Wer sich mit den gebräuchlichen Standards in der Gebäudetechnik auseinander setzt, wird je nach Geldbeutel mit beachtlichem Komfort und niedrigeren Energiekosten belohnt. Doch die Komponenten sind nicht gerade billig und Highspeed-Anwendungen kaum ein Thema für die Hersteller.
Feuerstellen und Lehmhütten hat der Mensch im Laufe der Zeit zu zentralbeheizten Häusern aus Stein und Mörtel weiterentwickelt. Als dann aber selbst Klimaanlage und digitales Satelliten-TV mit Dolby-Surround-System nicht mehr dem Wohlbefinden genügten, sannen findige Techniker auf Abhilfe. Mitdenken sollte das Heim, den Bewohnern die Wünsche quasi von den Lippen ablesen - und obendrein Energie sparen.
Doch die Hersteller stehen sich selbst im Weg. Trotz etablierter Techniken wie EIB oder LON (siehe Glossar) setzen sie auf proprietäre Busse und Funktechniken. Einen Einsteiger mag deren eingeschränktes Produktportfolio vielleicht nicht stören, wer jedoch weiter gehende Ambitionen hegt, wird schnell an die Grenzen nicht standardisierter Technik stoßen. Nur gemächlich findet daher die Gebäudesteuerung Einzug ins Heim - auch weil sich nur wenige Privatleute die Komponenten leisten können.
Anlass zum Träumen geben die Hersteller indes genug: Wer zur Abendzeit das Wohnzimmer betritt, soll nicht mehr mühsam den Deckenfluter auf Schummerlicht und die Lampe hinter dem Fernseher auf Gemütlichkeit trimmen müssen. Eine kleine Bewegung genügt und die Haussteuerung erkennt über mannigfaltige Sensoren, wer da kommt und was er will. Und den Weg vom Sofa über das Bad zum Kühlschrank und zurück soll sich der moderne Mensch nicht mehr durch Ein- und Ausschalten der Flur-, WC- und Küchenbeleuchtung bahnen müssen. Das übernehmen Bewegungsmelder in allen Ecken und Wänden, die zusammen mit einer zentralen Steuerungseinheit den Pfad in Gehrichtung illuminieren.
Wer davon nicht träumt, kann mit Hilfe der Haustechnik auch die Umwelt schonen. Matthias Schmidt aus dem beschaulichen Coburg lässt sich von seinem Smart House nicht nur eine Vielzahl alltäglicher Abläufe abnehmen, sondern hat mit Hilfe Homeserver-gesteuerter Heizwärme- und Warmwasserbereitung auch seine Energiekosten drastisch gesenkt. Die Gartenbewässerung ist automatisiert und eine raffinierte Einbruchmeldetechnik lässt ihn viel ruhiger schlafen (siehe S. 114).
Größere Bedeutung als im privaten Heim hat die Gebäudetechnik in Gewerbebauten erlangt. Kein modernes Bürohochhaus kommt heutzutage noch ohne integrierte Steuerungsanlagen für Klimatisierung, Lichttechnik, Brandschutz, Sicherheit, Büroautomation und Telekommu-nikation aus. Der 2003 errich-tete Westhafen-Tower in Frankfurt nutzt sogar das Wasser aus dem unmittelbar vorbeifließenden Main, um die Abwärme aus dem Kühlkreislauf abzuführen (siehe S. 118).
Wer sich nach einem höheren Gebäude-IQ sehnt, findet eine Vielzahl von Produkten am Markt. Während die einen am liebsten vom Sofa aus surfen und mailen, das Heim über die Stereoanlage mit MP3s aus dem Rechner beschallen und Videos vom PC zum Fernseher streamen, wollen andere Licht, Heizung und Elektrogeräte steuern. Bastler, die ein bisschen in die Haustechnik hineinschnuppern wollen, finden im modularen C-Control zwar etwas eigenbrötlerische, aber funktionale und praktische Komponenten, mit denen sich beachtlich viele Aufgaben lösen lassen (siehe S. 122)
Freunde des Home-Entertainments müssen sich derweil woanders umschauen. Weil Filme auf DVD-Niveau zwischen 4 und 6 MBit/s beanspruchen, in Spitzen sogar bis zu 10 MBit/s, braucht es schnellere Netze als die aus der Gebäudetechnik. Fast Ethernet oder 54-MBit/s-WLAN (siehe Glossar) sollten es schon sein.
