Datenhaltung im Smart Home

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Name der Autoren:	Lutz Birkenkamp, Oliver Kleine, Stefan Rixecker
Titel der Arbeit:	"Datenhaltung im Smart Home"
Hochschule und Studienort:	FOM Neuss

Inhaltsverzeichnis 1 Aufgabe und Ziel der Arbeit 2 Grundlagen/Definitionen 2.1 Smart Home 2.2 Datenarten 2.3 Datenhaltung 2.4 Verbindungstechnik 3 Datenhaltung im Smart Home 3.1 Info/Datenhaltung 3.2 Datenstruktur 3.3 Datenmanagement 3.3.1 Datenerzeugung/-verantwortung 3.3.2 Datenbank 3.3.3 Data-Warehouse 3.3.4 Qualitätssicherung 3.4 Datensammlung/Datenarchivierung 3.5 Temporale Datenhaltung 3.5.1 Gültigkeitszeit 3.5.2 Transaktionszeit 3.5.3 Bitemporale Datenhaltung 3.6 Schnittstellen 3.6.1 Anwendungsübergreifende Aktionen 3.6.2 Anforderungen an Anwendungen 3.6.3 Beispiele 3.7 Datennutzung 3.8 Datenschutz/Sicherheit 4 Ausblick 5 Fazit 6 Abkürzungsverzeichnis 7 Fussnoten 8 Literatur- und Quellenverzeichnis

1 Aufgabe und Ziel der Arbeit

Das intelligente Haus, als Marketingbegriff wurde Smart Living oder auch Smart House eingeführt, ist keine Utopie mehr. Bereits heute nimmt im Alltagsleben mehr und mehr der Computer die Steurung und Überwachung des Alltags. Das Szenario beginnt beim Aufstehen. Der Bewohner geht ins Badezimmer, wo man im Spiegel erinnert wird, welche Aufgaben heute im Job anstehen. Ein Blick auf die Waage verrät, das man zugenommen hat. Ist die Waage vernetzt mit dem Kühlschrank, so wird man beim Öffnen des Kühlschranks daran erinnert, dass man Übergewicht hat und den Griff zur Schokolade oder Bier meiden sollte. Verlässt man das Haus werden die Standardeinstellungen der elektrischen Fenster, Heizungsventile und der Bewegungsmelder im Haus auf einem Display angezeigt. Die Konfiguration sieht vor, dass der Computer anhand der Bewegungsmelder merkt, dass sich keine Personen mehr im Haus befinden und regelt automatisch, das alle Fenster verschlossen werden und die Heizung heruntergfahren werden kann.

Diese Daten werden gewöhnlich auf einem Server abgespeichert. Doch wie sieht es mit der Datenhaltung aus. Der Anwender, auch Bewohner im folgenden genannt, kann selbst bestimmen welche Daten gespeichert werden sollen. Das Ziel dieser Arbeit ist es Anhaltspunkte herauszufinden in welchem Bereich es Sinn macht die gesammelten Daten der verschiedenen vernetzten Geräte einer kurzen, mittleren und langen Vorratsdatenspeicherung zu unterziehen. Auch der Nutzen der Datenhaltung soll beschrieben werden. Daneben werden die Arten der Datenhaltung beleuchtet und der wirtschaftliche Aspekt hinzugezogen.

2 Grundlagen/Definitionen

2.1 Smart Home

Die Begriffe rund um den Begriff Smart Home sind vielfältig. Was ist ein Smart Home ist die zentrale Fragestellung. Betrachten wir erst einmal das Wort "Smart" das im englischen wie folgt übersetzt wird:

„Klug, Ggescheit, intelligent, patent, geschickt, gewandt, geschäftstüchtig, gerissen, raffiniert, witzig, geistreich, superklug, flink, fix, schmuck, gepflegt, elegant, fesch, schick, forsch, schneidig,“

"Home" wird übersetzt mit Zuhause.

Überträgt man diese Wörter auf den Bereich des Wohnens, bzw. des Hauses werden in diesem Zusammenhang folgende Schlagwörter benutzt:

• Kommunikation
• Gesundheit
• Sicherheit
• Unterhaltung
• Komfort
• Automatisierung.

Neben dem Begriff Smart Home stehen als Synonym Intelligentes Wohnen und Intelligentes Haus zur Verfügung. Als „Smart Home“ bezeichnet man komfortables Wohnen unter dem Aspekt des Einsatzes der vorhandenen und technischen umsetzbaren Anwendungen. Dazu zählen Geräte und Systeme, die mehr Flexibilität, Sicherheit, Komfort, Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz ihren Bewohnern bietet.

Neben den genannten Definitionen dreht es sich bei dem Thema Smart Home um den deutschen Begriff "Gebäudeautomation".

