Smart Living - Effizienteres Wohnen durch den Einsatz von alltäglichen Technologien

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Namen der Autoren:	Dennis Pietrowsky, Christian Quernhorst, Thomas Rauprich, Thorsten Vendel
Titel der Arbeit:	"Smart Living - Effizienteres Wohnen durch den Einsatz von alltäglichen Technologien"
Hochschule und Studienort:	FOM Essen

Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 Abbildungsverzeichnis 3 Tabellenverzeichnis 4 Einleitung 5 Anwendungsfelder für effizientes Wohnen 5.1 Licht und Wärme 5.1.1 Beleuchtungsstrategien 5.1.2 Lichtbedürfnisse 5.1.3 Heizmöglichkeiten 5.1.4 Bedürfnisse beim Heizen 5.2 Sicherheit 5.2.1 Einbruchsschutz 5.2.2 Schutz vor Unfällen 5.3 Hausarbeit / Alltagsorganisation / Versorgung 5.4 Kommunikation 5.4.1 Häusliche Kommunikation 5.4.2 Kommunikation nach außen 5.4.3 Steuerung der Haustechnik 5.5 Unterhaltung 5.6 Effiziente Wege 6 Definition und Überblick von alltäglichen Technologien 6.1 Übertragungstechniken 6.1.1 LAN 6.1.2 WLAN 6.1.3 Bluetooth 6.1.4 Funksteckdosen 6.2 Steuerungsgeräte 6.2.1 Mobiltelefon 6.2.2 PDA 6.2.3 Personal Computer / Notebook 6.2.4 Homeserver 6.3 Sensoren 6.3.1 Bewegungsmelder 6.3.2 Temperatursensoren 6.3.3 Kontaktsensoren 6.4 Steuerungsgrundlagen 6.4.1 Anwesenheitserkennung 6.4.2 Kalendersteuerung oder Zeitsteuerung 6.4.3 Ablaufsteuerung 6.5 Hausautomationssysteme 6.5.1 Gira EIB 6.5.2 Jung KNX 6.5.3 C-Control 6.5.4 X10 7 Implementierung von alltäglichen Technologien zum Zweck des effizienten Wohnens 7.1 Gerätestati über Kontaktsensoren 7.1.1 Abgrenzung zur Nutzung von Kontaktsensoren 7.1.2 Beispiele zur integrierten Verwendung von Kontaktsensoren im alltäglichem Haushalt 7.1.2.1 Die Kühlschranklampe 7.1.2.2 Der Mikrowellenherd 7.1.3 Spezielle Verwendungsmöglichkeiten im Smart Home 7.2 Temperatursteuerung 7.2.1 Leistungsbandbreite von Temperatursteuerungen 7.2.2 Die Schmelzsicherung 7.2.3 Der Wasserkocher 7.2.4 Temperaturgesteuerte Heizungen 7.2.5 Wetterstationen 7.3 Zeitabhängige Gerätesteuerung 7.3.1 Abgrenzung der Zeitsteuerung 7.3.2 Echtzeitsysteme 7.3.3 Anzugverzögerte Zeitrelais 7.3.4 Zeitschaltuhren 7.3.5 Komplexe Zeitsteuerungen - Scheduling 7.4 Multimedia im gesamten Haus 7.4.1 Das multimediale Wohnzimmer 7.4.2 Die d-box 2 als Streaming-Client 7.4.2.1 Tuning der d-box 2 7.4.2.2 Streaming vom Homeserver zur d-box 2 7.4.2.2.1 Movieplayer 7.4.2.2.2 Audioplayer 7.4.2.3 Streaming von der d-box-2 zum Homeserver 7.4.3 Sound im gesamten Haus 7.5 Steuerung über einen zentralen Homeserver 7.5.1 Architektur des Servers 7.5.2 Fallbeispiel zur Steuerung von Funksteckdosen 7.5.2.1 Zeitabhängige Steuerung 7.5.2.2 Zustandsabhängige Steuerung 7.5.2.3 Manuelle Steuerung 7.5.2.4 Datenhaltung 8 Betrachung der Effizienz der eingesetzen Technologien 8.1 Investitionsaufwand 8.1.1 Erläuterungen zum Investitionsaufwand 8.1.2 Anschaffungskosten 8.1.3 Arbeitsaufwand 8.1.4 Mögliche Erweiterung 8.1.5 Zusammenfassung der Investition 8.2 Reduzierung laufender Kosten 8.2.1 Einsparpotentiale 8.2.2 Standby Betrieb 8.2.3 Reduktion der Beleuchtungskosten 8.2.4 Reduktion der Heizkosten 8.3 Erhöhung des Wohnkomforts 8.3.1 Erklärung zum Wohnkomfort 8.3.2 Reduktion des manuellen Aufwands 8.3.3 Erhöhung der Wohnqualität 8.3.4 Der gefühlte Wohnkomfort 9 Fazit 10 Fußnoten 11 Anhang 11.1 Literaturverzeichnis