Eine über Telefon, Web und WAP zugängliche Gebäudesteuerung verheißt leider nicht nur Bequemlichkeit, sondern wirft auch nicht zu unterschätzende Sicherheitsprobleme auf. Ob Funk, Stromnetz, Internet oder Handy, angreifbar sind alle Kommunikationswege - und damit auch die Haustechnik (siehe S. 126).
Noch tun sich die Hersteller schwer, die Vielzahl der Ansprüche mit einem umfassenden Produktportfolio abzudecken. Doch es gibt Grund zur Zuversicht: Schnelle Netze über Funk und Draht verbreiten sich rasant und bieten den Herstellern eine solide Basis, die breitbandigen Dienste verstärkt für die Gebäudeautomation zu nutzen. Auch die Open Services Gateway Initiative (OSGi) wird nicht müde, ihre Java-gestützte Schaltstelle zur Verwaltung des Heimnetzes fortzuentwickeln; im vergangenen Jahr ist die über 600 Seiten starke Spezifikation bei der Version 3.0 angelangt [#literatur [1]]. Und Middleware wie Jini oder UPnP trägt dazu bei, die verschiedenen Übertragungsprotokolle und Endgeräte durch Überstülpen einer einheitlichen Schicht hersteller- und medienübergreifend nutzbar zu machen - auch wenn diesen Techniken der Erfolg bislang verwehrt geblieben ist. Bahnbrechendes verheißt nicht zuletzt auch das „Pervasive Computing“, das den User in eine mitdenkende Umgebung versetzt, die ihn auf Schritt und Tritt wie ein „outgesourcetes“ Gehirn begleitet. (ola)
[1] Richard Sietmann, APIs für das intelligente Heim, c't 22/03, S. 64
"Das intelligente Haus" Weitere Artikel zu diesem Thema finden Sie in der c't 5/2004: Zu Besuch im intelligenten Eigenheim S. 114 Alleskönner Bürohaus S. 118 Heimautomation im Eigenbau S. 122 IT-Sicherheit in der Gebäudetechnik S. 126
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EIB: Der European Installation Bus ist das in Europa vorherrschende Bussystem zur Gebäudeverkabelung. Getrieben und verbreitet wird die Technik von der EIBA, der EIB Association. Seit 1987 entwickelt Siemens die Technik unter dem Namen Instabus fort. EIB erfreut sich vor allem unter Heimanwendern großer Beliebtheit. Die breite Unterstützung, vor allem durch einflussreiche Hersteller wie Bosch oder die ABB-Tochter Busch-Jäger, garantiert, dass Komponenten des einen Erzeugers mit denen des anderen klaglos zusammenarbeiten. EIB funktionierte über handelsübliche verdrillte Adernpaare. Damit erzielt man Datenraten von 9,6 kBit/s und überbrückt Strecken von bis zu 1000 Meter. Über das Stromnetz (Powerline) lassen sich über Distanzen von bis zu 600 Meter noch 2,4 kBit/s übertragen. Instabus funkt auch, und zwar auf dem 870-MHz-Band mit 19,2 kBit/s. Auf diese Weise kann man bis zu 100 Meter Luftlinie überwinden.
Fast Ethernet: Der Vernetzungsklassiker verspricht konstanten Durchsatz (jenseits der 90 MBit/s) und hohe Zuverlässigkeit. Negativ ist allenfalls, dass man Kabel verlegen muss. Dafür ist Fast Ethernet ungeschlagen günstig: PCI-Netzwerkkarten bekommt man bereits für fünf Euro. Einhundert Meter Patchkabel (Cat.5e) aus dem Baumarkt kosten um die 30 Euro, passable 8-Port-Switches weniger als 20 Euro. Auch wenn die Heimvernetzung über Ethernet prinzipiell möglich ist, die Produkte dafür fehlen.