Nach den Umfrageergebnissen der Marktforscher ging man 2007 davon aus, dass ca. 100 ernsthafte Interessenten für den Bau eines privaten Smart Homes existieren. Diese Zahl bezieht sich auf Neubauten. . Das hohe Preissegment der Lösungen schreckt sicherlich die normalen Bauherren ab, obwohl das Interesse vorhanden ist. Gerade der Punkt Energiesparen lässt die Bewohner von Bestandsimmobilien aufhorchen^[1].

2.2 Datenarten

Die Datenarten bezeichnen die Struktur der inhaltlichen Ordnungskriterien eines Datenbestands. Es werden 3 Unterscheidungen bzgl. der Datenarten gemacht:

• alphabetisch ("Toni Pantoffel")
• numerisch ("54,23")
• alphanumerisch ("Telefonnummer 0123-456789")

Ein weiteres Kriterium für die Datenart ist die Karakerisierung in qualitative und quantitative Datenmengen.

2.3 Datenhaltung

Die Datenhaltung ist die Aufbewahrung von elektronischen Informationen Die Daten werden auf Speichermedien archiviert und können jeder Zeit einem Benutzer zugänglich gemacht werden.

2.4 Verbindungstechnik

Um Informationen austauschen zu können, wird immer ein Sender und ein Empfänger benötigt. Die einzelnen Empfänger- und Sendestationen können entweder kabelgebunden oder kabellos miteinander verbunden sein, um miteinander zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Die häufig verwendete Verbindungs-Technik ist die kabelgebundene Bus-Technik. Eine spezielle Bus-Technik stellt der EIB (European Installation Bus) dar, der nach Lerch^[2] von der EIB Association (=Zusammenschluss führender Unternehmen in der Elektroinstallationstechnik) entworfen wurde, um einen europaweiten einheitlichen standardisierten Installationbus zu definieren. Ziel dieses Standards ist es, die Gebäudeautomation in der Praxis effektiv einsetzen zu können, indem Aktoren und Sensoren miteinander vernetzt werden.

Technische Kurzinformation zum EIB-Bus:

• die Daten- und Stromversorgung erfolgt über eine verdrillte, geschirmte Zweidrahtverkabelung
• maximale Leitungslänge: 1000 Meter
• maximale Datenübertragungsrate: 9,6 kBit/s
• maximal kann die Gesamtstruktur aus 15 Bereichen bestehen
• maximal 12 Linien/Bereich
• maximal 64 Teilnehmer/Linie

Alternativ ist auch der 1-Wire Bus eine weitere drahtgebundene Verbindungstechnik, die allerdings ihren Einsatz eher in kleinen Häusern hat, da die maximale Leitungslänge hier nur 100 m beträgt. Allerdings ist diese Technik z.Z. etwas preisgünstiger als der EIB-Bus^[3].

Eine von vielen kabellosen Verbindungen ist das nach Standard IEEE 802.15.4^[4] definierte Funknetzwerk WPAN (Wireless Personal Area Network), das mit weniger Energie auskommt als die Bluetooth-Technik. Vorteil der Funknetzwerk-Technik ist ebenfalls, dass auf aufwendige Verkabelungen innerhalb eines Gebäudes unter Einhaltung des WPAN-Standards verzichtet werden kann.

Technische Kurzinformation zum Standard IEEE 802.15.4^[5]:

• Frequenz: 2,45 GHz (250KBit/s, 16 Kanäle)
• Reichweite: bis zu 100 Metern

3 Datenhaltung im Smart Home

3.1 Info/Datenhaltung

Grundsätzlich ist Datenhaltung in zwei Typen zu unterscheiden. Die dezentrale und zentrale Datenhaltung. Dezentrale Datenhaltung bedeutet, dass die Daten verteilt an mehreren Stellen vorliegen. Analog dazu bedeutet zentrale Datenhaltung, dass Zusammentragen und Vorhalten der verfügbaren Informationen an einer Stelle. Im Smart Home entstehen die Daten zum einen an den Sensoren, welche diese an eine ihr zugeordnete Verarbeitungseinheit weitergibt. Diese Verarbeitungseinheit wertet die Daten durch ihre eigene Logik aus und steuert daraufhin ggf. die entsprechenden Aktoren, sofern diese der Verarbeitungseinheit selbst zugeordnet sind, an. Andernfalls wird das Kommando auf den Bus gegeben und die entsprechende Steuereinheit angesprochen. Zum anderen kommen die Daten auch aus externen Quellen wie dem Internet. Beispiel Termine für Sperrmüll, Wettervorhersagen oder das aktuelle Fernsehprogramm. Die Datenhaltung im Smart Home ist mit den heute gängigen Verfahren LON oder EIB dezentral und nicht dauerhaft. Eine Auswertung der Zustände der Sensoren, beispielsweise eine Statusabfrage ob alle Fenster geschlossen sind, ist zwar zentral möglich, jedoch fehlt die Zeitdimension. Anwendungen die über die „Skriptintelligenz“ hinausgehen, also der fest vorgeschriebene Aktionen bei genau definierten Ereignissen, erfordern eine Datensammlung über einen langen Zeitraum, um so mit Mustererkennung Ereignisse miteinander kombinieren zu können. Die zentrale Datenhaltung, also der Speicherung aller verfügbaren Informationen in einer Datenbank ist der nächste logische Schritt.

