Möglichkeiten der Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home

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Name des Autors / der Autoren:	Alexander Weber, Björn Blum, Marcel v. Stockum
Titel der Arbeit:	"Möglichkeiten der Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home"
Hochschule und Studienort:	FOM Essen

Inhaltsverzeichnis 1 Abbildungsverzeichnis 2 Tabellenverzeichnis 3 Abkürzungsverzeichnis 4 Einleitung 5 Konzept des Smart Home 5.1 Begriff des Smart Home 5.2 Anwendungen und Dienste 6 Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home 6.1 Allgemeine Grundlagen 6.2 Möglichkeiten der Integration 6.2.1 User Interfaces 6.2.2 Haushaltsperspektive 6.2.2.1 Single-Haushalt 6.2.2.2 Dual-Career-Familien 6.2.2.3 Seniorenhaushalte 6.2.3 Handelsperspektive 7 Technische Realisierung 7.1 Voraussetzungen 7.2 Umsetzung 8 Technologien 8.1 Drahtlose Technologien 8.1.1 WLAN 8.1.2 Bluetooth 8.1.3 RFID 8.2 Kabelgebundene Technologien 8.2.1 LAN/Ethernet 8.2.2 Breitband 8.3 Gebäudeautomations-Technologien 8.3.1 LON 8.3.2 BACnet 9 Sicherheit 9.1 Informationssicherheit 9.2 Datenschutz 9.3 Kommunikationssicherheit 9.4 Funktionssicherheit 9.5 E-Commerce 10 Fazit 11 Fußnoten 12 Literaturverzeichnis

1 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.	Abbildung
1	Vorgang eines Einkaufsprozesses
2	Übersicht User Interface für Einkaufsprozesse im Smart Home
3	Home Store
4	Kontext Übersicht
5	Framework Übersicht
6	Informations- und Verarbeitungssystem
7	Informations - Phasen
8	System execution environment
9	Aufbau WLAN
10	Peer2Peer Netzwerk
11	Client Server Netzwerk
12	LON / LNS als moderner, durchgängiger Systemstandard

2 Tabellenverzeichnis

Tabelle Nr.	Tabelle
1	Shopping Kontext

3 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
ADSL	Asymmetric Digital Subscriber Line
BSS	Basic Service Set
CPU	Central Processing Unit
DSL	Digital Subscriber Line
E-Commerce	Electronic Commerce
GHz	Gigahertz
IBSS	Independent Basic Service Set
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers
IPTV	Internet Protocol Television
ISM-Band	Industrial, Scientific and Medical-Band
IT	Informationstechnologie
LAN	Local Area Network
LON	Local Operating Network
LNS	LonWorks Network Services
MBit/s	Megabit pro Sekunde
OSI	Open Systems Interconnection
PC	Personal Computer
PDA	Personal Digital Assistant
RFID	Radio Frequency Identification
SDSL	Symmetric Digital Subscriber Line
SSID	Service Set Identifier
SQL	Structured Query Language
VDSL	Very High Speed Digital Subscriber Line
VoD	Video-on-Demand
WLAN	Wireless Local Area Network
WWW	World Wide Web

4 Einleitung

Mobilität und Unabhängigkeit sind Werte, denen heutzutage in verschiedenen Lebensbereichen eine zunehmende Bedeutung beigemessen wird und die daher vielfach zur Grundlage technologischer Entwicklungen gemacht werden. Vor allem für den Haushalt werden innovative Technologien entwickelt, die durch die Vernetzung unterschiedlicher Systeme und durch eine Schnittstelle zur Außenwelt neue Möglichkeiten für einen mobilen und unabhängigen Lebensstil schaffen sollen^[1]. Das Stichwort hierfür heißt Smart Home.

Während heutzutage noch viele Hausfunktionen und -dienste manuell und isoliert zu bedienen sind, entsteht durch Mikrosystemtechnik, Hausvernetzung und Dienstleistungen das Wohnen der Zukunft. Mit Smart Home werden Automatisierungsmöglichkeiten für den Haushalt geschaffen^[2]. Hierbei werden die derzeitig isolierten Inseln in eine Umgebung eingebetteter Systeme integriert, so dass diese Geräte in die Lage versetzt werden, die verteilten Informationen und Intelligenz eines Verbindungsnetzwerkes zu nutzen. Unterschiedlichste Informationen von Sensoren führen dabei die Signale, z. B. von Haushaltsgeräten und Kommunikationssystemen, zusammen. Durch ein derartiges Zusammenspiel von Schnittstellen wird die Umgebung eines Haushalts vollständig erfasst und intelligentes Verhalten der Geräteumgebung abgeleitet. Durch die Interaktion zum Menschen wird intelligentes Eigenverhalten geschaffen und somit individuelle Bedürfnisse der Personen im Haushalt identifiziert^[3].

In der Literatur wird vielfach diskutiert, wie Smart Home Hausfunktionen miteinander verknüpfen kann, um den Komfort, die Gesundheit und die Sicherheit des Haushalts zu erhöhen, ohne diesem dabei zur Last zu werden oder diesen zu überfordern. Als grundsätzliche Anforderung an Smart Home Anwendungen wird daher einerseits die Erfüllung der Bedürfnisse des Haushalts und andererseits eine benutzerfreundliche Bedienung gesehen. Denn erst wenn der Nutzen und der Mehrwert einer neuen Technologie, wie Smart Home, den Menschen überzeugen, wird diese Technologie angenommen. Die Akzeptanz bzw. Ablehnung entscheidet letztendlich über das Fortbestehen und die weitere Entwicklung einer Technologie^[1].

Ein Anwendungsbereich des Smart Home ist der Einkauf. Dieser spielt im Leben aller Menschen eine zentrale Rolle, da sich durch diesen physische Grundbedürfnisse wie die Nahrungsaufnahme befriedigen lassen, aber auch alle weiteren Waren angefangen bei Kleidung über Haushaltsartikel bis hin zu Unterhaltungsmöglichkeiten und Luxusartikel beziehen lassen. Im Folgenden soll untersucht werden, welche Möglichkeiten es zur Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home gibt und welchen Nutzen diese haben. Dafür wird zunächst das Konzept des Smart Home betrachtet. Einer Begriffserläuterung des Smart Home folgt die Darstellung der unterschiedlichen Anwendungsbereiche und Dienste. Anschließend werden die Grundlagen von Einkaufsprozessen beschrieben, um dann zu untersuchen, wie sich diese im Smart Home integrieren lassen sowie welche Bedeutung oder Implikationen die Integration aus Sicht des Haushalts und aus der Perspektive des Handels hat. Des Weiteren werden Möglichkeiten und Anforderungen der technischen Realisierung diskutiert und die Technologien im Einzelnen vorgestellt. Einer Erörterung der Sicherheitsaspekte folgt die Schlussbetrachtung.

5 Konzept des Smart Home

Aufgrund der Neuheit des Konzeptes des Smart Home sollen im Folgenden zunächst der Begriff des Smart Home sowie die Anwendungen und Dienste vorgestellt werden.

5.1 Begriff des Smart Home

Der Begriff „Smart Home“ stammt aus der englischen Sprache. Dabei bedeutet „smart“ „clever / intelligent“ und „home“ bezeichnet das „Zuhause / Heim“, so dass Smart Home Wort wörtlich als „cleveres / intelligentes Zuhause / Heim“ übersetzt werden kann^[4]. Vielfach wird in der deutschsprachigen Literatur hierfür der Ausdruck intelligentes Haus verwendet. Smart Home kann dabei gemäß dem Bundesverband für Informationswirtschaft Telekommunikation und neue Medien e.V. als „Ein Wohnbereich“ definiert werden, „ der Menschen im Alltag und bei ihrer Arbeit zuhause durch moderne Technologien und durch neue elektronische Dienstleistungen unterstützt." Durch die Integration von Technologien und Diensten in die häusliche Umgebung sollen vor allem die Lebensqualität, Sicherheit und die Kommunikationsmöglichkeiten mit der Außenwelt verbessert werden^[5].

Diese Hightech-Revolution wird ebenfalls mit den Begriffen intelligentes Wohnen (Smart Living), unterstütztes Wohnen (Assisted Living), Hausautomatisierung (Home Automation) oder vernetztes Haus umschrieben, die somit als Synonyme zu der Bezeichnung Smart Home interpretiert werden können. Teilweise wird der Begriff Smart Home auch als geschützter Markennamen verwendet. In den Vereinigten Staaten ist Smart Home beispielsweise ein Label für verschiedene Produktreihen^[1]. Im Folgenden wird der Begriff Smart Home ausschließlich im Sinne der Definition von dem Bundesverband für Informationswirtschaft Telekommunikation und neue Medien e.V. verstanden. Um Unklarheiten zu vermeiden und weil Smart Home der in der Literatur und Praxis meist gebräuchliche Begriff ist, wird trotz der vielen Synonyme nur dieser Verwendung finden.

5.2 Anwendungen und Dienste

Smart Home kann aufgrund seiner Vielzahl an Diensten in verschiedene Bereiche des häuslichen Lebens integriert werden. Den einzelnen Anwendungsgebieten wird dabei je nach Nachfragersegment eine unterschiedlich hohe Bedeutung beigemessen. Zu den Anwendungsbereichen des Smart Home gehören u.a. (1) die Sicherheit, (2) das Energiemanagement/-sparen, (3) der Komfort, (4) die Gesundheit, (5) die Unterhaltung und Kommunikation, sowie (6) der Einkauf^[6]. Dabei lassen sich keine klaren Grenzen zwischen den einzelnen Anwendungsgebieten ziehen, da ein Dienst des Smart Home unterschiedliche Anwendungsbereiche abdecken kann. Welche Anwendungen und Dienste in einem Haushalt zurVerfügung stehen, lässt sich durch Kombination der einzelnen Komponenten individuell gestalten.

Sicherheit kann im Smart Home durch verschiedene Dienste realisiert werden. Zum einem können durch eine Anwesenheitssimulation die Lichter und Rollläden so programmiert werden, dass sie nach Verlassen des Hauses entweder entsprechend gemachter Zeitvorgaben oder in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen geschaltet werden^{[7] [1]}. Zudem wird durch die Simulation eine Überwachung aktiviert, die bei dem Verdacht eines Einbruchs ein Alarmsignal an die örtliche Polizei oder einen Sicherheitsdienst sendet. Diese Überwachung erfolgt entweder über Kamerasysteme, die Bewegungen erkennen, oder über Sensoren im Haus, die beispielsweise bei Aufbrechen des Türschlosses oder des Fensterriegels einen Alarm auslösen^[2]. Andererseits kann der Haushalt auch durch den Einsatz eines Smartphones von jedem Ort außerhalb des Hauses und zu jeder beliebigen Zeit überwacht und gesteuert werden. So kann beispielsweise durch Vernetzung einzelner Einheiten im Haushalt eine Anfrage an die kommunizierende Schnittstelle gesendet werden, um zu prüfen, ob Elektrogeräte beim Verlassen des Hauses ausgeschaltet wurden. Sind die Geräte noch eingeschaltet, lassen sich diese über das Smartphone ausschalten^[1].

Hieran schließt sich das Anwendungsgebiet Energiemanagement und die Energieeinsparung an. Neben der Fernsteuerung von Elektrogeräten lassen sich z.B. auch die Heizanlage und damit der Energieverbrauch über das Smartphone steuern. Gerade in der heutigen Zeit ist das Thema der Energieeinsparung, verstärkt durch den häufig diskutierten Klimawandel und steigende Energiekosten, von zunehmender Bedeutung. Aus diesem Grund werden in Demonstrationshäusern Pilot- und Forschungsprojekte durchgeführt, in denen weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung geprüft werden. In einem Einfamilienhaus Projekt in der Schweiz, dem Future Life Haus, wird der Zeit beispielsweise die automatische Schaltung von Elektrogeräten, z.B. einer Waschmaschine, in Abhängigkeit von der Höhe des Stromtarifes getestet^[7].