Jini: Ohne Software ist auch die allerneueste Hardware kaum zu gebrauchen. Das gilt nicht nur für PCs, sondern auch für die Gebäudetechnik. Die 1999 vorgestellte, Java-gestützte Middleware (Java Intelligent Network Infrastructure) dient als Schnittstelle in verteilte Systeme. Darin darf jede Komponente eine andere gleichberechtigt nutzen. Ob ein Gerät einem Jini-Verbund beitreten darf, darüber entscheidet nicht die Art der Ressource, sondern einzig seine Jini-Fähigkeit. Trotz breit angelegter PR-Maßnahmen ist Sun mit Jini noch nicht der große Durchbruch gelungen.
LON: Seltener in der Heimautomation, dafür häufiger in gewerblichen Bauten zu finden ist das so genannte Local Operating Network. Wie in einem Nervensystem können die Komponenten auch untereinander Informationen austauschen. Die dazu notwendigen Mikrocontroller werden als „Neurons“ bezeichnet. Die Datenrate hängt bei LON stark von der zu überbrückenden Distanz ab: Über ein Twisted-Pair-Kabel von 2700 Metern kommt man auf 10 kBit/s, bei 130 Metern bereits auf 1250 kBit/s. Bei LON über Powerline liegt die Datenrate bei 4,8 kBit/s und einer maximalen Kabellänge von rund 300 Meter.
LCN: Das Local Control Network der Firma Issendorf baut auf einer zusätzlich zum Netzkabel verlegten Ader auf, über die die Daten zur Steuerung der Gebäudetechnik übertragen werden. Mit einer Datenrate von 9,6 MBit/s lassen sich bis zu 1000 Meter überwinden, über Segmentkoppler noch größere Strecken.
UPnP: Universal Plug’n’Play ist Microsofts Konkurrenzprodukt zu Jini. Zurzeit unterstützen knapp 650 Hersteller die Schnittstelle zur Ad-hoc-Kommunikation zwischen den unterschiedlichsten Geräten und Diensten. UPnP-Geräte konfigurieren sich automatisch und können ohne Zutun des Anwenders mit anderen Netzgeräten in Verbindung treten - zum Beispiel der PDA, der, gleich nachdem er sich ins Netz eingeklinkt hat, auf dem UPnP-fähigen Tintenstrahler druckt, oder die Waschmaschine, die das Ende des Waschprogramms auf PC oder Fernseher ankündigt. Anders als Jini ist UPnP unabhängig von einer Programmiersprache und fußt auf Standards wie XML oder HTTP. Trotz der in den letzten Jahren rasant angestiegenen Mitgliederzahl im UPnP-Forum gibt es kaum Produkte. Intel steuert Autorentools zur UPnP-Entwicklung bei, Microsoft selbst hat UPnP in das .NET-Framework für Windows CE integriert und vereinzelt lassen sich auch Router per UPnP automatisch konfigurieren. Aber in der Gebäudetechnik ist universelles Einstöpseln und Loslegen noch lange nicht verbreitet, obwohl UPnP hier wie Jini wegen der Unabhängigkeit vom Übertragungsmedium gute Dienste leisten könnte.
WLAN: Als Wireless Local Area Network bezeichnet man lokale Netzwerke, in denen Daten per Funk übertragen werden. Der Standard IEEE 802.11b ist mit einer Bruttodatenrate von 11 MBit/s spezifiziert, von denen bei guten Verbindungen netto typischerweise noch um 5 MBit/s übrig bleiben. Der Nachfolgestandard IEEE 802.11g/a funkt mit brutto 54 MBit/s. Gute Verbindungen bringen es auf 20 bis 21 MBit/s netto. Die Reichweite ist stark umgebungsabhängig und liegt in Gebäuden bei maximal 40 Metern.