3.2 Datenstruktur

Die Datenstrukturierung befasst sich mit dem Thema, wie und in welcher Form Daten in einem Informationssystem gespeichert werden. Es wird zwischen elementaren und zusammengesetzten Datenstrukturen unterschieden. Die elementaren Datentypen beinhalten Schriftzeichen und Zahlen. Diese einfachen Datentypen werden zu komplexen Datentypen zusammengefasst: Es entstehen Zeichenketten, Datensätze und graphenbasierte Datentypen. Diese komplexen Datentypen werden zu komplexen Datenstrukturen zusammengefasst.

Datenelemente und Datenstrukturen Elementare Datentypen Komplexe Datentypen Dateien XML-Dateien und ihre Anwendung und Verwendung im Smart Home Praxisbeispiel Datenstrukturen im Smart Home Empfiehlt es sich alle gesammelten Daten zu speichern ? Empfiehlt es sich die Daten in Form von wohlgeformten XML zu speichern? Wozu Datenhaltung? Wetterdaten können verglichen werden, falls ein Strum aufkommt Das sichere Haus !! Kommunikation der Häuser untereinander! Wenn diese Daten zeitgleich eintreffen verhält sich das Haus wie....

3.3 Datenmanagement

Die Kernthemen des Datenmanagement:

• Datenerzeugung
• Datenverantwortung
• Datenbank
• Data-Warehouse
• Qualitätssicherung

3.3.1 Datenerzeugung/-verantwortung

Die Datenverantwortung beschäftigt sich mit der Thematik wer welche Daten wie pflegt. Hierbei sind zwei Datenarten zu unterscheiden:

• Grunddaten
• Vorgangsdaten

Als Grunddaten wird der Datenbereich bezeichnet, der den Rahmen eines Datensystems bildet. Diese Grunddaten heissen Attribute, welche nur selten verändert werden.^[6]Vorgangsdaten werden den Grunddaten zugeordnet und haben die Eigenschaft, dass sie sich häufig ändern und dementsprechend eine grosse Menge an Daten ausmachen können. Diese Vorgangsdaten werden im SmartHome z.B. durch die Sensoren geliefert.(Bild mit Grunddaten+Vorgangsdaten+Beschreibung einbinden) Bei der Datenverantwortung ist zu betrachten, dass Daten durch zwei unterschiedliche Akteure in ein Datenbanksystem eingepflegt werden können:

• Mensch
• Maschine

Bei der folgenden Betrachtung setzen wir voraus, dass die Grunddaten bereits existieren. Die anfallenden Vorgangsdaten (=Werte) eines Systems können am Beispiel eines Raumthermometers entweder vom Menschen abgelesen und dann in ein Datenbanksystem eingepflegt werden oder direkt von einer Maschine (z.B. durch Sensor für Raumthermometer) in das Datenbanksystem geschrieben werden. Im Gegensatz zur Datenpflege durch eine Maschine (Sensor-Datenbank) gibt es beim Akteur Mensch eine zusätzliche Schnittstelle (Sensor-Mensch-Datenbank), die anfällig für Fehleingaben ist. Mögliche Fehleingabe sind hierbei eine falsche Ablesung oder eine falsche Eingabe des richtig abgelesenen Wertes. Um eine hochwertige Datenqualität zu erzielen, ist es erforderlich, dass im Vorfeld der Datensammlung eine entsprechende Datenverantwortung festgelegt wird. Auf diese Weise kann eine potentielle verfälschte Datenpflege vermieden werden.

3.3.2 Datenbank

In der Umgangssprache wird häufig der Begriff Datenbank verwendet. In der Informatik wird dies jedoch als Datenbanksystem bezeichnet. Ein DBS (Datenbanksystem) besteht aus einer Datenbank, in der Daten in Form von Zahlen, Texten etc. gespeichert werden und dem DBMS (Datenbankmanagementsystem), das die Steuerung der Daten in der Datenbank übernimmt. Bodendorf^[7]beschreibt das Datenbanksystem als ein System, welches eine anwendungsübergreifende Nutzung von Daten über definierte und standardisierte Schnittstellen ermöglicht, so dass sich verschiedene Anwendungen eine gemeinsame Datenhaltung teilen können. In der Praxis wird grosser Wert auf einen fehlerfreien Bestand in einer Datenbank gelegt. Um dieses Ziel zu verfolgen, kann bei einer Mehrbenutzer-Datenbank eine Benutzerverwaltung erfolgen, die den jeweiligen Akteuren (Mensch und/oder Maschine) nur eingeschränkte Rechte auf die entsprechende Datenbank vergibt. Durch die Nutzung einer Benutzerverwaltung kann ungewolltes Löschen oder Verändern unterbunden werden. Hierzu kann dem Akteur wahlweise folgendes Recht/Rechte vergeben werden:^[8]