Die genannten sowie weitere Fernsteuerungs- und Automatisierungsmöglichkeiten reduzieren den Aufwand und erhöhen damit den Komfort der Hausbewohner. Im Hinblick auf den Komfort stehen vor allem die Temperaturregelung und die Sonnenschutzfunktion im Vordergrund. Sensoren im Haus ermitteln bspw. die im Haus befindlichen Personen und sorgen für die Erreichung des gewünschten Klimas^[6].

Weitere Anwendungsbereiche sind die Gesundheit sowie die Unterhaltung und Kommunikation. Im Hinblick auf die Gesundheit bietet das Smart Home die Möglichkeit zur Fernüberwachung wichtiger Körperfunktionen, wie Puls, Blutdruck oder dem Blutzuckerspiegel, so dass bei auftretenden Risiken die Ärzte schnell informiert werden und eingreifen können. Unterhaltung und Kommunikation hingegen werden durch den Zugriff auf Audio-, Bild-, Video- und TV-Inhalte aus unterschiedlichen Quellen über verschiedene Geräte ermöglicht. Als Beispiele lassen sich hier das Home Cinema (Heimkino) sowie die Bildtelefonie über den Fernseher nennen^[6].

Zuletzt ist noch der Einkauf als Anwendungsgebiet des Smart Home zu nennen. Einkaufsprozesse lassen sich auf verschiedenen Wegen in das Smart Home integrieren. Diese Möglichkeiten sollen im Folgenden näher betrachtet werden.

6 Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home

Nachdem das Konzept des Smart Home erläutert wurde, sollen im Folgenden die Möglichkeiten der Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home betrachtet werden. Hierfür werden zunächst Einkaufsprozesse allgemein dargestellt worauf dann eine Betrachtung der technischen Möglichkeiten sowie der Anwendungen von Smart Home aus Sicht des Haushalts und aus der Perspektive des Handels folgt.

6.1 Allgemeine Grundlagen

Einkaufsprozesse lassen sich sowohl auf Unternehmensebene als auch auf Haushaltsebene betrachten. Grundsätzlich hat ein jeder Einkaufsprozess die optimale Materialversorgung bezüglich Art, Menge, Zeit, Qualität und Preis zum Ziel. Auf den Haushalt bezogen werden unter einem Einkaufsprozess alle operativen Tätigkeiten eines Haushalts, die mit der Überwachung und dem Abgleich des Vorrats sowie der Beschaffung im Rahmen der Versorgung mit Lebensmitteln und Waren verbunden sind, verstanden^[8].

Der Ablauf eines Einkaufsprozesses ist in Abbildung 1 dargestellt. Er beginnt mit der Analyse der Ist-Situation, z.B. mit der Erfassung des Vorrats eines bestimmten Lebensmittels. Dieser wird dann mit dem erwünschten Bestand abgeglichen. Bei einer negativen Abweichung wird der Bedarf durch die Beschaffung gedeckt. Der Einkaufsprozess wird mit der Bezahlung der Ware abgeschlossen. Jeder einzelne Schritt des Einkaufsprozesses wird mit der Zielsetzung der Optimierung des Preis- Leistungsverhältnisses durchgeführt.

Während früher der Einkauf vorwiegend durch den Hausbewohner selbst in einem Geschäft erledigt wurde, nehmen heutzutage durch den Fortschritt der Technik die Möglichkeiten zu, einzelne oder mehrere Stufen des Einkaufsprozesses von zuhause aus zu steuern. So kann beispielsweise durch die Katalog-Bestellung und das Online-Shopping, d.h. durch den Kauf von Waren über das Internet, die Ware telefonisch oder elektronisch bestellt werden und wird dann bis zur Haustür geliefert. Im Rahmen von Smart Home lassen sich diese Schritte beispielsweise auch über den Fernseher abwickeln. Die Technik ist sogar schon so weit, dass der ganze Einkaufsprozess im Smart Home automatisiert werden kann. Der Hausbewohner selbst wird hierdurch entlastet und muss weniger von seiner Freizeit für den Einkauf investieren^[1]. Im Folgenden soll dies näher erläutert werden.

6.2 Möglichkeiten der Integration

In diesem Kapitel sollen die verschiedenen User Interfaces im Smart Home betrachtet werden und der Einkaufsprozess im Smart Home aus Sicht des Haushalts und des Handels dargestellt werden.

6.2.1 User Interfaces

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home. Wie ein Einkaufsprozess integriert wird, entscheidet der Haushalt entsprechend seiner Bedürfnisse sowie seiner finaziellen und häuslichen Situation. Eines haben die verschiedenen Einkaufsmöglichkeiten jedoch gemeinsam. Sie werden über ein sogenanntes „User Interface“, d.h. über eine Benutzerschnittstelle zur Interaktion, vom Anwender bedient. Als User Interfaces zur Integration von Einkaufsprozessen bieten sich im Smart Home: (1) Fernseher, (2) Telekommunikationsgeräte, wie das Smartphone, (3) Computer, wie das Notebook und der Personal Digital Assistant (PDA), (4) Haushaltsgeräte, wie Kühl- und Medizinschränke sowie (5) herstellerspezifische Smart Home Entwicklungen an. In Abbildung 2 wird dargestellt wie über diese User Interfaces der Einkaufsprozess gesteuert werden kann.

Der Fernseher verfügt im Smart Home durch Vernetzung mit dem Internet über weitere als die herkömmlichen Dienste, die unter anderem zur Durchführung von Einkaufsprozessen genutzt werden können. Die hierfür erforderliche Technologie ist das Internet Protocol Television (IPTV), das die Übertragung von Inhalten über das Internet auf das Fernsehgerät ermöglicht. Dafür wird eine Set-Top-Box an den Fernseher angeschlossen und zugleich mit dem Telefonanschluss verbunden. Der Nutzer kann dann durch Interaktion über die Fernbedienung die Inhalte beeinflussen und Services in Anspruch nehmen^[5][9].

Einige große Konsumer-Marken wie z. B. Otto, Amazon und eBay bieten bereits eigene Angebote auf IPTV-Plattformen an, um so direkte Endkunden-Beziehung aufzubauen. Die Bewohner des Haushalts können mittels Fernbedienung im aktuellen Katalog des Versandhauses blättern und bei Gefallen die Ware direkt bestellen und liefern lassen. Eine weitere Möglichkeit einen bequemen Einkaufsprozess über IPTV abzuwickeln, ist das sogenannte Video-on-Demand (VoD), das den Einkauf von Filmen, Dokumentationen und Konzerten in Online-Videotheken über IPTV bezeichnet. Der Anwender kann hier über die Fernbedienung das Angebot einer Online-Videothek, z. B. nach Kategorien, Darstellern oder Hitlisten geordnet, sichten. Bei Gefallen kann der Anwender die Videos, über seine Fernbedienung gesteuert, einkaufen und diese sofort oder zu einen späterem Zeitpunkt starten. Der Bezahlvorgang wird bequem über die nächste Abrechnung des jeweiligen Providers des Internetanschlusses abgewickelt. Anbieter von VoD sind unter anderem Arcor, Alice, Videoload oder die ZDF Mediathek^[5][9].

Über das Fernsehgerät lässt sich zudem die Verbindung zu einem virtuellen Supermarkt herstellen. Auf diese Weise kann der Anwender einen virtuellen Rundgang durch den Supermarkt machen oder vordefinierte Produktkategorien auswählen und sich so bis zum gewünschten Produkt durchklicken. Benötigte Produkte können hier über die Menütasten der Fernbedienung in den Warenkorb gelegt werden. Nach Abschluss des Einkaufs werden die bestellten Produkte vom Lieferservice des Supermarktes direkt bis zum Kühlschrank geliefert ^[5]. Der Einkauf von Produkten über den Fernseher ist des Weiteren über Bildtelefonie möglich. Hier wird über den Fernseher ein Kontakt zu einer Telefonzentrale des Anbieters aufgebaut, bei der dann die einzelnen Produkte bestellt werden können^[10].

Hieran schließen sich die User Interfaces in Form von Telekommunikationsgeräten und Computern an. So kann z. B. über ein Smartphone oder einen PDA eine Einkaufsliste erstellt werden, die dann an einen Online Supermarkt übertragen wird. Der Lieferservice des Supermarktes liefert die benötigten Produkte bequem nach Hause. Zudem lässt sich das bereits in Kapitel 6.1 beschriebene Online-Shopping von weiteren Waren, wie Möbel oder Kleidung über Telekommunikationsgeräte und Computer realisieren^[11].

Mittels eines intelligenten Kühlschranks können die Bewohner ihre Lebensmitteleinkäufe voll automatisieren. Hierfür programmieren die Bewohner über ein Touch Screen oder eine andere Eingabeoberfläche am Kühlschrank ihre Wunschliste der Lebensmittel ein, die immer vorrätig sein sollen. Alle Lebensmittel im Kühlschrank sind mit einem Radio Frequency Identification Chip (RFID) ausgestattet. Über diese RFID Chips wird der Kühlschrank in die Lage versetzt, Informationen, wie z. B. Art, Menge, Preis, Verfallsdatum, etc. über die Produkte abzurufen. Wird beispielsweise der Mindestbestand der Milch oder das Mindesthaltbarkeitsdatum eines Produktes erreicht, erfolgt entweder umgehend eine Bestellung beim zuvor definierten Online Supermarkt oder das Produkt wird auf die Einkaufsliste gesetzt. Falls erwünscht, ist die Einkaufsliste von den Bewohnern beliebig erweiterbar^[7].

Eine weitere ähnliche Möglichkeit der Automatisierung von Einkaufsprozessen, ist der intelligente Medizinschrank. Die Medikamente im Medizinschrank sind wie beim intelligenten Kühlschrank mit einem RFID-Chip ausgestattet. Dadurch ist dieser in der Lage, zu erkennen, welche Medizin den Mindestvorrat erreicht oder das Mindesthaltbarkeitsdatum überschritten hat. In diesem Fall wird die Bestellung bei einer Online Apotheke ausgelöst. Die Lieferung erfolgt per Post, da hier aufgrund der Verpackungsgrößen und Beschaffenheit der Produkte keine besonderen Ansprüche an die Lieferform bestehen. Die Rechnungsstellung und Bezahlung wird ebenfalls online abgewickelt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass eine vollkommene Automatisierung dieses Prozesses nur bei rezeptfreien Medikamenten möglich ist ^[5].

Vielfach werden Smart Home Interfaces auch herstellerspezifisch entwickelt, und sind keiner der vorher genannten Kategorien direkt zuordenbar. So wurde beispielsweise vom Hersteller XNet ein Gerät, das sogenannte Home Store, entwickelt, dass alle Artikeldaten eines Supermarktes speichern kann. Auf diese Weise können verschiedenste Artikel direkt von zu Hause aus, aus einem elektronischen Katalog mittels Auswahl am Touch-Screen oder durch einscannen der Artikeldaten eines im Haushalt noch vorhandenen Produktes, beim Supermarkt bestellt werden^{[12] [7]}.Diese Möglichkeit zur Abwicklung eines Einkaufprozesses besteht auch durch andere Geräte wie z. B. durch das Smartphone^[11].Wie genau ein Einkaufsprozess über die hier vorgestellten User Interfaces abgewickelt werden kann wird im Folgenden aus der Haushaltsperspektive dargestellt.