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„Sal wacht auf: Sie riecht frischen Kaffee. Einige Minuten zuvor hatte der Wecker - alarmiert durch ihren unruhiger werdenden Schlaf - bereits diskret und leise gefragt: „Kaffee?“, und sie hatte „Ja“ gemurmelt; neben „Nein“ eines der wenigen Wörter, die sie schon kannte.“ So heimelig schilderte Weiser die schöne neue Welt: Das Zusammenspiel intelligenter Gegenstände und spezialisierter, drahtlos vernetzter kleiner Geräte sollte den gewohnten Computer überflügeln und dem User in alltäglichen Situationen assistieren - ohne dass dieser sich mit lästigem Kleinkram wie Konfiguration, Betriebssystem oder Übertragungsprotokollen auseinander setzen muss. Das intelligente Haus kommuniziert mit dem smarten Fahrzeug, das sich wiederum vollautomatisch mit dem intelligenten Arbeitsplatz abstimmt; wenn der User verschlafen hat, wird der Terminplan in weiser Voraussicht gestrafft.
Trotz immer leistungsfähigerer mobiler Devices stehen solche Visionen auch nach über zehn Jahren intensiver Forschungsarbeit immer noch auf der Agenda der Entwickler. Neben diversen technischen Probleme kämpfen die Visionäre auch mit konzeptionellen Schwierigkeiten.
„Ambient Intelligence“ muss viel mehr Informationen verarbeiten als ein Desktop-Rechner: Das System muss beispielsweise den aktuellen Standort des Benutzers erkennen, ein Netz verteilter Sensoren ansprechen, sich versichern, dass die Sensor-Informationen tatsächlich brauchbar sind, und ausgefallene Sensoren gegebenenfalls ersetzen lassen. Darüber hinaus muss das System feststellen, wie, wann und wo welche Informationen an den Benutzer weitergegeben werden können, und diese Informationen entsprechend aufbereiten.
Was dann noch in diversen Aufsätzen, Fachartikeln und visionären Beschreibungen unter Schlagworten wie „User Modelling“ oder „Context Awareness“ auftaucht, ist auch nicht zu unterschätzen. Schließlich muss ein solches System die gesammelten Informationen in einen Zusammenhang einordnen, um flexibel auf die Bedürfnisse des Benutzers reagieren zu können - eine Aufgabe, an der sich auch die KI-Forschung der vergangenen 20 Jahre bereits heftig die Zähne ausgebissen hat. Ein vernetzter Kühlschrank müsste beispielsweise wissen, dass die reichlich vorhandenen, teuren Feinkostvorräte für eine Party bestimmt sind und deswegen nicht ständig nachbestellt werden sollen, wenn sie zur Neige gehen.
Ein Team um Lorenz Hilty von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EPMA) setzte sich vor kurzem in einer 350-seitigen Risikoanalyse mit den absehbaren Konsequenzen der zunehmenden Instrumentierung der Lebenswelt auseinander. Besondere Aufmerksamkeit widmeten die Wissenschaftler dabei den so genannten „Rebound-Effekten“, den kontraproduktiven Nebenfolgen der vom Pervasive Computing erhofften Gewinne an Zeit, Komfort, Sicherheit und Lebensqualität. Beispielsweise befürchten die Technikforscher im Bereich Gesundheit, dass die Online-Verfolgung der eigenen Körperfunktionen zum Ausreizen der Belastbarkeit und einer größeren Risikobereitschaft führt.
Im Vergleich zu den heutigen Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnik wird Pervasive Computing zudem die Datenschutz- und Sicherheitsprobleme verschärfen, denn der allzeit vernetzte User hinterlässt notgedrungen viel mehr Datenspuren, als er dies beispielsweise jetzt schon beim Surfen im Web tut. Das Anlegen personenbezogener Datensammlungen droht durch Pervasive Computing vom Ausnahme- zum Regelfall zu werden. Der Heinzelmännchen-Traum vom treusorgenden Haus hat also auch seine dunklen Seiten. (wst)
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