• lesen [read]
• anlegen [create]
• löschen [delete]
• ändern [change]

3.3.3 Data-Warehouse

Das Data-Warehouse ist ein Datensammellager, um mit Hilfe von speziellen Verfahrenstechniken grosse Datenbestände auszuwerten. Ziel dieser Auswertungen ist ein Gewinn an zusätzlichem Wissen, dass kostengünstiger und in einer kürzen Zeit als einer manuellen Analyse entsteht. In einem Data-Warehouse werden verschiedene Datenbestände, die so wohl intern als auch extern entstanden sind, zusammengeführt. Ein einzelner Datenbestand wird auch als Data Mart bezeichnet, der eine Teilmenge des Data-Warehouse ist. Nach Bodendorf^[9]müssen die einzelnen Datenbestände, da sie meistens verschiedene Datenstrukturen aufweisen, mit Hilfe des ETL-Prozesses (Extraction, Transformation and Load) an einander angepasst werden. Mittels Analyse-Verfahren wird über eine Schnittstelle auf das Data Warehouse zugegriffen und der dort befindliche Datenbestand analysiert. Ein mögliches System stellt hierbei das Data Mining dar- ein Verfahren, dass versucht bestimmte Datenmuster und -strukturen zu erkennen. Beim Data Mining werden Hypothesen aufgestellt, die dann im Data Warehouse überprüft und validiert werden^[10]. Ein praktische Anwendungsbeispiel hierfür ist die neue gewonnen Erkenntnis zu einem Teilbereich des Smart Homes- wie z.B. das Wachstumsverhalten von Pflanzen, mit dessen Hilfe das Bewässerungssystem im Garten des Smart Homes optimiert werden kann. Die neuen Informationen werden in ein neues Data Mart integriert und stellen das neu gewonnene Wissen dem Gesamtsystem zur Verfügung.

3.3.4 Qualitätssicherung

Qualtitätssicherung wird bei Hansen/Neumann mit Methoden und Verfahren zur Früherkennung und Vermeidung von Fehlern beschrieben, um einen anfallenden Mehraufwand einschätzen und minimieren zu können^[11]. Die ISO (International Organization for Standardization) ist eine in Genf ansässige Organisation für Standardisierungen mit z.Z. 157 Mitgliedsstaaten^[12]. Ziel dieser Organisation ist es, einheitliche Regeln und Normen aufzustellen, um eine einheitliche Ausgangsbasis zu bilden. Im Anwendungsbeispiel des Smart Homes werden Daten mit einer entsprechenden Qualität benötigt, die dazu dienen ein Abbild eines tatsächlichen realen Zustands in Zahlen- und Datenwerten widerzuspiegeln. Mit Hilfe dieser Daten können somit Steuerungseinstellungen wie z.B. Heizungssystem, Klimasteuerung, Rasenbewässerung etc. zur Optimierung vorgenommen werden.

3.4 Datensammlung/Datenarchivierung

Im Smarthome gewinnt die drahtlose Übertragung der Daten von Sensoren immer weiter an Bedeutung. Da diese Sensornetzwerke aus Geräten einer vielzahl von Herstellern bestehen, muss hier eine Grundstruktur vorgegeben sein, die die Hersteller nicht beeinträchtigt, die Datenhaltung. Ziel der Datenarchivierung ist es, jederzeit den Zugriff auf alle Informationen Es ist möglich die Daten jedes Sensors mit einer eigenen Abfrage zu sammeln allerdings erfordert dies, genaue Kenntnis über die Eigenschaften der Sensoren. Ein Lösungsansatz ist die Verwendung von XML (Extensible Markup Language). XML bietet

3.5 Temporale Datenhaltung

Viele Atrubutswerte von Daten ändern sich im Zeitablauf. Die temporale Datenhaltung bedeutet, dass Daten bei Änderungen oder Löschungen von Attributen nicht überschrieben werden, sondern chronologisch abgelegt werden. Daraus kann man dann später den aktuellen Zustand zeitlicher Daten ablesen. Statistische Auswertung langfristiger Entwicklungen sind somit möglich.

Temporale Datenbanken speichern Zeitmarken ab. Neben den Zeitstempeln, die neben den Informationen abgelegt sind, wird der Attributswert abgebildet. Man unterscheidet zwischen historischen und temporalen Datenbanken. Bei historischen Datenbanken werden neben dem Zeitstempel, Zustände und Ereignisse dokumentiert. Bei der temporalen Datenbank werden Abfragen in zwei Richtungen möglich: Einmal kann man anhand der Daten in der Vergangenheit die Zukunftsprognose ableiten und den Verlauf der Daten in der Vergangenheit mit Zeitangaben dokumtieren.