6.2.2 Haushaltsperspektive

Ein Haushalt wird heutzutage als ein Zusammenleben mehrerer oder auch nur eines Menschen in einer räumlich definierbaren Einheit verstanden. Die Basis bildet dabei, ausgenommen von Single-Haushalten, das gemeinsame Wohnen und Wirtschaften sowie die soziale Interaktion der einzelnen Haushaltsmitglieder. In der neoklassischen Theorie gilt der Haushalt als Ort des Konsums^[13]. Die in einem Haushalt lebenden Bewohner haben verschiedene Ansprüche und Bedürfnisse die auf die unterschiedlichen Wohnsituationen zurückzuführen sind. Dabei hat z. B. ein Single-Haushalt andere Ansprüche als ein Seniorenhaushalt. Welche verschiedenen Haushaltstypen es gibt und welche Bedürfnisse und Ansprüche werden später noch genauer betrachtet.

6.2.2.1 Single-Haushalt

Der typische Single-Haushalt hat kaum feste Muster im Tagesablauf. Ein hoher Grad an Flexibilität und variable Tagesabläufe kennzeichnen diesen. Das strukturierende Element ist die Berufstätigkeit. Das Interesse an einer Haushaltsorganisation ist eher nebensächlich. Dies wird unterstrichen durch häufige Nutzung von Services wie z. B. von Essen-Bringdiensten oder des Versandhandels. Des Weitern stehen die Pflege von sozialen Kontakten und die Integration von Unterhaltung, Multimedia und Kommunikation im Vordergrund^[14].

Für Single-Haushalte eignet sich aus diesen Gründen zur Durchführung von Einkaufsprozessen vor allem das in Kapitel 6.2.1 beschriebene IPTV, denn über dieses ist es dem Bewohner eines Single-Haushaltes möglich alle diese Bedürfnisse zu befriedigen. So kann er über die Bild-Telefonie Bringdienste beauftragen, mit der Fernbedienung durch Kataloge des Versandhandels navigieren und zu seiner Unterhaltung Videos aus einer Online-Videothek bestellen. Gleichzeitig lässt sich diese Art von User Interface auch zur Kommunikation und Pflege von sozialen Kontakten nutzen sowie zu einem Multimedialen Home Entertainment Center erweitern.

Sicherlich kann ein Single-Haushalt auch die anderen in Kapitel 6.2.1 vorgestellten User Interfaces in seinem Smart Home integrieren. Berücksichtigt man jedoch, dass in Single-Haushalten oft weniger selbst gekocht wird, ist es fraglich, ob sich dort die Investitionen beispielsweise für einen intelligenten Kühlschrank lohnen. Der Einsatz dieser User Interfaces ist vielmehr für Dual-Career-Familien ratsam.

6.2.2.2 Dual-Career-Familien

Für Familien mit Kindern, in denen beiden Elternteile berufstätig sind, steht besonders die Zeit- und Arbeitsersparnis im Vordergrund. Bei den sogenannten Dual-Career-Familien ist der wichtigste Bezugsrahmen die Familie und die gemeinsame Interaktion. Dabei ist der Alltag strukturiert und flexibel zugleich. Einerseits kennzeichnet er sich durch gemeinsame Mahlzeiten zu bestimmten Tageszeiten und andererseits erfordert er ein Stück Improvisation und Flexibilität, um den meist unterschiedlichen Bedürfnisse der Bewohner gerecht werden zu können^[14].

Aufgrund der Anforderungen an Zeit- und Arbeitsersparnis und der finanziellen Möglichkeiten durch die zwei Gehälter, eignen sich für Dual-Career-Familien wie bereits angedeutet vor allem der intelligente Kühlschrank und herstellerspezifische Geräte wie der Home Store. Gerade der Kühlschrank steht beim täglichen Konsum in einem Familienhaushalt im Vordergrund. In Studien wurde beispielsweise erwiesen, dass der Kühlschrank morgens das erste und abends das letzte Gerät ist, das in einem Haushalt genutzt wird^[1].

Der Einsatz eines intelligenten Kühlschranks zur Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home wird ebenfalls im Future Life Haus in der Schweiz getestet. Dabei ist die Technik mittlerweile so weit, dass der Kühlschrank Lebensmittel verschiedener Supermärkte miteinander vergleichen kann und dadurch Sonderangebote beim Einkauf der gewünschten Lebensmittel berücksichtigt. Des Weiteren kann der Kühlschrank als zentrale Anlaufstelle und Mittelpunkt des gesamten Hauses über Schnittstellen mit dem gesamten Haus verbunden werden, so dass sich die mit dem Kühlschrank verbundenen Einheiten ebenfalls über diesen steuern lassen^{[1] [7]}.

Über herstellerspezifische Geräte wie dem Home Store kann zunächst eine elektronische Einkaufsliste erstellt werden. Die benötigten Produkte können dabei entweder aus einem umfangreichen elektronischen Katalog, der täglich aktualisiert wird, am Bildschirm ausgewählt oder über den Barcode von noch vorhandenen Artikeln, bzw. deren leeren Verpackungen z.B. bequem am Frühstückstisch von einem der Hausbewohner eingescannt werden. Nachdem der gescannte Artikel gefunden wurde, erscheint das Produktbild mit Beschreibung und Preis auf dem Bildschirm und kann in die elektronische Einkaufsliste aufgenommen werden. Diese Informationen werden dem Anwender natürlich auch bei der Auswahl der Produkte aus dem elektronischen Katalog angezeigt. Statt einem einfachen Katalog kann hier auch über das Touch-Screen ein Art Rundgang durch den Supermarkt simuliert werden. Der virtuelle Supermarkt ist dabei wie jeder andere Supermarkt an der Ecke aufgebaut. Dem Anwender werden zunächst unterschiedliche Warengruppen angezeigt. Über die Berührung des Bildschirms kann er dann z. B. die Fleisch- und Wurstwarenabteilung und als Unterkategorie die einzelnen Fleisch- oder Wurstwaren auswählen. Mit einer „Finger-Tap“ kann die gewünschte Ware aus der Theke entnommen werden. Auf dem Bildschirm erscheint dann die genaue Produktbeschreibung mit Größenangabe und Preis. Der Anwender muss nun nur noch die gewünschte Menge angeben. Sind alle gewünschten Produkte auf die Einkaufsliste gesetzt worden, können diese durch Knopfdruck in den Warenkorb gelegt und die Bestellung ausgelöst werden. Die Lebensmittel werden nun von einem Lieferservice zum gewünschten Termin direkt ins Haus geliefert^{[1] [7]}.

6.2.2.3 Seniorenhaushalte

Im Alter zuhause wohnen zu bleiben, ist für viele Menschen ein wichtiges Anliegen. Sie wollen so lange wie möglich ein eigenständiges Leben führen und nicht auf andere angewiesen sein. Eigenständiges Wohnen bedeutet für sie Unabhängigkeit und stärkt ihr Selbstbewusstsein. Jedoch können viele alltägliche Aufgaben im Haushalt wie z. B. Rollläden herunter zu lassen oder einkaufen zu gehen, für Senioren zu unüberwindbaren Problemen werden^[1], so dass gerade sie von den vielen Anwendungsmöglichkeiten des Smart Home profitieren könnten. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Steuerbefehle einfach und keinerlei technische Kenntnisse erforderlich sind, da ältere Menschen oft Angst bzw. Scheu vor dem Umgang mit neuer Technik haben^[15].

Im Hinblick auf die Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home eignet sich daher für Senioren vor allem das IPTV, denn die Bedienung eines Fernsehers ist für die meisten Senioren nichts Neues und die Zusatzfunktionen wie Bildtelefonie oder der Einkauf in Online-Supermärkten können durch die einfache Menüführung schnell erlernt werden. Zudem gibt es für Senioren extra Fernbedienungen mit großen und übersichtlich angeordneten Bedientasten, so dass sie diese besser erkennen können. Mit Hilfe dieser Fernbedienung können sie beispielsweise durch einen Online-Supermarkt navigieren und einen virtuellen Rundgang durch diesen simulieren, so dass sie die Möglichkeit haben auch neue Produkte und Angebote kennen zu lernen. Gleichzeitig wird ihnen auf diese Weise auch eine ähnliches Kauferlebnis vermittelt, wie sie es von ihren früheren Einkäufen beim Supermarkt um die Ecke gewohnt waren.

Durch Nutzung des Bildtelefons können Senioren ebenfalls Lebensmittel oder Medikamente einkaufen sowie einen Essen-Bringservice in Anspruch nehmen und Botengänge beauftragen. Auf diese Weise kann bequem vom Fernsehsessel aus z.B. das Mittagessen bestellt werden. Das Essen wird dann wohl temperiert direkt an den Mittagstisch geliefert. Die Versorgung mit warmen Mahlzeiten wird bereits von mehreren Einrichtungen und Dienstleistern angeboten. Um den Senioren den ganzen Vorgang zu erleichtern, wurde in einem Projekt namens SOPHIA eine zentrale Stelle eingerichtet, über die die Senioren alle diese Services beauftragen können und somit lediglich einen Ansprechpartner haben. Die SOPHIA Zentrale hingegen steht mit einer Vielzahl von Service Partnern in Verbindung, an die sie die Wünsche der Senioren weiterleitet, so dass eine vollständige und gute Versorgung der Senioren gewährleistet werden kann^[16]. Da ältere Menschen oft eine Vielzahl an Medikamenten benötigen, eignet sich für diese auch die Nutzung eines intelligenten Medizinschranks, der bereits in Kapitel 6.2.1 beschrieben wurde.

In dem Forschungsprojekt SENTHA (Seniorengerechte Technik im häuslichen Alltag) der TU Berlin können Senioren in Musterwohnungen diese und weitere Smart Home Anwendungen testen. Auf diese Weise verlieren die Senioren ihre Scheu vor der Technik und gleichzeitig können Erfahrungswerte gesammelt und Optimierungserfordernisse aufgezeigt werden, so dass die Anwendungen besser an die Bedürfnisse der Zielgruppe angepasst werden können. Berücksichtigt man, dass der Anteil der alternden Bevölkerung, der sogenannten „Best Agers“, in den nächsten Jahren weiter steigen wird und dass die Alterung der Bevölkerung zu den gravierendsten gesellschaftlichen Veränderungen gehört, erscheint die gezielte Entwicklung von Smart Home Lösungen für ältere Menschen vielversprechend. Aktuellen Modellrechnungen zur Bevölkerungsentwicklung des statischen Bundesamtes zufolge wird der Anteil der 65-Jährigen und Älteren von heute 19,8 % auf 31,8 % bis 33,2 % im Jahre 2050, je nach Wanderungsannahme, steigen. Diese Verschiebung der Altersstruktur setzt sich für das Jahr 2050 weiter fort. So werden 2050 die Altersjahrgänge der etwa 60-Jährigen am stärksten vertreten sein, der Anteil der 80-Jährigen wird dann höher sein als der Anteil der Neugeborenen^[17].

6.2.3 Handelsperspektive

Vor der Zeit des Online-Shoppings gehörte das Einkaufen in Supermärkten und anderen Geschäften für viele Menschen zur täglichen Routine. Untersuchungen zum Käuferverhalten zufolge wurden von einem Konsumenten im Durchschnitt zwei bis fünf verschiedene Geschäfte in einer Woche aufgesucht. Die gesamte wöchentliche Einkaufszeit betrug dabei 1,5 Stunden^[18]. In der Regel suchten die Konsumenten immer die gleichen Geschäfte für den Einkauf bestimmter Produktgruppen auf, so dass sich in ihrem Kaufverhalten ein Muster kennzeichnete. Mit der Kommerzialisierung des Online-Shoppings beginnt eine Differenzierung des Kaufverhaltens. Den Menschen wird im Internet eine weitaus größere Produktpalette geboten. Des Weiteren können sie m Internet Produkte vergleichen und so günstigere und qualitativ hochwertigere Produkte suchen, die genau ihren Bedürfnissen entsprechen. Demzufolge geht das oben beschriebene Muster des Kaufverhaltens zunehmend zurück. Die Konsumenten sind nun in der Lage, über die Grenzen ihres Heimatlandes hinaus, Produkte, auf ihre individuellen Wünsche abgestimmt, einfach und bequem zu erwerben^[19].

