFunktiondesGeräteszuständig.AuchdieDiensteeinesGeräteswerdendurchXML-Dateienin
4 Spezifische Standards und Technologien
5 Integrative Standards und Technologien
38 39
demGeräthinterlegtundkönnenausgelesenwerden.JederDienstbestehtwiederumauseinerZustands-tabelle(StateTable),einemKontrollserver,sowieeinemEreignisserver(EventServer).InderZustandstabellesindVariablenabgelegt,durchdieeinDienstseineZuständespeichernkann.DerKontrollserverempfängtAktionsan-forderungenandererGeräte(z.B.set_time),führtsieausundaktualisiertdieZustandstabelle.BeidemEreignis-serverkönnensichinteressierteGeräteanmelden,umbeiVeränderungenvonZustandsvariablenbenachrich-tigtzuwerden.EinKontrollpunktkannandereGeräteineinemUPnP-Netzwerkaufspüren(discovery),kontrol-lierenunddarstellen.DerKontrollpunktistnachderAufspürungeinesGerätesinderLage:
DieGerätebeschreibungundeineListederenthalte-nenDiensteauszulesen
DieBeschreibungderDiensteauszulesen,dievonInteressesind
AktionendesGerätesauszuführen,umeinenDienstzukontrollieren
SichbeidemEreignisservereinesDiensteseinzutra-gen,uminZukunftüberZustandsveränderungeninformiertzuwerden
[UPnPForum2008]
5.3JINI
JiniwurdeursprünglichvonSunMicrosystemsentwi-ckelt.DieWeiterentwicklungfindetvornehmlichimRahmenderJiniCommunity(sieheunten)statt,einvonSunMicrosystemsinitiierterZusammenschlussvonJini-Lizenznehmern.BeiJinihandeltessichumeineInfrastruktur,dieesermöglicht,SoftwareundHardwaredurchdieBenutzungeinesNetzwerkeszuintegrieren,sodassDienstnutzernbzw.Dienstanbieterneineverein-fachteSichtaufdasverteilteSystemgebotenwird.JinisetztdirektaufJavaRMIauf.DieZielsetzungdabeiist,
dieAdministrationsowohlderDiensteundRessourcen,alsauchdesNetzwerkessogeringwiemöglichzuhal-ten.DurchdieEinführungeinfacherSchnittstellenundeineseinfachenProgrammiermodells,istesmöglich,SystembausteinezurLaufzeitdesSystemshinzuzufügenundwiederzuentfernen(Plug&Play).Einweitererwich-tigerAspektderJiniArchitekturistdieNutzungeinesDienstesunabhängigvondessenAufenthaltsort.EsgibtineinemJini-SystemdreiunterschiedlicheRollen,wobeieineeinzelneNetzwerkressourcegleichmehreredieserRollengleichzeitigübernehmenkann:Dienstanbieter,isteineRessource,dieeinespezielleDienstleistunganbietet,z.B.dasDruckeneinesBildes.Dienstvermitt-ler,isteineEinheitineinemJini-Netzwerk,beidersichGeräte,dieneuzueinemJini-Netzwerkhinzugefügtwerden,zunächstanmeldenmüssen.NutzereinesDienstes,kannz.B.eineDigitalkamerasein,dieeinvonihrgemachtesFotoaufeinemanderenGerätausdru-ckenmöchte.
JinidefinierteineReihevonDiensten,dieimFolgendenkurzvorgestelltwerdensollen.
LookupService:MöchteeinDienstanbietereinenseinerDiensteeinemJini-SystemzuVerfügungstel-len,somusssichdieserDienstzunächstbeieinemDienstvermittler(LookupService)anmelden.NutzervonDienstenkönnendemLookupServiceeinepara-metrisierteAnfragestellen,damitdieserihneneinenpassenden,beiihmregistrierenDienst,vermittelnkann.
JavaRemoteMethodInvocation(RMI):DieKommu-nikationzwischeneinemDienstanbieterunddemNutzereinesDiensteskanndurchdieBenutzungvonJavaRMIerfolgen
Security:BeidenSicherheitsdiensteninJinihandeltessichhauptsächlichumeinesogenannte„AccessControlList“,welchezurZugangskontrollebenutztwird.AndereSicherheitsfunktionenwieAnonymität,IntegritätundVertraulichkeitmüssenvomBenutzerselbstimplementiertwerden.
Leasing:DerZugriffaufbestimmtDienstekanndurcheinenLeasing-Mechanismusgesteuertwer-den.DabeiwerdenNutzungs-Zeiteinheitenzwi-schendemNutzerunddemAnbietereinesDienstesausgehandelt.
Transactions:EineSerievonOperationenkannzueineratomarenAusführungseinheit,einersoge-nanntenTransaktionzusammengefasstwerden.DieSemantikeinerTransaktionbleibtdabeiderImple-mentierungdesBenutzersüberlassen.