Ein Anwendungsbeispiel für das Smart Home sieht anhand des Beispiels Wetterschutz und Sicherheit wie folgt aus: Die autarke Berücksichtigung von Umwelt- und Sicherheitsaspekten sind im Smart Home integrierbar. Dabei werden Wetteraktivitäten automatisch dokumentiert. Unwettern ist mit geeigneten Maßnahmen automatisch zu begegnen. Wenn ein Unwetter aufzieht dann muss das vorher definierte System die Bewohner informieren. Eine Anwesenheitssimulation soll ungebetene Besucher abschrecken. Im Notfall ist ein lautloser Alarm auszlösen, der die Nachbarhäuser informiert. Das funktioniert nur, wenn mehrere Smart Homes nebeneinander stehen und diese miteinander verbunden sind. Auch ist es praktisch möglich das Eindringen in das Haus durch Unbefugte mechanisch zu verhindern. Sicherheitsglas und Sicherheitstüren spielen hier eine Rolle. Aktivitäten und Information sollten bei einem Einbruch dokumentiert werden und an vorher definierter Stelle weiterzugeben^[13].

3.5.1 Gültigkeitszeit

Die Gültigkeitszeit (Valid Time) beschreibt den Zeitpunkt oder Zeitraum, in dem ein Datensatz in der realen Welt gültig ist. Dies können zukünftige als auch vergangene Zeiträume sein.

Einfügen: Bild von Stromverbrauch der Waschmaschine, Die Abbildung sollte enthalten: Die Waschmaschine sollte so programmiert sein, dass sie dann sich einschaltet, wenn der Stromverbrauch am günstigsten ist.

3.5.2 Transaktionszeit

Die Transaktionszeit (Transaction Time) bezeichnet den Zeitpunkt, an dem ein Sachverhalt in der Datenbank gespeichert wurde. Man spricht hier von Zeitstempeln. Diese Speicherung kann also niemals in der Zukunft liegen.

Auch das winfwiki ist so aufgebaut, dass eine Versionierung der Seiten nach Zeitstempeln mit Autorangabe abgerufen werden kann. Dies ist ein Beispiel für Transaktionszeitstempelung.

3.5.3 Bitemporale Datenhaltung

Die bitemporale Datenhaltung bezeichnet den Zustand, mit dem Gültigkeits- und Transaktionszeiten zeitbezogen gespeichert werden. Somit können "zeitbezogene Informationen verwaltet und eine vollständige Historisierung der Daten sichergestellt werden".^[14]Die Zustände einer Information bleiben erhalten. Sowohl Benutzer- als auch Systeminformationen werden gespeichert.

Die zeitbezogene Datenverwaltung kann im Smart Home angewendet werden. Über die Datenbank können die zeitgestempelten Informationen mittels einer Softwareanwendungen zur Verfügung gestellt werden. Die Softwareanwendung kann wie Folgt programmiert werden: Der Energieversorger sendet die Strompreise, gestaffelt nach Tages- und Nachtzeit. Die Software nutzt die Information, um automatisch zu erkennen, wann der Preis am günstigen ist. Diese Information nutzt die Anwendung, indem sie ab dem Zeitpunkt des günstigsten Preises, Wasch- und Spülmaschine startet. Die Information über den Zustand der Wasch- und Spülmaschine muss mit zeitbezogenen Daten an die Anwendungssoftware gesendet werden. Bei der Abfrage der Datenbank kann in der Vergangenheit festgestellt werden, "wie der Zustand der Information in unserem System zum Zeitpunkt y war".^[15]Damit könnte eine Fehleranalyse gestartet werden.

Das Projekt I-Home- LAB der Hochschule Luzern in der Schweiz hat sich dem oben gennanten Waschmaschinen-Strom-Szenario ebenfalls gewidmet.

Quelle: http://partner.1to1energy.ch/bkw_fmb/de/home/kundenservice/energieeffizienz/ihomelab.html

3.6 Schnittstellen

Während die Verbindungstechnik eine physikalische Ende-Ende-Verbindung beschreibt, definiert die Schnittstelle (engl. interface) die Art der Verbindung zwischen Hardware und Anwendungssoftware (ISO-OSI-Modell). In der Praxis wird hier beschrieben wie die Daten eines Akteurs, z.B. Raumthermometer, in die Datenbank geschrieben werden. Ein Temperatursteuerungsprogramm greift ebenfalls mittels Schnittstelle auf den abgelegten Temperatur-Datenbestand in der Datenbank zu und leitet Steuerungsimpulse an die angeschlossenen Heiz-/Kälte-Geräte weiter.