Die Möglichkeiten, die das World Wide Web (WWW) mit sich bringt, haben auch Einfluss auf die Strategien des Handels. Durch die Veränderung des Käuferverhaltens ist es für die Händler zwingend erforderlich sich dem Markt anzupassen. Händler können ihre Ware beispielsweise im Internet über einen Online Shop anbieten oder diese auf einer Homepage den potenziellen Kunden präsentieren. Die Konsumenten können sich so bereits vor dem Kauf über die Produkte bequem von zuhause aus informieren und im Falle eines Online Shops die Ware direkt im Internet bestellen. Der Kauf von Waren bezieht sich derzeit vorwiegend auf Waren wie Kleidung, elektronische Geräte, Spielzeug, etc. Das Angebot von Lebensmitteln hingegen ist noch nicht so umfangreich, da die Lieferung vor allem von frischen Lebensmitteln aufgrund ihrer Verderblichkeit problematischer ist und viele Händler noch nicht über ein etabliertes Liefersystem verfügen. Einige wenige Händler, z.B. Bofrost oder Eismann, haben sich auf die Zustellung von Tiefkühlkost spezialisiert, aber auch Feinkosthändler machen über das Internet bereits einen respektablen Umsatz^[19]. Sollte sich die Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home weiter durchsetzen, werden vor allem Lebensmittelhändler, die bisher nur stationären Handel betreiben, eine Online-Strategie entwickeln müssen.

Verfolgt ein Händler eine Online-Strategie bzw. verkauft er seine Ware ausschließlich im Internet, kann er die Kosten für die Verkaufsfläche einsparen und gleichzeitig aufgrund der weiten Verbreitung des Internets einen größeren Kundenkreis ansprechen. Die weite Verbreitung des Internets bedeutet aber auch, dass der Händler einer stärkeren Wettbewerbssituation ausgesetzt ist und gleichzeitig der Aufbau einer persönlichen Kundenbeziehung erschwert wird^[19]. Zudem erfordert die Verfolgung einer Online-Strategie einen hohen technischen Aufwand. Wie sich Einkaufsprozesse im Smart Home technisch realisieren lassen, soll im Folgenden dargestellt werden.

7 Technische Realisierung

Um ein Projekt welches zunächst durch verschiedene Phasen der Planung und Entwicklung führt umzusetzten, kommen die Projektmitglieder nicht um eine spätere technische Realisierung der zuvor erfolgten Planung herum. So ist es zwingend erforderlich die entsprechend benötigten Ressourcen einzuplanen, welche in den späteren Phasen des Projektes eingesetzt werden sollen. Zu den benötigten Ressourcen gehören unter anderem das Personal bzw. die Mitarbeiter, welche die eigentliche Konfiguration des späteren Systems vornehmen, die Hardware, die programmierte oder aber auch gekaufte Software sowie diverse Anbindungen und Schnittstellendefinitionen. Diese Informationen werden im weiteren Verlauf der technischen Realisierung auf eine allgemeine Basis gebracht. Ziel ist es also die unterschiedlichen Anwendungen und Endgeräte in einem System zu kombinieren, um eine Interaktion zu gewährleisten, die die zuvor definierten Absichten des Projektes realisiert.

Innerhalb einer technischen Realisierung werden also zuvor beschriebene Prozesse sowie die zu verwendende Hard- und Software praktisch eingesetzt. Es werden verschiedene Endgeräte, Protokolle, Informationen, etc. aufeinander abgestimmt, um eine reibungslose Interaktion der im Verbund stehenden Endgeräte zu ermöglichen. Des Weiteren muss die verwendete Software explizit für das eingesetzte System konfiguriert werden. In diesem Kapitel werden die zu verwendenen Komponenten und Endgeräte als auch die softwaretechnischen Mittel beschrieben, welche für den Ablauf und die letztendliche Abwicklung eines Einkaufprozesses bzw. Produktvorschlag innerhalb eines Smart Home benötigt werden.

7.1 Voraussetzungen

Damit eine technische Realisierung stattfinden kann, sollte zu Beginn zunächst definiert werden, welchen Grundcharakter die Technik vor allem im Hinblick auf die Informationstechnologie (IT) mit sich bringen muss. Um ein Grundegerüst zur Erstellung einer IT- Landschaft, eines IT-Systems zu konstruieren sind folgende Punkte unerlässlich ^[20].

• Mikroelektronik
• Hardware
• Software
• Verbindungstechnik
• Hierarchie / Organisation

Diese Komponenten bilden den Grundbaustein einer IT- Landschaft. In einem Smart Home wird von dem Grundcharakter der IT allerdings mehr erfordert. So wird von der Art und Weise der Kommunikation und Datenaufbereitung innerhalb eines Smart Home ein hoher „Intelligenzgrad“ erwartet. Man spricht hier von einem sogenannten „intelligentem Netz“, dieses "intelligente Netz" sollte theoretisch folgende Vorraussetzungen erfüllen:

• Austausch von Daten ermöglichen
• Prozesse lenken bzw. steuern
• Eingaben der Benutzer prüfen und richtige Eingaben akzeptieren
• Informationen an interne sowie externe Teilnehmer übermitteln
• Lernfähigkeit
• Kompatibilität

Im Umkehrschluss bedeutet dies das folgende Gegebenheiten nicht zutreffen dürfen:

• Datenfehler produzieren
• Lenkfehler erzeugen
• Richtige Eingaben als falsch deklarieren
• Fehlinformationen liefern
• Inkompatibilität

Innerhalb eines Smart Home werden nun, wie bereits in der Einführung erläutert, unterschiedliche Geräte auf informationstechnischer Basis in einem großen Netzwerk zusammen geführt. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass diese Geräte auch mit externen Anwendungen und Kommunikationsgeräten Informationen austauschen können. Außerdem müssen entsprechende Informationen und Daten anhand einer jeweils zutreffenden Priorisierung erfasst und verarbeitet werden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, arbeiten seit Anfang der neunziger Jahre diverse Unternehmen und Stiftungen kontinuierlich an einem überall verbreiteten allgemein gültigen „Modell“ / Protokoll, um sicherzustellen, dass die Interaktion der diversen Haushalts-, und Elektronikgeräte auf einen allgemeinen Standard gebracht werden können. Es lässt sich prinzipiell leicht nachvollziehen, dass die Entwicklung eines standadisierten Protokolls, welches mit den unterschiedlichen Haushaltsgeräten wie Fernseher oder Kühlschrank diverse Informationen austauschen und interagieren soll, eine ziemlich komplexe Struktur mit sich bringt. Nach unterschiedlichsten Ansätzen, welche diese Kompabilität verschiedener Gerätetypen gewährleisten sollen, wurde von der Firma ECHELON das LON (Local Operating Network) entwickelt. Der Aufbau eines LON wird in Kapitel 8.3.1 dargestellt.
In den weiteren Entwicklungsphasen wurde das LNS (Lonworks Network Services) eingeführt. Das LNS wird für das Management von Netzwerken in einer Client Server Architektur eingesetzt, insbesondere in LON- Umgebungen. Hier wird auf einem Server eine zentrale Datenbank gepflegt, auf welche die jeweiligen Clients über das Netzwerk zugreifen. Dies ermöglicht mehreren Softwarewerkzeugen die Parametrierung von LON- Geräten oder Clients und gewährleistet den simultanen Einsatz.^[1].

Als ein praktisches Beispiel kann das „MovHome“ Projekt genannt werden^[21]. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Optimierung von Ressourcen, der Wahrnehmung und Kommunikation zwischen Menschen sowie den jeweiligen Endgeräten, Analyse von Interaktionen in den Wohngebieten durch Benutzung von Sensoren um dadurch den entsprechenden automatisierten Ablauf zwischen Mensch und Maschine zu schaffen. Um diese Interaktion zu ermöglichen ist der sogenannte Kontext ein wichtiger Bestandteil. Die Struktur des Kontexts wird in Abbildung 3 erläutert. Dieser ist in zwei Hauptkategorien unterteilt, welche wiederum drei Unterkategorien beinhalten. Im Laufe der Zeit werden die Informationen von jeder Kategorie kontinuierlich gesammelt und ausgewertet.

Der Kontext ist eine Situation bzw. Umgebung in welcher sich ein Gerät oder Anwender befindet und wird durch einen eindeutigen Namen identifiziert. Dieser hat bestimmte Eigenschaften und jeder Eigenschaft werden bestimmte Werte zugewiesen.

Die menschliche Kategorie ist zum einen unterteilt in Benutzerinformationen, hier werden die Gewohnheiten, der Emotionszustand sowie physische Zustand eingegliedert. Zur sozialen Umgebung zählen soziale Interaktion sowie Gruppendynamik. In den Aufgaben werden Pflichtaufgaben, generelle Ziele und spontane Aktivitäten festgehalten. Die physikalische Umgebung beinhaltet Standortinformationen wie die absolute Position oder auch die relative Position. Die generelle Umgebungs- Bedingung erfassen Lärm, Licht und Druck. Letztendlich werden bei den physikalische Gegebenheiten bzw. der Infrastruktur die wesentlichen Merkmale wie Kommunikation, Berechnung als auch die Leistung beschrieben^[22].

7.2 Umsetzung

Um Online-Shopping in einem Smart Home zu ermöglichen, wird das bereits erwähnte und oben beschriebene System des Kontexts eingesetzt. Die entsprechenden Informationen werden zunächst anhand der nachfolgenden Tabelle gesammelt.

Klassifikation	Information
Gruppen Information	Gruppen Identifikation, Gruppen Information
Produkt Identifikation	Produkt Identifikation, Produkt Information
Zeit	Zeit Information
Wetter	Wetter Information
Standort	Standort Information
Anwender Identifikation	Anwender Identifikation, Anwenderinformation
Werbeinformation	Werbe Identifikation, Information
Service Provider Information	Service Provider Identifikation

Tabelle 1 Shopping Kontext^[22]

Die Art und Weise der Informationsbeschaffung variiert anhand der jeweiligen Eigenschaft und Gruppenzuordnung. So werden Datum, Zeit und das Wetter in einem Hintergrundprozess beispielsweise über einen Zeitserver im Internet erfasst, wo hingegen andere Umstände, sprich benötigte Informationen durch Sensoren und „Tags“ (Etiketten, RFID) ermittelt werden. Damit diese Informationen nicht durcheinander geraten gilt es sie anhand einer festegelegten Ordnung in einer „Regeldatenbank“ zu hinterlegen. Für die Smart Home Umgebung wird die Regelanwendung „Drools“häufig eingesetzt^[23]. Die Verfahrensweise beläuft sich auf folgende Punkte:

• Erstellen einer Regeldatenbank anhand einer Regel- Datei
• Erstellen eines Speicherbereiches
• Zuweisung des Arbeitsspeicher
• Verwenden der Regeln um das entsprechende Ergebnis geliefert zu bekommen

Die Klassifizierungen, welche anhand der oben angegebenen Tabelle eruiert wurden, werden stetig verglichen, um gegebenenfalls die jeweiligen Informationen zu erneuern bzw. zu korrigieren. Weitergehend wird geprüft ob die Informationen, welche zuletzt eingegangen sind auch die abschließenden Waren und der jeweilige Auftrag damit komplettiert ist.