Events:JiniverfügtübereineverteilteEreignisver-arbeitung.EinObjektkannesanderenObjektengestatten,sichfürdenEmpfanggewisserEventsbeiihmzuregistrieren.TrittdanneinbestimmtesEventauf,fürdassicheinanderesObjektregistrierthat,soerhältdieseseineBenachrichtigungüberdasAuftre-tendiesesEreignisses.
ImZentrumeinesJini-SystemsbefindensichdreiPro-tokolle:Discovery,JoinundLookup.DasProtokollpaarDiscoveryundJoinwirdverwendet,umDiensteineinJini-Systemzuintegrieren.DasDiscovery-Protokollwirdbenutzt,wenneinDienstnacheinemDienstvermittler(LookupService)sucht,dasJoin-Protokoll,wenneinDiensteinenDienstvermittlergefundenhatundsichbeiihmregistrierenmöchte.DasLookup-ProtokollwirdvomNutzereinesDienstes(Client)benutzt,umbeieinemLookupServicenacheinembestimmtenDienstanzufragen.IsteinentsprechenderDienstbeimLookupServiceregistriert,sosorgtdieserfürdieVermittlungdesDienstesandenClient,damitdieserdenentspre-chendenDienstbenutzenkann.[JINI(2008)]
5 Integrative Standards und Technologien
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DerBegriffHeimvernetzungkannaufverschiedeneArteninterpretiertwerden,nämlichalsAnbindungdesHausesandasInternetüberbreitbandigeDaten-leitungen,alshausinterneDatenverkabelungoderalsVernetzungundSteuerungverschiedenerGewerkeimInnereneinesHausesimSinneeines„Smarthomes“.DieseStudiebefasstsichmitdemgesellschaftlichenNutzenderHeimvernetzungimSinneeinerKombina-tionausallendreiobengenanntenVernetzungsarten.EswerdenalsodieVorteilebetrachtet,diesichergeben,wennsog.Smarthome-TechnologiezumEinsatzkommt.Eslässtsichzeigen,dassnebenderErhöhungdesKomforts(siehedazudieStudiederTUBerlin)aucheineSteigerungderEnergieeffizienz,sowieeineVerbesse-rungderMedizinischenVersorgung,derLebensqualitätundSicherheitvon–imspeziellen–älterenMenschen(imSinnedesKonzeptesdesAmbientAssistedLiving)erreichtwerdenkann.ImBereichderGewerbeimmo-biliensinddieseTechnologienseitJahrenimEinsatz,inPrivathäusernistaberz.Zt.nureingeringerProzentsatzderexistierendenoderneugebautenHäuserdamitausgestattet.DieshatverschiedeneGründe:nebendemimmernochhohenPreishandeltessichumkomplexeunderklärungsbedürftigeTechnologien.Dazufehltteil-weisedasWissenüberdietechnologischenPotentialebeimVerbraucherteilweiseaberauchbeiFachleuten.
HandlungsempfehlungenundkonkreteMaßnahmenzurFörderungderMarktentwicklung&Konsumentenakzeptanz
EtablierungindustrieübergreifenderStandards
EinführungeinerfürdenVerbraucherverständ-lichenKategorisierungvonProdukten,DienstenundauchganzerImmobilienbezüglichIhrerHeimvernetzungspotenziale
KooperativeFörderungderWeiterbildungvonFachkräften,diemitderInstallationundWartungsystemübergreifenderStandards(IKT,ConsumerElectronics,Elektrik,Klima,Heizungetc.)betrautsind
WeitereErhöhungderBreitbandpenetrationinpri-vatenHaushalten
ImEinzelnen:
DieEtablierungeinerReihevonindustrieübergreifender,zukunftssichererStandardssollgefördertwerden,umGeräteauchunterschiedlicherHerstellerinteropera-belundkompatibelzugestalten.StandardkonformeGerätesolltenfürdenVerbrauchereinfacherkennbarsein.Hierzukannz.B.einQualitätssiegelodereineeinfacheKategorisierungdienen.DanebenmüssenWeiterbildungsmaßnahmenimHandel,HandwerkundbeiDiensteanbieterndafürsorgen,dassimSinneundzumWohledesEndkundeninstalliertundgearbeitetwerdenkann.DerzeitistderDienstleistungsmarktrundumdieHeimvernetzungstarkfragmentiertundfürdenKundenintransparent.DemEndverbrauchersolldahermitgeeignetenMaßnahmenverständlichgemachtwerden,woergeeigneteLeistungenabfragenkann.DieDienstleisterhabendemEndverbraucherdenNutzeninFormklarerMehrwertundauchdenInstallations-undWartungsaufwand,sowiedieanfallendenKostenauf-zuzeigen.EineflächendeckendeBreitbandversorgungistalstechnologischeVoraussetzungfürallegenanntenProjekteundProduktevondringenderWichtigkeit.
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BundesverbandInformationswirtschaft,TelekommunikationundneueMediene.V.
Albrechtstraße10A10117Berlin-MitteTel.:03o.27576-0Fax:[email protected]