Das Problem, das sich bei Schnittstellen zeigt ist, dass zwei Systeme Daten austauschen müssen, ohne das die Systeme dieselbe Sprache sprechen. Es gibt unterschiedliche Schnittstellen:

Allgemeine Schnittstelle (engl. common interface) Benutzerschnittstelle (engl. user interface) - Beispiel Mensch - Waschmaschine Datenschnittstelle (engl. data interface) - Beispiel Datenübermittlung Hardwareschnittstelle (engl. hardware interface) - Beispiel PC und Drucker Netzwerkschnittstelle (engl. network interface) - Schnittstelle zwischen Netzwerkkomponenten Softwareschnittstelle (engl. software interface) - Schnittstelle zwischen Softwareprogrammen

Diese Thematik zeigt, dass alle mit der Smart-Home-Datenbank verbundenen Geräte über Schnittstellen verbunden sein müssen.

3.6.1 Anwendungsübergreifende Aktionen

Von anwendungsübegreifenden Aktionen spricht man, wenn z.B. Daten der Haushaltsgeräte sowohl untereinander als auch über verschiedene Schnittstellen kommunizieren können. Kein Anwendung soll eine Insellösung darstellen. So sollte zum Beispiel der Kühlschrank auch mit dem I-Pod bedient werden können. Jedoch trifft hier die Schnittstellen-Problematik zu: Jeder Anbieter von Smart-Home-Lösungen benutzt seine eigenen Schnittstellen, ohne einen offenen und gemeinsamen Standard zu definieren.

3.6.2 Anforderungen an Anwendungen

Da es sehr viele Applikationen auf dem Markt gibt, die von unterschiedlichen Herstellern entwickelt wurden und es diesbezüglich keinen einheitlichen Standard der Schnittstellen gibt, ist es wichtig, dass es eine oder mehrere normierte Schnittstelle gibt über die Applikationen kommunizieren können.

3.6.3 Beispiele

Als Beispiel für Schnittstellen in einem Smart Home sind Folgende zu nennen:

• IT-Netzwerk
• Telefonnetzwerk
• Datennetzwerk
• Radio/Fernsehen
• Breitbandkabel
• TV-Satelittenanlage
• Heizung
• Lüftung
• Fenster und Türen
• Beschattung
• Sprechanlage
• Wetterstation

3.7 Datennutzung

Die gesammelten Daten der vernetzten Geräte können mit einem Zeitstempel versehen werden und auf einem zentralem Server abgelegt werden.

Der intelligente Kühlschrank kann zum Beispiel speichern wann der Bestand an Milch, Brot, Butter zu neige geht und wie daraus in Zukunft abgeleitet werden kann wann der nächste Einkauf ansteht. Die mobile Nutzung spielt dabei eine wesentliche Rolle. So kann der Hausbesitzer zum Beispiel per Handy abfragen was gekauft werden muss. Voraussetzung ist hier die Einführung der RFID-Technologie bei Lebensmitteln, die aber sicherlich nur eine Frage der Zeit ist.

Es heisst in dem Zusammenhang von Datennutzung "Finde Gold in deinen Daten. Diese Leitmaxime entstammt dem Data-Warehouse Konzept, das oben beschrieben ist. Dabei sollte eine themenorientierte, zeitbezogene und dauerhafte Sammlung von Informationen zur Entscheidungsunterstützung stattfinden. Diese gewonnen Daten heisst es in einen Kontext zubringen.

Nach Enmon gibt es vier Kernmerkmale von Datenbanken:

1. Themenorientierung Die Themenfelder im Smart Home sind vielfältig. Orientiert man man sich auf die wesentlichen Themen bleiben übrig:

• a) Wirtschaftlichkeit
• b) Hausarbeit und Alltagsorganisation
• c) Information und Kommunikation
• d) Versorgung, Pflege und Betreuung
• e) Bildung und Ausbildung
• f) Unterhaltung und Freizeit
• g) Sicherheit
• h) Mobilität

2. Vereinheitlichung Die Daten stammen aus verschiedenen Anwendungen (Geräten) und Datenbanken. Sie müssen für eine Strukturierung vereinheitlicht werden, um später auf konsistente und integrierte Datenbestände zurückgreifen zu können.

3. Zeitorientierung Alle Daten sollen mit einem Zeitstempel versehen werden. Dies ist nötig um eine bewertbare Bezugsgöße bilden zu können. Die Dimension Zeit ist somit für eine Vor- und Rückschau auf die Daten wichtig. Daraus können Zukunftszenarien entwickelt werden.