Um eine katalogisierte Datenaufbereitung zu realisieren wird ein Model benötigt. In Abbildung 5 wird der entsprechende Datenfluß dargestellt, welcher die jeweiligen Kontextinformationen verarbeitet.

Die Produktgruppe sammelt und verwaltet die im Smart Home bereitgestellten Produkte. Das Datenerfassungs- und Filterungs Management sortiert die von der Produktgruppe erhaltenen Informationen. Die zwischengelagerte Leseeinheit ermittelt die jeweils zugehörige Produkt Identifikationsnummer und Eigenschaften. Diese werden an den Daten Integrations Manager weitergeleitet. Des Weiteren werden im Daten Integrations Manager die Informationen des Service Provider und des „Official Information Management“ zusammen gefasst und letztendlich wieder der Produktgruppe zur Verfügung gestellt. Es werden also in der Produktgruppe diverse Informationen hinterlegt, welche den Kern des gesamten Informationsflusses darstellen. Unter anderem wird zum Beispiel, die Weckzeit, die Arbeitszeit, sowie Essenszeit gespeichert um entsprechende Verhaltensweisen und Konsumgüter bestimmen zu können. Anhand dieser und bestehender Daten können den jeweiligen Konsumenten die auf sie am besten abgestimmten Produkte angeboten bzw. präsentiert werden^[18].

Die gesammelten Informationen könne wie folgt verwendet werden. Zunächst werden Sie in zwei unterschiedliche Systeme aufgeteilt. Zum Einen in das Informations- und Verarbeitungssystem wie hier in Abbildung 6 dargestellt.

In diesem System werden die Informationen, welche vom Smart Home übertragen bzw. angefragt werden sowie die jeweiligen Produkte betreffen, gesammelt und aufbereitet. Diese Daten werden nun gefiltert und mit denen des entsprechenden Service Providers verglichen. Ziel dieser Prozedur ist es die Produktinformationen des Service Providers an das Smart Home weiterzuleiten und ein entsprechendes Angebot zu erstellen. Hierzu werden dem Service Provider die Kontext- sowie Produktinformationen übermittelt und dienen als eine Basis, um den Konsumenten das auf ihren Bedarf angepasste Produkt anbieten und liefern zu können. Im letzten Schritt werden den Konsumenten im Informationssystem die entsprechenden Angebote über den Heimzugang "Home Gateway" zur Verfügung gestellt. Diese Informationen können dem Smart Home Anwender auf unterschiedliche Weise zugänglich gemacht werden. So besteht die Möglichkeit die entsprechenden Informationen diversen unterschiedlichen Endgeräten bereitzustellen. Dazu gehören beispielsweise Handy, PC, oder auch der Fernseher^[18].

Um die oben erwähnten theoretischen Mittel in die Praxis umsetzen zu können, werden diverse Hardware Komponenten benötigt. Im Folgenden soll die technische Umsetzung anhand der Studie "A study on applying context-aware technology on hypothetical shopping advertisement" ^[18] erläutert werden. Hier wird ein System simuliert, welches den Ablauf und die Organisation beim Kauf von Kleidung innerhalb eines Smart Homes dargestellt. In der Studie wurden RFID Tags, eine Postgre SQL Datenbank, sowie die TIP700Cm Plattform verwendet^[24]. Die TIP Plattform erfasst die aufkommenden Daten und übermittelt diese an die Postgre SQL Datenbank. Von dort werden die Daten aufbereitet und an ein im System angeschlossenes Ausgabegerät, zum Beispiel den Monitor, übermittelt. Die Informationen über die Kleidung wurden mittels eines RFID- Chips simuliert und mittels eines RFID Readers ausgelesen. Sobald diese Daten erfasst wurden, kann das System dem jeweiligen Smart Home Anwender verschiedene Produktinformationen liefern. So wurden die Daten des jeweiligen Anwenders erfasst, um z. B. die Lieblingsspeisen zu ermitteln. Anhand dieser Informationen ist es dem System möglich, diese mit den Angeboten (Informationen) des jeweiligen Anbieters zu vergleichen und speziell auf die Vorlieben des Konsumenten einzugehen. Jene Informationen werden allerdings nicht nur einem Anbieter zugeteilt, sondern können an eine beliebige Anzahl von Anbietern verteilt bzw. übermittelt werden ^[18].

Durch diese Art und Weise des Datenaustausches ist es möglich für den individuellen Smart Home Anwender ein Profil zu erstellen, welches seine Lebensgewohnheiten und Bedürfnisse widerspiegelt. Vielmehr können ihm so personalisierte Angebote gemacht werden, welche auf sein vorheriges Kaufverhalten abgestimmt sind. Ein zeitnahes Beispiel hierfür ist Amazon ^[25]. Dieser Online- Dienstleister speichert in seinem System die von den Kunden zuletzt erworbenen Produkte und bietet ähnliche oder aktuellere Produkte aus den Produktsparten, Produktgruppen als Kaufvorschlag an. Dadurch wird erreicht, dass den Konsumenten bei Zugriff auf den Service die personalisierten Angebote unmittelbar bereitgestellt werden und sich die Konsumenten nicht erst durch den zuvor beschriebenen riesigen "Dschungel" an Angeboten im World Wide Web schlagen müssen.

8 Technologien

Im Smart Home treffen mehrere Technologien aufeinander. Unter Anderem die sogenannten drahtlosen- und die sogenannten kabelgebundenen Technologien. Für die Anbindung von festen Installationen bietet sich der Einsatz von kabelgebundenen Technologien an. Der Einsatz von mobilen Endgeräten bzw. der Zugriff von unterwegs, erfordert Arten der drahtlosen Anbindung. Je nach Einsatzgebiet ergeben sich häufig Kombinationen dieser beiden Technologien im Smart Home.

8.1 Drahtlose Technologien

Heutzutage sind drahtlose Technologien kaum noch weg zu denken - sei es zuhause, im Büro oder unterwegs. Drahtlose Netze bieten bspw. einen kostengünstigen, effizienten Ersatz für aufwendiges Verlegen von Kabeln und schaffen durch Ad-hoc Vernetzung per Funk Freiheiten, Mobilität, Komfort und Flexibilität. Drahtlos bedeutet, dass die Übertragung von Informationen mittels elektromagnetischer Wellen wie bspw. Funk oder Infrarot-Licht zwischen den kommunizierenden Stellen stattfindet. Durch die gewonne Mobilität entstehen jedoch auf der anderen Seite sicherheitsrelevante Probleme, welche im Kapitel Sicherheit weiter behandelt werden. Im Folgenden werden die drei Technologien WLAN, Bluetooth und RFID, sowie deren Einsatzfelder vorgestellt^[26].

8.1.1 WLAN

Ein Wireless LAN (WLAN) beschreibt ein drahtloses, lokales Funknetzwerk. In einem WLAN werden Endgeräte also nicht physikalisch, also mittels Verkabelung, sondern mittels Funkverbindung verbunden. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, ein WLAN aufzubauen: Zum Einen den sogenannte AD-hoc-Modus und zum Anderen den sogenannte Infrastruktur-Modus. In dem Ad-hoc-Modus, auch als Independent Basic Service Set (IBSS) bezeichnet, werden zwei oder mehr Endgeräte direkt miteinander verbunden. Im sogenannten Infrastruktur-Modus, auch als Basic Service Set (BSS) bezeichnet, werden zwei oder mehr Endgeräte über einen zentralen Verbindungspunkt, einem sogenannten Access Point, verbunden. Dieser Access Point fungiert als Schnittstelle (Wireless Bridge) zu einem lokalen-, kabelgebundenen Netzwerk, auch als koppelndes Netzwerk (Distribution System) bezeichnet. Zur Indentifikation eines WLANs werden sogenannte Service Set Identifier (SSID) zur Benennung und Unterscheidung von WLANs genutzt^[26].

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), ein gemeinnütziger technischer Berufsverband, befasst sich unter anderem mit der Standardisierung von Funknetzwerken und hat in den letzten Jahren mehrere WLAN-Standards entworfen und weiterentwickelt. Der erste Standard wurde im Jahre 1997 unter der Bezeichnung IEEE 802.11 veröffentlicht. In erster Linie werden in den Standards die Zugriffe über die ersten zwei Schichten des OSI-Referenzmodells, der Bitübertragungsschicht (Physical Layer) und der Verbindungs-/Sicherheitsschicht (Data Link Layer), definiert. Damals waren mit dem ersten 802.11-Standard lediglich Bandbreiten von 1-2 MBit/s möglich^[26].

Moderne drahtlose WLANs ermöglichen heutzutage Bandbreiten von bis zu 540 MBit/s (IEEE 802.11n) und arbeiten bei einer Funkfrequenz von 2,4GHz (802.11g, 802.11b, 802.11n) oder bei einer Frequenz von 5 GHz (802.11a, 802.11n). Eine Vielzahl der heute verfügbaren Geräte unterstützt die sogenannte Dual-Band-Technologie zur größtmöglichen Kompatibilität, des weiteren sind die Standards abwärtskompatibel um auch hier eine möglichst hohe Kompatibilität zu gewährleisten^[26].

8.1.2 Bluetooth

Bluetooth wurde zur kabellosen Daten- und Sprachkommunikation zwischen IT-Geräten über kurze Distanzen im Jahre 1998 von der sogenannten Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelt. Die Sendungen von Daten erfolgt über das lizenzfreie ISM-BAND zwischen 2,402 und 2,480 GHz. Die etwas ungewöhnliche Namensgebung ist von Harald Blauzahn abgeleitet, der von 940 bis 981 König von Dänemark und maßgeblich an Vereinigungen von Teilen des heutigen Norwegens, Schwedens und Dänemarks beteiligt war - abstrahiert ist die Vereinigung auch Sinn und Zweck der Bluetooth-Technologie.

Man spricht bei Netzwerken über kurze Distanzen auch von sogenannten Wireless Personal Area Networks (WPAN) - ein Bluetooth-Netzwerk wird auch als Piconet bezeichnet. In einem solchen Piconet sind 255, davon 8 aktive, gleichzeitige Teilnehmer und Reichweiten von bis zu 10m, durch Verstärker sogar 100m, möglich. Mit Bluetooth Version 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) sind heutezutage sogar Datendurchsatzraten von bis zu 2,1 Mbit/s möglich^[27].

Zur Authentisierung bei der Verbindung von Geräten mittels Bluetooth dient das Challenge-Response-Verfahren. Ein forderndes Gerät, auch als Claimant bezeichnet, authentisiert sich gegenüber einem weiteren Gerät, auch als Verifier bezeichnet. Zur gegenseitigen Authentisierung wird ein Schlüssel, ein sogenannter Link Key, benutzt. Dieser Link Key wird in semipermanenter Form auf dem Gerät für spätere, erneute Sitzungen abgelegt, wohingegen ein temporär erstellter Key nach Beendigung der Session wieder verworfen wird. Diesere Link Key ist ein geheimer Authentisierungsschlüssel, der 128 Bit lang ist und sich aus der Geräteadresse(BD_ADDR), einer Zufallszahl(AU_RAND) und einer entweder durch den Anweder gewählten bzw. vorgegeben PIN errechnet wird^[26].