1 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
A/V	Audio/Video
AC-3	Adaptive Transform Coder 3
CIFS	Common Internet File System
CPU	Central Processing Unit
DECT	Digital European Cordless Telephone
DLL	Dynamic Link Library
DTS	Digital Theater System
DVB	Digital Video Broadcasting
DVB-C	Digital Video Broadcasting - Cable
DVB-S	Digital Video Broadcasting – Satellite
EIB	Europäischer Installations Bus
FTP	File Transfer Protocol
GUI	Graphical User Interface
HDMI	High Definition Multimedia Interface
HIPERLAN	High Performance Radio Local Area Network
HSDPA	High Speed Downlink Packet Access
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISM	Industrial, Scientific, Medical
KNX	Standard zur Gebäudeautomation - De Facto Nachfolger von EIB
LAN	Local Area Network
LCD	Liquid Crystal Display
MP3	MPEG-1 Audio Layer 3
MS	Microsoft
NFS	Network File System
PBX	Private Branch Exchange
PC	Personal Computer
PDA	Personal Digital Assistance
RCA	Radio Corporation of America
S/P-DIF	Sony/Philips Digital Interface
TCP/IP	Transmission Control Protocol/Internet Protocol
TS	Transport Stream
UMTS	Universal Mobile Telecommunications System
URL	Uniform Resource Locator
VGA	Video Graphics Array
VLC	Video Lan Client
Wine	Wine Is Not an Emulator
WLAN	Wireless Local Area Network

2 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.	Abbildung
1	Beispiel für einen Haushaltsroboter
2	Beispiel LAN Sterntopologie
3	Beispiel WLAN Infrastrukturmodus
4	Darstellung einer Funksteckdose
5	Steuerungsbeispiel über einen PDA
6	Anwendungsbereiche des Gira Instabus
7	Display von Jung über KNX Standard
8	Steuercomputer Baustein der ersten Generation von C-Control
9	Beispiel eines X10-Webinterfaces
10	Beispiel für das Display einer Wetterstation
11	Beispiel für ein anzugverzögertes Zeitrelais
12	Beispiele für Zeitschaltuhren
13	Beispiel einer Zeitsteuerung mittels crontab
14	Schematische Darstellung des VLC als Streaming-Lösung
15	Das Menü des Movieplayers von Neutrino
16	Schaltplan der USB-Steuerung für Funksteckdosen

3 Tabellenverzeichnis

Tabelle Nr.	Quelle
1	Aufstellung der Anschaffungskosten
2	Auflistung des Arbeitsaufwands zur Erstellung des Systems
3	Anschaffungskosten zur Erweiterung des Systems
4	Zusätzlicher Arbeitsaufwand zur Erweiterung des Systems

4 Einleitung

In allen Bereichen des Lebens erfährt der moderne Mensch eine zunehmende Integration von Technik in seinen Alltag. Sei es das Mobiltelefon, welches sich zu einem Medium entwickelt hat, das aus der heutigen Gesellschaft nicht wegzudenken ist oder das Internet, dass in vielen Bereichen helfen kann, den Alltag zu erleichtern. Nunmehr konsequent ist die Vorstellung, der Technik weiteren Einzug ins eigene Heim zu gewähren, um z.B. die Hausarbeit zu erleichtern oder energieeffizienter zu wohnen.

Das Schlagwort dafür ist Smart Living, welches die Verwendung von intelligenter Haustechnik mit dem Alltag des Wohnens kombiniert. Die vorliegende Fallstudie setzt sich mit der Nutzung von alltäglichen Technologien zur Verbesserung der Wohneffizienz auseinander und versucht darzustellen, wie mittels Low-Cost-Hardware eine Steigerung des Wohnkomforts oder eine Reduktion der Energiekosten erreicht werden kann.

Dabei werden zunächst allgemein die Anwendungsfelder für intelligente Haustechnik aufgezeigt und es soll dargestellt werden, wo Bedarf und Potentiale bestehen, intelligente Haustechnik einzusetzen. Anschließend wird ein Überblick den Begriff "alltägliche Technologien" weitestgehend definieren. Das heißt, es wird vorgestellt, welche Technologien zu den alltäglichen Dingen gehören und welche Funktionen diese Technologien ausführen können. Darauf folgt eine Vorstellung der Möglichkeiten zur Implementierung dieser alltäglichen Technologien. Dabei soll gezeigt werden, inwiefern die vorgestellten Technologien den Bedarf nach Smart Living erfüllen können. Zum Schluss wird die Effizienz dieser eingesetzten Technologien betrachtet - zum einen im Hinblick auf ihre Potentiale, die laufenden Kosten der Wohnung zu senken und zum anderen, ob diese Technologien dazu geeignet sind, effektiv den Wohnkomfort zu erhöhen.