4. Beständigkeit Die gesammelten Daten sollen über einen längeren Zeitraum gespeichert werden.

Beispiele der Gebäudeautomation:

• Heizung, Klimaanlage und Lüftungsanlage

Die Verschattung des Hauses spielt eine wesentliche Rolle bei dem Aspekt effiziente die Heizung und Klima- und Lüftungsanlage einzusetzen. Die Verschattung wird von der Sonnenscheindauer und dem Wind beeinflußt. Hier gilt es die Heizung bedatfsgerecht zu steuern, das heisst in abhnängigkeit vom aufnethalt des Bewohners in welchem Raum druch Sensoren und je nach Außentemaprattur.

• Beleuchtung

Hier kann man den Bedarf, aufgrund von abgelegten Daten, je nach Tages- und Jahreszeit erfassen. Dsnach kann man die Analyse durchführen und zum Beispiel die Außenbeleuchtungsdauer je nach Dunkelheit und Uhrzeit einstellen.

• Sicherheit

Anhand von außenliegenden Bewegungsmeldern, kann die Sicherheit erhöht werden. Die Kontzatkt eder Türen und fenster können so vernetzt werden, dass bei Bewegungen der Nachbar oder ein Wachdienst informiert wird.

• Zutrittskontrollsystem

• Alle Steuerungsvorgänge werden im Haus erfasst und angezeigt.

• Fernsteuerung

Sollen alle Anwendungen fernsteuerbar sein??

• Verbrauchsdatenerfassung

Stromzähler Gaszähler Wasserzähler Wärmezähler

Vorteile

• Reduktion des Energieverbrauchs durch Regelung des Stromverbauchs

• Eine-Berührung-Schalterkonfiguration: Eine vordefinierte Beleuchtungssituation wird druch Betätigen eiens Schalters erreicht.

• Sicherheit der Bewohner im Haus wird erhöht, durch Benachrichtigung bei auffälligem verhalten

Nachteile

• Höhere Anschaffungs- und Wartungskosten gegenüber herkömmlichen Gebäudeinstallationen
• Technikaffines Personal ist zur Wartung und Steuerung notwendig
• Austauschabre Komponenten noch nicht für jedes Gerät erhältlich, da die Hersteller eigene Standrda entwickelt haben.

3.8 Datenschutz/Sicherheit

Eine zentrale Überlegung in einem Smart Home ist, wie werden die gesammelten Daten sicher vor unbefugtem Zugriff geschützt? Hierzu stellt das BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) nützliche Informationen zur Verfügung^[16]. Hierbei ist ebenfalls zu beachten, ob das Smart Home einen Netzwerkanschluss ins Internet hat. Dies stellt auf der einen Seite einen grossen Vorteil dar. Denn über diesen Weg können beispielsweise Daten, die im Smart Home entstanden sind, einfach auf einen dezentralen Speicherplatz bei einem Servicegeber transferiert werden und somit ausserhalb des Smart Homes gesichert werden. Weiterhin hat das Smart Home die Möglichkeit über das Internet Systeminformationen an externe Firmen zu senden, um Fehler schnell an einen Servicegeber zu übermitteln. In der Praxis wird der Ausfall oder ein Störfall der Heizung direkt an die Heizungsinstallations-Firma weitergeleitet, so dass eine schnelle Reaktion erfolgen kann. Dieser Betrachtung stehen aber auch Nachteile gegenüber. Im Fall, dass die Verbindung zu einem externen Servicegeber ausfällt, kann eine Störmeldung nicht erfolgen. Bei einer Datenverbindung über das Internet ist auch ein ungewollter Zugriff Dritter von aussen auf das Smart Home möglich. Beispielsweise könnte eine Haustür über das angeschlossene Türschliess-System geöffnet und einer Person Zutritt zum Smart Home gewährt werden.

4 Ausblick

In der Wirschaft wird bereits stark nach Optimierungsansätzen geforscht. Insbesondere sind hiervon die Bereiche Beleuchtung, Heizung und Klimatisierung betroffen. Diese Bereich stellen einen hohen Anteil am Energieverbrauch eines Smart Homes dar und sind somit ein grosser Bereich, um Kosten für Energie einzusparen. In der Wirtschaft wird bereits daran gearbeitet, mehrer Smart Homes zu einer Smart Neighbourhood zusammen zu schliessen, um mit Hilfe von einem intelligenten Energie-Managementsystem, die vorhandenen Ressourcen optimaler nutzen zu können. Es wird ebenfalls in einer noch größeren Dimension gedacht. Hier existieren Vorstellungen, dass sogar ganze Smart Cities enstehen können.^[17]

5 Fazit

Zum aktuellen Zeitpunkt der Erstellung dieser Ausarbeitung "Datenhaltung im Smart Home" gibt es im Bezug auf die Datenhaltung keine kompakte Gesamtlösung für das Smart Home, die über einfache Schnittstellen sowie eine grosse Anzahl von elektronischen Steuerungssystemen verfügt. Ein großes Problem stellen die Hersteller von Anwendungslösungen dar, die es nicht wagen, offene und gemeinsame Schnittstellen zu entwickeln. So ist der Smart-Home-Markt auf bestem Weg ein Oligopol zu werden: Viele Nachfrager stehen nur wenigen Anbietern gegenüber.