8.1.3 RFID

Die sogenannte Radio Frequency Identification (RFID) Technologie ist ein Verfahren zur automatischen Identifizierung über Funk. Grundsätzlich kennzeichnet RFID drei Eigenschaften – elektronische Identifikation, kontaktlose Datenübertragung und das Senden auf Abruf. Die elektronische Identifikation dient der eindeutigen Kennzeichnung von Objekten durch elektronisch gespeicherte Daten. Die kontaktlose Datenübertragung beschreibt das Auslesen dieser Identifikationen, welche am Objekt „angebracht sind“, über einen drahtlosen Funkfrequenzkanal. Die dritte Eigenschaft ist das Senden der Daten auf Abruf, d.h. Daten werden nur dann gesendet, wenn sie vom Lesegerät abgerufen werden.

Ein RFID System besteht aus einer Datenträger-Komponente und einem Erfassungs- bzw- Lesegerät. Die Datenträger Komponente, der Transponder (TAG), welche am Objekt wie bspw. der Verpackung oder der Ware selbst angebracht ist, kann drahtlos über Funk ausgelesen und beschrieben werden. Die gespeicherten Informationen enthalten eine eindeutige Identifikationsnummer und Daten über das Objekt selbst. Das Erfassungs-/Lesegerät besteht aus einer Lese bzw. Schreib-/Leseeinheit sowie einer Antenne. Das Erfassungs/Lesegerät dient also dem Auslesen von Daten des Transponders, aber auch der Erweiterung und der Weiterleitung der Daten an weitere Systeme wie bspw. der Automatensteuerung oder einem Computer zur weiteren Verarbeitung^[28].

Die RFID Technologie arbeitet auf unterschiedlichen Frequenzbereichen von Langwellen bis hin zum Mikrowellenbereich und nutzt unerschiedliche Speichertechnologie: Read-only, Read-Write. Die Stromversorgung der Komponenten kann sowohl aktiv, also mit eigener Stromversorgung, als auch passiv, ohne eigene Stromversorgung sein. Bei den Reichweiten der RFID Technologie, also der Entfernung von Transponder zu Erfassungs-/Lesegerät, unterscheidet man zwischen den sogenannten verschiedenen Coupling, also Verbindungs-Verfahren. Das Close-Coupling wird bei Reichweiten bis zu 1 cm, vor allem bei Sicherheitsrelevanten Anwendungen benutzt. Das Remote-Coupling ermöglicht Entfernungen von bis zu 1m, arbeitet mit induktiver Kopplung und wird bspw. zum Auslesen von kontaklosen Tieridentifikationsmarken benutzt. Bei Entfernungen von mehr als 1m setzt man das Long-Range-Coupling–Verfahren ein. Im passiven Modus sind so Entfernung von bis zu 3m und im aktiven Modus Entfernung von 15m und mehr möglich^[29].

RFID wird je nach Anwendungsbereich und Anforderung in unterschiedlichen Bauformen angeboten. So kann RFID bspw. als Glas-Injektat, Ohrenmarke bis hin zu Scheckkartenform sowie robusten, schlag-, hitze- und kältebeständigen Datenträgern genutzt werden. Bereits heute wird die RFID Technologie in Bereichen der Tieridentifikation, Behälteridentifikation, Abfallentsorgung und vereinzelt in Bereichen der eindeutigen Personenidentifikation sowie der Kennzeichnung von Waren eingesetzt. Siemens Business Services hat bereits in einem New Yorker Krankenhaus ein Pilotprojekt zur Identifikation von Personen mittels RFID Armband durchgeführt. Die Informationen des Armbands können vom behandelnden Arzt mittels mobilem Computer oder PDA ausgelesen werden. Ähnliche Einsatzfelder wären im betreutem Wohnen oder bei der Beschaffung von Medikamenten denkbar^[28]. Auch innerhalb eines Smart Home findet die RFID- Technologie diverse Einsatzfelder. So können die im Haushalt verwendeten Produkte wie Lebensmittel oder Kleidung mit RFID ausgestattet sein. Die Produkte werden von dem System eingelesen und gespeichert, wodurch die Möglichkeit besteht, weitere Bestellungen anhand der bereits vorhandenen Informationen detailliert zu spezifizieren.

8.2 Kabelgebundene Technologien

In großen Netzwerken werden heutzutage kabelgebundene Technologien eingesetzt, da diese zumeist höhere Sicherheit und weitaus höhere Datendurchsatzraten bieten. Im Folgenden werden die Bereiche Local Area Network und Breitband behandelt.

8.2.1 LAN/Ethernet

Ein Local Area Network (LAN) beschreibt ein Netzwerk aus mehreren Peripheriegeräten und/oder Computern innerhalb eines Gebäudes. Geräte eines Netzwerks sind in der Lage ihre Ressourcen (Daten, Funktionalitäten, Programme) gemeinsam zu nutzen. In einem Netzwerk unterscheidet man grundsätzlich zwischen einem Peer-to-Peer und einem Client-Server Netzwerk. In einem Peer-to-Peer Netzwerk sind alle Teilnehmer grundsätzlich gleichberechtigt und sowohl Client als auch Server. Diese Variante eignet sich lediglich für kleine Netzwerke^[30].

In einem Client Server Netzwerk muss man grundsätzlich zwischen der Anbieter- (Server), also der bereitstellenden Seite von Ressourcen, und der Benutzerseite (Client), also der nutzenden Seite von bereitgestellten Ressourcen, unterscheiden. In einem solchen Netzwerk werden die Ressourcen zentral von einem Server verwaltet. Man spricht auch von einem dedizierten Server. Moderne Client-Server Architekturen stellen heutzutage die Basis für viele Internetprotokolle, wie bspw. HTTP, SMTP, dar. Diese Variante eignet sich auch für große Netzwerke, da sie unter anderem Vorteile in den Bereichen der zentralen Datensicherung, der Ausfallsicherheit und der Administrierbarkeit bietet^[30].

Zur Vermeidung von Datenpaket-Kollisionen und zur Verbesserung des Datendurchsatzes wird die sogenannte Switched Ethernet Technologie eingesetzt, welche als zentralen Punkt einen Ethernet-Switch zur kontrollierten Paket-Vermittlung nutzt. Die Weiterleitung, der zunächst zwischengespeicherten Datenpakete erfolgt, über die im Header befindliche geräteeindeutige Netzwerkadresse (MAC-Adresse). Diese Form der Adressierung wird auch als Layer2-Switching bezeichnet. Adressinformationen, wie etwa IP Adressen, der Layer3-Schicht werden hierbei nicht berücksichtigt. Als Synonom für Ethernet Standards und standardisierten Spezifikationen steht der Standard IEEE 802.3^[31].

Die Übertragung der Daten erfolgt meist über sogenannte Twisted Pair Verkabelung aus Kupfer (bspw. CAT5), selten auch über Glasfaserverkabelung. Mit modernen Technologien sind heute mit Fast Ethernet Datendurchsatzraten von bis zu 100 MBit/s bzw. 1000 MBit/s und sogar 10 GBit/s im Gigabit Ethernet möglich. Aktuell wird an dem Standard IEEE P802.3ba, welcher 40Gb/s und sogar 100Gb/s Ethernets ermöglichen soll, gearbeitet.

8.2.2 Breitband

Ein sogenannter Breitband Internetzugang ist eine Internetanbindung mit einer recht hohen Bandbreite, also einem recht hohem Datendurchsatz und daraus resultierender hoher Geschwindigkeit. Die Bandbreite wird unterteilt in den sogenannten Downstream und dem sogenannten Upstream. Der Downstream beschreibt die Datenrate, welche aus dem Internet geladen werden kann (bspw. beim Download). Der Upstream beschreibt hingegen den Datendurchsatz in Richtung Internet, also das Senden von Daten ins Internet (bspw. Upload). Aktuell gibt es mehrere Technologien - an dieser Stelle seien ADSL, SDSL, VDSL genannt. Die Asymmetric Digital Subscriber (ADSL) Technologie beschreibt eine kupfergebundene Verkabelung mit der Bandbreiten von bis zu 16 Megabit pro Sekunde im Downstream bzw. 768 Kilobit pro Sekunde im Upstream möglich sind. Diese Variante ist gerade im privatem Bereich häufig anzutreffen. Bei der Symmetric Digital Subscriber Line Technologie (SDSL) handelt es sich ebenfalls um eine kupfergebundene Anbindung zum Internet, bei der jedoch Upstream und Downstream auf beiden Kanälen mit jeweils 8 Megabit pro Sekunde gleich hoch sind. Diese Variante wird häufig von Unternehmen mit hohem Datenaufkommen eingesetzt - bspw. Verlage oder Druckereien. Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ist die Bezeichnung eines Breitbandzugangs, der über Glasfaserleitungen angebunden ist. Mit dieser Art der Anbindung sind theoretisch bis zu 100 Megabit pro Sekunde im Downstream und bis zu 10 Megabit pro Sekunde im Upstream möglich. Diese Technologie eignet sich vor allem für multimediale Onlineangebote, wie Internet-TV, Videotelefonie oder Video on Demand und wird bereits heute schon in einigen Großstädten angeboten.

8.3 Gebäudeautomations-Technologien

Zurzeit existiert eine Vielzahl an inkompatiblen Gebäudeautomations-Standards und BUS Technologien. In den USA sind die Standards X10, LON - in Europa die Standards Konnex, BACnet, LON und in Japan der Echonet-Standard zu nennen. Im Nachfolgenden sollen kurz die in Deutschland verbreiteten Gebäudeautomations-Technologien LON und BACnet vorgestellt werden.

8.3.1 LON

LON steht für Local Operation Network und wurde um 1990 von der Firma Echelon entwickelt. LON ist ein Feldbus und wird größtenteils innerhalb der Gebäudeautomatisierung eingesetzt. Das Konzept von LON ermöglicht den neutralen Informationsaustausch zwischen diversen Geräten von unterschiedlichen Herstellern, welche im LON über einen Bus miteinander kommunizieren. Die Verwaltung übernimmt ein sogenannter Neuron- Chip. Dieser Chip besteht aus 3 8- Bit Mikroprozessoren, welche verschiedene Aufgaben übernehmen. So kontrolliert die Media- Access CPU die physikalische Verbindung zum Netzwerk. Die Network- CPU ist für die Kodierung, sowie Dekodierung der Daten innerhalb des Netzwerks verantwortlich. Letzendlich läuft aus der Application- CPU die vom Anwender programmierte Software. Das eingesetzte Kommunikationsprotokoll ist LonTalk und wird in den OSI- Schichten 2 - 7 eingestuft. Die softwaretechnische Verwaltung innerhalb eines LON wird von der sogenannten LonWorks Network Services (LNS) durchgeführt - eine Client-Server Architektur mit integrierter Datenbank. Um die jeweiligen Endgeräte zu parametrisieren sind diverse Netzwerkmanagementtools von unterschiedlichen Herstellern erhältlich. Zum Beispiel der LonMaker von Echelon^[1]. Eine Übersicht wie die unterschiedlichen Geräte miteinander in einem LON kommunizieren wird in Abbildung 12 dargestellt.