Eine einfache Datenhaltung von ein oder mehreren Systemen in einem Smart Home wird heutzutage bereits praktiziert. Die Nutzung der erfassten Daten beschränkt sich meistens darauf, eine Systemvorgabe über die zur Verfügung stehenden Daten einzuhalten, indem das entsprechende System eine vordefinierte Aktion ausführt. Die Vorstellung, dass aus allen gesammelten Daten Synergieeffekte entstehen können, ist ein grosse Herausforderung für die Zukunft. Die Datenhaltung im Smart Home ist eine ganz zentrale Funktion, um die 3 Kernthemen:

• Zeit
• Energie
• Komfort

zu optimieren.

6 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
BSI	Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
DBMS	Datenbankmangementsystem
DBS	Datenbanksystem
EIB	European Installation Bus
EIB Association	Zusammenschluss führender Unternehmen in der Elektroinstallationstechnik
ISO	International Organization for Standardization
ISO/OSI	Referenzmodell zur Beschreibung der Netzwerkkommunikation
LON	Local Operating Network
Oligopol	Marksituation, wenig Angebot, viel Nachfrage
WPAN	Wireless Personal Area Network

7 Fussnoten

1. ↑ vgl. Werner Harke, C.F. Müller Verlag (2007)
2. ↑ vgl. Lerch (Elektrische Messtechnik 2006), S. 510ff
3. ↑ vgl. http://www.ip-symcon.de/wiki/index.php/1Wire-Bus-System
4. ↑ vgl. http://standards.ieee.org/getieee802/802.15.html
5. ↑ vgl. http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4-2006.pdf
6. ↑ vgl. Spitta/Bick (Informationswirtschaft 2008), S.152ff
7. ↑ vgl. Bodendorf (Daten-und Wissensmanagement 2003), S. 7
8. ↑ vgl. Spitta/Bick (Informationswirtschaft 2008), S.151
9. ↑ vgl. Bodendorf (Daten-und Wissensmanagement 2003), S. 30
10. ↑ vgl. Bodendorf (Daten-und Wissensmanagement 2003), S. 30
11. ↑ vgl. Hansen/Neumann (Wirschaftinformatik 1 (2001), S. 214
12. ↑ vgl. ISO http://www.iso.org/iso/home.htm
13. ↑ vgl. Das vernetze Haus, Markt und Technik Verlag, Ausgabe 10/2008
14. ↑ vgl. http://img.pte.at/files/binary/107.pdf, Seite 1
15. ↑ vgl. http://img.pte.at/files/binary/107.pdf, Seite 2
16. ↑ vgl. http://www.bsi.de/
17. ↑ vgl. http://w1.siemens.com/innovation/de/publikationen/zeitschriften_pictures_of_the_future/pof_herbst_2008/gebaeude/vernetzung.htm /

8 Literatur- und Quellenverzeichnis

Bodendorf, Freimut (2003)	Bodendorf, Freimut (2003): Daten-und Wissensmanagement, 1.Auflage, Springer, Berlin, Heidelberg, New York
BSI	BSI, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: http://www.bsi.de/
Das vernetzte Haus (2008)	Das vernetze Haus (2008): Markt und Technik Verlag, Ausgabe 10/2008
Hansen/Neumann (2001)	H.R.Hansen, G.Neumann(2001): Wirtschaftsinformatik 1, 8.Auflage, Lucius&Lucius, Stuttgart
Harke, Werner (2007)	Harke, Werner (2007): Vernetzung von Haustechnik und Kommunikationssystemen im Wohnungsbau, 1.Auflage, C.F. Müller Verlag
IEEE (2006)	Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE): http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4-2006.pdf
IP-Symcon	IP-Symcon: http://www.ip-symcon.de/wiki/index.php/1Wire-Bus-System
Lerch, Reinhard (2006)	Lerch, Reinhard (2006): Elektrische Messtechnik, 3. Auflage, Springer, Berlin, Heidelberg, New York 2006,S.510ff
Pressetext Austria (2008)	Pressetext Austria (2008): http://img.pte.at/files/binary/107.pdf
Richter, Edwin (2006)	Richter, Edwin (2006): SmartHome. Ein realisiertes Projektbeispiel: Ein realisiertes Projektbeispiel aus dem Wohnungsbau(Broschiert), 1.Auflage, Hüthig&Pflaum
Siemens (2008)	Siemens(2008): http://w1.siemens.com/innovation/de/publikationen/zeitschriften_pictures_of_the_future/pof_herbst_2008/gebaeude/vernetzung.htm
Spitta/Bick (2008)	Spitta,Thorsten; Bicks,Markus (2008): Informationswirtschaft, 2. Auflage, Springer, Berlin, Heidelberg 2008