8.3.2 BACnet

Building Automation and Control Networks (BACnet) ist ein 1987 entwickeltes Kommunikationsprotokoll der American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). Ziel war dabei die Definition eines Kommunikationsprotokolls zur Überwachung, Regelung und für Energiemanagement von Gebäuden. BACnet arbeitet objektorientiert, d.h. BACnet stellt eine Vielzahl an Gebäudeautomations-Funktionen mit Hilfe eines universellen, IT-orientierten Baukastensystems bereit. Des Weiteren gestattet BACnet verschiedenste LAN-Technologien wie bspw. Ethernet und LonTalk. Mit dem im Januar 1999 veröffentlichten Standard (ANSI/ASHRAE 135a BACnet) ist die Kommunikation über das Internet Protokoll (IP) mittels LAN oder WAN Technologien möglich. Im Jahre 2003 wurde BACnet zum ersten Weltstandard für offene Kommunikation in Gebäudemanagementsystemen (DIN EN ISO 16484-5)ernannt. Die Technologie BACnet nutzt Interoperabilität, also die gegenseitige Kompatibilität von BACnet-Geräten und Systemen anderer Hersteller untereinander. BACnet ist ein herstellerunabhängiger und lizenzfreier Standard, welcher eine Vielzahl an Funktionen und Diensten zur Gebäudeautomation vereint. Anders als LON ist BACnet kein reines Bussystem, sondern ein einheitliches Grundverständnis für kommunikative und physikalische Verarbeitungs- und Grundfunktionen im Gebäudeautomationsbereich über eine "gemeinsame Sprache", bei der Geräte oder Systeme in Form von Objektansammlungen modelliert werden. Neben zahlreichen Objekteigenschaften, welche zum Teil optional sind, werden Nachrichten und Dienste definiert und nach dem Client-Server-Prinzip zwischen Geräten gesendet bzw. übertragen. Der Client fragt Daten am Server an, welche ggf. weiterverarbeitet werden. Objekteigenschaften müssen eine der drei folgenden Bedingungen (Conformance Codes) erfüllen: Read, Write oder optional erfüllen und halten Informationen über den Zustand für die weiteren Zugriffe mittels Diensten bereit. Die BACnet Dienste werden in fünf Gruppen aufgeteilt: Objektzugriff, Dateizugriff, Alarm- und Ereignisfunktionen, Geräte- und Netzmanagement und das Virtuelle Terminal. Der Objektzugriff beschreibt das Lesen eines Clients von Eigenschaften eines Objekts auf dem Server. Der Dateizugriff beschreibt das Lesen bzw. Schreiben von Dateien auf einem Gerät. Die Alarm- und Ereignisfunktion beschreibt das Senden von Benachrichtigungen nach Eintreten eines spezifischen Ereignisses. Das Geräte- und Netzmanagement kümmert sich bspw. um das Ein- und Ausschalten, sowie das Neustarten von Geräten oder Systemen nach Eintritt eines entsprechenden Ereignisses bspw. einer definierten Uhrzeit. Die fünfte Gruppe, der Virtuelle Terminal, ist eine Serviceschnittstelle, welche zu Wartungszwecken genutzt wird. Des Weiteren unterscheidet man sechs Interoperabilitätsbereiche. Die Gemeinsame Datennutzung, also die gemeinsame Nutzung von Daten und Informationen anderer Geräte. Die Alarm- und Ereignisverwaltung, also die Erzeugung und Sendung von Benachrichtigungen bei spezifischen Ereignissen, sowie die Quittierung von Ereignissen. Der Zeitplan, d.h. Steuerung von Ausgabeoperationen auf Zeit bzw. zu einer bestimmten Zeit oder einem bestimmten Datum. Die Trendaufzeichnung, also das Sammeln und Senden von Daten zur Laufzeit. Die Geräte- und Netzverwaltung, beschreibt die Steuerung und Weiterverarbeitung bzw. -Leitung von Daten und Statusmeldungen^[33].

9 Sicherheit

Intelligente Geräte im Smart Home greifen in der Regel in zentrale Lebensbereiche der Bewohner ein, daher ist das Thema Sicherheit von großer Bedeutung. Diese Geräte unterscheiden sich zum Teil sehr stark in Hinblick auf ihre Ein- und Ausgabemöglichkeiten, ihre Verarbeitungsverfahren und ihre sensorische Schnittstellen. Möglichst viele ihrer Verarbeitungsprozesse sollen automatisch und im Hintergrund ablaufen, so dass die Kommunikationswege aufgrund komplexer Umgebungen häufig nur schwer ersichtlich sind. Häufig führen Dezentralisierung von Infrastruktur, Diensten und Objekten zu einer nahezu unmöglichen Nachverfolgung der Datenspeicherungen. Prinzipiell wird im Smart Home häufig die Kommunikation über drahtlose Kommunikationswege abgewickelt, wobei diese grundsätzlich leichter zu manipulieren und auszuspähen sind als kabelgebundene Technologien, daher ist es von essentieller Bedeutung, dass dieser Informationssaustausch nur zwischen berechtigten Personen oder Objekten stattfindet. Grundsätzlich muss man bei der Betrachtung des Themas Sicherheit die Punkte Informationssicherheit, Datenschutz, Kommunikation und Funktionssicherheit differenzieren. Das Ziel der Authentizität, also der eindeutigen Identifikation von Personen, steht hierbei jedoch in Konkurrenz zu dem Wunsch nach Anonymität^[34].

9.1 Informationssicherheit

Der Schutz von Daten vor unbefugten Dritten wird auch mit dem Oberbegriff Informationssicherheit beschrieben. Die Sicherheitsziele im Bereich der Informationssicherheit lassen sich in die Klassen Vertraulichkeit, Integrität, Verbindlichkeit, Verfügbarkeit, Anonymität und Authentizität aufteilen.

Die Authentizität beschreibt die Echtheit und Glaubwürdigkeit einer Person oder eines Objekts. Diese ist über die eindeutige Identität und ihre charakterisierenden Eigenschaften überprüfbar. Zur Authentifikation von Benutzern werden verschiedenste Technologien eingesetzt. Die Eingabe des Passwortes ist eine Authentifikation-Variante, bei der sich der Benutzer gegenüber einem Endgerät mit einem persönlichen Schlüsselwort (Passwort) authentifiziert. Eine vereinfachte Variante des Passwortes ist die vierstellige Personal Identification Number (PIN), welche bspw. bei Bankautomaten zum Einsatz kommt. Des Weiteren gibt es biometrische Verfahren zur Authentifikation, bei der sich der Benutzer unter anderem mittels Fingerabdruck oder Iris-Scan authentifizieren muss. Zur automatischen Authentifikation kann die RFID-Technologie als automatisches Identifikationsverfahren eingesetzt werden.

Unter Anonymität versteht man die Veränderungen von personenbezogenen Daten, so dass der Bezug zu der eigentlichen Person nicht erkennbar bzw. ungewollt nachvollziehbar ist. Die eindeutige Authentifizierung steht also im Widerspruch zur Anonymität. Ein Kompromiss stellt die Pseudonomisierung dar, welche eine Art abgeschwächte Form der Anonymität darstellt. Bei der Pseudonomisierung werden personenbezogene Daten so sehr verändert bzw. verschleiert, dass sie der ursprünglichen Person nicht mehr direkt zugeordnet werden können, sondern nur noch einem Pseudonym. Die Verknüpfung von Pseudonym zu personenbezogenen Daten muss sicher und konsistent abgelegt werden, um vor Missbrauch geschützt zu werden.

Die Integrität von Daten beschreibt den Schutz vor unbemerkter Manipulation. Um Manipulation zu verhindern bedient man sich einem Verfahren mit sogenannten Prüfsummen. Diese Prüfsummen werden mittels eindeutiger Hashwerte gebildet und mit einem Referenzwert verglichen. Die bekanntesten Verfahren sind SHA1 und MD5. Stimmen Referenzwert und Prüfsumme überein, so ist davon auszugehen, dass die Daten valide sind.

Die Zugänglichkeit von Daten und Informationen durch befugte Personen oder Objekte ist Ziel der Vertraulichkeit. Diese wird in der Praxis durch symmetrische - und asymmetrische Verschlüsselungsverfahren realisiert. Gängige Verfahren des symmetrischen Verschlüsselungsverfahrens beruhen auf dem Advanced Encryption Standard (AES) bzw. dem 3DES-Verfahren. Im Bereich der asymmetrischen Verschlüsselung wird das sogenannte RSA Verfahren bzw. elliptische Verschlüsselungsverfahren eingesetzt, welche auf dem gleichem Sicherheitsniveau wie RSA weniger Rechenleistung zur Entschlüsselung benötigt. Bei einem symmetrischen Verschlüsselungsverfahren wird ein gemeinsamer, geheimer Schlüssel für die Verschlüsselung und die Entschlüsselung verwendet. Bei den asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren wird hingegen ein öffentlich zugänglicher Schlüssel (public key) zur Verschlüsselung verwendet und ein privater Schlüssel (private key) wird zur Entschlüsselung verwendet. Dieser private Schlüssel ist jedoch nur Befugten zugänglich.

Die Verbindlichkeit bedeutet, dass durchgeführte Aktionen nicht abgestritten werden können. In der Praxis wird dies durch digitale Signaturen und asymmetrische Kryptographie, also Verschlüsselung mit einem privatem und einem öffentlichem Schlüssel, realisiert. Die sogenannte Private Key Infrastructure (PKI) wird für die Verwaltung der öffentlichen Schlüssel bzw. zur Erstellung digitaler Zertifikate eingesetzt.

9.2 Datenschutz

Der Datenschutz beschreibt den Missbrauchsschutz von personenbezogenen Daten. Missbrauch bezieht sich auf das Auslesen oder Weiterleiten von Daten über eine Person. Diese Informationen können allgemeine Angaben zu einer Person beinhalten aber auch finanzielle Daten oder Angaben über die Gesundheit einer Person. Generell gilt bei der Kommunikation, dass das Aufeinandertreffen von Identitäten genauso vertraulich behandelt werden muss, wie das reale Aufeinandertreffen von Persönlichkeiten. Die Komplexität und die Dezentralisierung von Infrastruktur im Umfeld des Smart Homes erschwert es dem Benutzer zu überblicken, wo seine Daten gespeichert werden. Es muss gewährleistet sein, dass nur autorisierte, dritte Personen Zugriff auf diese sensiblen Daten haben. Mit der vertraulichen Nutzung und Verbreitung dieser Daten befassen sich mehrere zentrale Formen, wie bspw. der US Privacy Act von 1974, die EU-Direktive 95/46/, das Bundesdatenschutzgesetz, die OECD Richtlinien und das Bundesverfassungsgericht, welches in seinem Volkszählungsurteil von 1983 die "informationelle Selbstbestimmung" als Grundrecht anerkannt hat. Ziel dieser informationellen Selbstbestimmung ist die Kontrolle der Speicherung und Verbreitung von persönlichen Daten^[34].

9.3 Kommunikationssicherheit

Der Schutz vor Missbrauch bei der Kommunikation zweier oder mehrere Partner in einem Netzwerk wird unter dem Begriff der Kommunikationssicherheit zusammengefasst. Bei der Kommunikation kann es sowohl zu internen, als auch zu externen Zugriffen kommen. Die angestrebte Kommunikationssicherheit kann sowohl über die bereits erwähnten Verfahren der digitale Signatur und der Verschlüsselung umgesetzt werden, aber auch über den Einsatz von sogenannten sicheren Protokollen. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang das Secure Socket Layer (SSL) und das Transport Layer Security Protocol (TLS). Bei beiden kryptographischen Protokollen wird Authentizität und Vertraulichkeit bei der Kommunikation gewährleistet. Des Weiteren bietet die Sicherheitserweiterung IPSec, eine Weiterentwicklung des weitverbreiteten Internet Protokolls (IP), eine Verschlüsselung und die Möglichkeit der Authentifikation auf IP-Paketebene. Mit IP-Stack Erweiterung, dem uIP-Stack wird diese Lösung mit Hilfe eines ressourcenschonenden Stacks umgesetzt.

9.4 Funktionssicherheit

Der Bereich der Funktionssicherheit beschäftigt sich mit der Gewährleistung der Funktionalität eines Systems, also die Zuverlässigkeit eines Systems. Diese gewinnt umso mehr an Bedeutung, je mehr man von ihr abhängig ist. Im Bereich der Krankenüberwachung oder der automatisierten Lieferung von Medikamenten über moderne Technologien, kann der Ausfall des Systems im schlimmsten Fall lebensbedrohlich sein. Mangelnde Zuverlässigkeit führt auch zwangsläufig zu einer geringeren Akzeptanz und Misstrauen des Endanwenders gegenüber neuen Technologien, da dieser auf die Funktionsweise vertraut und sich zum Teil von ihr abhängig macht. Des Weiteren laufen viele Prozesse im Hintergrund äußerst komplexer Umgebungen ab und werden möglicherweise gar nicht vom Benutzer wahrgenommen oder erst dann wahrgenommen, wenn es bereits zu spät ist. Probleme mit der Funktionssicherheit müssen aber nicht zwangsläufig aus einem Fehler im System resultieren. Die fehlerhafte Benutzung des Systems muss ebenfalls berücksichtig werden. Ein ebenfalls nicht zu vernachlässigendes Problem ist die Stromversorgung von energieautarken Systemen. Zum Einen werden immer leistungsstärkeren Akku-Systemen entwickelt, zum Anderen werden Systeme entwickelt, die sich dem sogenannten Energy Harvesting bedienen, also einer nicht netzgebundenen Energiebereitstellung aus der Umgebung. Realisiert werden kann dies bspw. über Solarzellen, Piezokristallen, elektrische Spannung durch Temperaturunterschiede und dem Dynamoprinzip^[34].

9.5 E-Commerce

Der Begriff E-Commerce steht für Electronic Commerce und beschreibt die elektronische Geschäftsabwicklung. Bereits heute stellt das Internet einen zentralen Marktplatz für Waren- und Dienstleistungsangebote dar. Häufig wird dann auch das Medium Internet für die Bezahlung der erstandenen Leistung benutzt, was einige Sicherheitsrisiken birgt. Im elektronischen Handel findet man übliche Zahlungsvarianten wie Bezahlung mittels Kreditkarte, Nachname, Lastschrift oder Überweisung wieder. Auch die Variante der automatischen Bestellung von Waren durch das Smart Home folgt diesen Prinzipien. Bei der Bezahlung per Kreditkarte muss üblicherweise der Name des Karteninhabers, die Kreditkartennummer und das Ablaufdatum der Karte eingegeben und dem Anbieter über das Internet übermittelt werden. Zum Teil werden diese Informationen dann unverschlüsselt und theoretisch für jeden lesbar übermittelt^[35].

Der Zahlungsverkehr des Internets zeichnet sich grundsätzlich dadurch aus, dass die Bezahlung rein elektronisch durch den Austausch von Informationen stattfindet. Grundsätzlich muss dabei der Verlust der Vertraulichkeit in Betracht gezogen werde, d.h. das vertrauliche Daten (Absender, Zahlungsbeträge etc.) durch Dritte abgehört werden können. Des Weiteren kann es bei der Übermittlung einer Bestellung zu Fehlern oder Manipulationen kommen, was im allgemeinen als Verlust der Integrität bezeichnet wird. Aber auch technische Probleme können dazu führen, dass eine Bestellung nicht ordnungsgemäß abläuft, da bspw. ein Server eine Anfrage auf Grund von Leitungsproblemen nicht annehmen kann. In diesem Fall spricht man von einem Verlust der Verfügbarkeit. Auf der anderen Seite muss man aber auch mit der Gefahr von Angriffen durch Außentäter, also Angriffen auf Seiten des Anbieters und Missbrauch der dort abgelegten Informationen rechnen, sofern dieser sein System nicht ausreichend schützt. Weiterhin kann es auch zu Missbrauch der persönlichen Daten im Inneren bspw. familiären Bereich kommen, sofern weitere Personen Zugriff auf das System haben^[35].

Das Sicherheitsrisiko hängt also oft von vielen Faktoren ab. Zum Einen von dem Schutz des eigenen Systems vor Angriffsmechanismen von Außen, zum Anderen von dem Schutz des Systems auf Seiten des Anbieters. Das angestrebte Sicherheitsniveau des Anbieters ist immer auch eine ökonomische Frage und damit nicht im Einflussbereich des Kunden, abgesehen von der eigentlichen Wahl des Anbieters^[35].

Grundsätzlich sollten die drei Sicherheitsanforderungen (1) Kommunikationsabsicherung, (2) Überprüfung der Identität und (3) Sicherheit der Infrastruktur erfüllt sein. Die Kommunikationsabsicherung kann durch Integrationssicherung, also der Prüfung der übermittelten Daten bspw. mittels kryptographischen Prüfsummen oder durch spezielle Verschlüsselungen der vertraulichen Daten realisiert werden. Des Weiteren kann mit einem Empfangsquittungs-Verfahren gearbeitet werden, bei dem bspw. bei Transaktionen beweiskräftige Empfangsquittungen des Empfängers übermittelt werden, welche ebenfalls digital verschlüsselt werden^[35].

Die Überprüfung der Identität zweier Geschäftspartner wird üblicherweise durch sogenannte Challange-Response-Verfahren durchgeführt, bei der sich die Geschäftspartner mittels Austausch von Schlüsseln gegenseitig authentifizieren müssen. Auch hier kann wieder auf symmetrische und asymmetrische Verschlüsselungsverfahren zurück gegriffen werden^[35].

Bei der Sicherheit der Infrastruktur ist zu berücksichtigen, dass der Server des Anbieters jeder Zeit Angriffen ausgesetzt ist. Oft sind nur kurze Wartungsfenster oder Ausfallzeiten tolerabel. Weiterhin sollten sämtliche Aktivitäten auf einem Server revisionssicher und nachvollziehbar sein. Als technischer Ansatz wird in der Praxis häufig der Schutz von Verbindungen und Paketen mittels Firewalls realsiert. Des Weiteren sollte der Anbieter auf einen eingeschränkten Serverbetrieb mittels ausfallsicheren Systemen reagieren können^[35].

Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass der Kunde kein Fachwissen über die Risiken der elektronischen Geschäftsabwicklung vorzuweisen hat. Man kann den Kunden jedoch mittels Menüführung bei der Bestellabwicklung pro-aktiv auf das Thema sensibilisieren und gleichermaßen unterstützen^[35].

10 Fazit

Das Konzept des Smart Home kann als eine Hightech-Revolution verstanden werden, in der Technologien und Dienstleistungen in die häusliche Umgebung bzw. den Wohnbereich integriert werden, um Menschen im Alltag und bei ihrer Arbeit zuhause zu unterstützen sowie ihre Lebensqualität zu verbessern. Es hat sich gezeigt, dass die Dienste des Smart Home verschiedene Anwendungsbereiche, wie die Sicherheit, das Energiemanagement/-sparen, den Komfort, die Gesundheit, die Unterhaltung und Kommunikation sowie den Einkauf abdecken. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einkauf aufgrund seiner zentralen Bedeutung näher betrachtet.

Zur Integration von Einkaufsprozessen im Smart Home eignen sich grundsätzlich verschiedene User Interfaces. Ob Einkaufsprozesse über den Fernseher, Telekommunikationsgeräte, Computer, Haushaltsgeräte oder herstellerspezifische Smart Home Entwicklungen abgewickelt werden ist von den Ansprüchen und Möglichkeiten eines Haushalts sowie von Sicherheitsaspekten abhängig. Im Hinblick auf die Sicherheit in der Abwicklung von Einkaufsprozessen stehen insbesondere die Informations- Kommunikations- und Funktionssicherheit sowie der Datenschutz im Vordergrund. Für den Handel implizieren diese Entwicklungen vor allem eine Änderung des Käuferverhaltens und damit das Erfordernis der Anpassung ihrer Strategien.

Die Herausforderung eines Smart Home besteht letztendlich darin, unterschiedliche Dienste aus den einzelnen Anwendungsbereichen zu einem sinnvollen und funktionellen Gesamtsystem zu vernetzen und benutzerfreundliche Schnittstellen zu schaffen. Damit alle technischen Elemente reibungslos zusammenarbeiten, werden neben Hard- und Software vor allem offene Standards und übergreifende Partnerschaften der Gerätehersteller benötigt. Auf diese Weise könnten Angebotspakete gebündelt werden, aus denen Kunden entsprechend ihrer Bedürfnisse intelligente Lösungen für den Einkauf, die Sicherheit, das Energiesparen, etc. auswählen könnten. Inwiefern sich die Technologie des Smart Home durchsetzen wird, ist daher noch abzuwarten, denn erst wenn der Nutzen und vor allem der Mehrwert dieser Technologie die Kunden überzeugen, wird diese vollständig akzeptiert und kann sich zu einem Standard in der häuslichen Umgebung entwickeln.

11 Fußnoten

1. ↑ ^{1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11} Vgl. Heusinger, W. (2004), S. 7 ff
2. ↑ ^{2,0 2,1} Vgl. Schöpe, L. (2007)
3. ↑ Vgl. Dr. Wichert, R. (2007)
4. ↑ Vgl. Schmitz, M. (2006)
5. ↑ ^{5,0 5,1 5,2 5,3 5,4} Vgl. Picot, A. (2008)
6. ↑ ^{6,0 6,1 6,2} Vgl. Berncard, T. (2007)
7. ↑ ^{7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5} Siehe http://www.futurelife.ch
8. ↑ Vgl. Bender, C. (2008)
9. ↑ ^{9,0 9,1} Vgl. o. V. (2005)
10. ↑ Vgl. Hartung, R., Viets, R. (2005)
11. ↑ ^{11,0 11,1} Vgl. Schöpe, L. (2007)
12. ↑ ^{12,0 12,1} Siehe http://www.xdsnet.de
13. ↑ Vgl. Glatzer, W. (2004), S.77 ff.
14. ↑ ^{14,0 14,1} Vgl. Evers, J.(2006)
15. ↑ Vgl. Hampicke, M. (2002)
16. ↑ Siehe http://www.sophia-nrw.de
17. ↑ Vgl. Dorbritz, J. (2008)
18. ↑ ^{18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 18,5 18,6 18,7 18,8} Vgl. Seoksoo, K. (2008)
19. ↑ ^{19,0 19,1 19,2} Vgl. Römmelt, S. (2007)
20. ↑ Vgl. Schlich, E. (2001)
21. ↑ Vgl. Cook, D. (2003)
22. ↑ ^{22,0 22,1 22,2} Vgl. Schmidt, A. (1998)
23. ↑ Siehe http://www.jboss.org/drools
24. ↑ Siehe http://www.maxfor.co.kr/eng/en_sub5_2_1.html
25. ↑ Siehe http://www.amazon.com
26. ↑ ^{26,0 26,1 26,2 26,3 26,4 26,5} Vgl. Dr. Pütz, W. (2006)
27. ↑ Siehe http://german.bluetooth.com/Bluetooth/SIG/Default.htm
28. ↑ ^{28,0 28,1} Vgl. Finkenzeller, K. (2004)
29. ↑ Siehe http://www.rfid-ready.de/rfid-lese-und-schreibabstand.html
30. ↑ ^{30,0 30,1 30,2 30,3} Siehe http://www.rvs.uni-bielefeld.de
31. ↑ Vgl. Nocker, R. (2005), S. 100 ff
32. ↑ Siehe http://www.lno.de
33. ↑ Siehe http://www.samson.de
34. ↑ ^{34,0 34,1 34,2} Vgl. Kelter, H. (2006) S. 14 ff
35. ↑ ^{35,0 35,1 35,2 35,3 35,4 35,5 35,6} Vgl. o. V. (1999), S. 1 ff

12 Literaturverzeichnis

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