5 Anwendungsfelder für effizientes Wohnen

5.1 Licht und Wärme

5.1.1 Beleuchtungsstrategien

Beim Wohnen über ausreichend Licht und eine angenehme Wärme zu verfügen, sind grundlegende Bedürfnisse des Lebens. Beim Thema Licht kann zwischen zwei grundsätzlichen Quellen unterschieden werden: natürliches Licht und künstliches Licht. Natürliches Licht, also Sonnenlicht, muss dabei über Fenster in die Wohnung gelangen. Eine Steuerung von natürlichem Licht ist somit nur über Abblendmechanismen möglich. Natürlich ist Sonnenlicht nur tagsüber verfügbar, somit ist künstliches Licht unverzichtbar für den Wohnkomfort. Dabei besteht ein stark differenzierter Bedarf nach Licht in der alltäglichen Wohnsituation. Tageslicht wird allgemein als angenehmer als künstlich erzeugtes Licht empfunden. Beim Lichtbedarf können drei grundsätzliche Kategorien unterschieden werden:

• Arbeitsplatzbeleuchtung - Das Licht dient hauptsächlich als unterstützendes Werkzeug, um effizienter arbeiten zu können. Aus diesem Grund sollte Licht am Arbeitsplatz hell und homogen sein.
• Wohnraumbeleuchtung - Hierbei soll das Licht ein angenehmes Wohngefühl vermitteln. Die individuellen Lichteigenschaften hängen dabei stark von den räumlichen Gegebenheiten und den Präferenzen der Bewohner ab.
• Entspannungsphasen - Viel Licht während des Schlafens oder Entspannens wird meist als störend empfunden. Vorhandenes Licht dient hierbei höchstens der Orientierung.

5.1.2 Lichtbedürfnisse

Im Falle der Abwesenheit der Bewohner wird gar kein Licht benötigt. Effizientes Wohnen bedeutet vor allem, mit gegebenen Mitteln möglichst energieeffizient umzugehen. Aufgrund des vorgestellten Bedarfs bietet sich hier die Hausbeleuchtung an. Mit günstigen, zusätzlichen Steuergeräten ist es möglich, das Einsparpotential zu maximieren. Angefangen bei einfachen Dimmer-Modulen bis hin zu Bewegungssensoren und automatischer Abschaltung nach einer frei definierbaren Zeitspanne lässt sich dies technisch einfach bewerkstelligen. Tageslicht kann dabei eine kostenlose Alternative zur künstlichen Beleuchtung sein. Mit Jalousien ausgestattete Fenster bieten dann noch zusätzlich den Komfort, die Menge des Tageslichts regulieren zu können. In dem Bereich Licht besteht also Bedarf nach effizientem Wohnen, der sich in folgenden Eigenschaften ausdrückt:

• Kontrolle über Tageslichtzufuhr
• Bedarfsgerechte Kontrolle über künstliches Licht
• Energiesparpotentiale durch Beschränkung der Beleuchtung auf den Lichtbedarf

5.1.3 Heizmöglichkeiten

Der nächste logische Schritt wäre es, die Wärme im Haus genau so effizient zu regeln. Wärme hat dabei ein anderes Bedarfsschema als Licht. Während Licht sehr unterschiedlich vorhanden sein muss, gibt es einen konstanten Bedarf nach Wärme. Je nach Heizungsart kann die Wärme unterschiedlich schnell zur Verfügung gestellt werden. Jedenfalls bieten Heizungen ein Potential zur Automatisierung, da der Bedarf eine hohe Homogenität aufweist. Dies wird zum einen durch zeitabhängige Temperatursteuerungen, zum anderen durch aktionsbedingte Steuerungen ermöglicht. Eine aktionsbedingte Steuerung wäre beispielsweise eine Heizungssteuerung, welche die Heizung im Badezimmer fünfzehn Minuten vor dem Klingeln des Weckers auf 21 Grad Celsius regelt. Die nächste Aktion wäre dann die automatische Abschaltung der Heizung beim Abschließen der Haustür von außen. Zeitabhängig gesteuert wird die Heizung dann ab siebzehn Uhr nachmittags wieder auf 21 Grad Celsius geregelt. Durch Sensoren an Fenstern und Türen kann das System jederzeit darüber informiert werden, ob beispielsweise ein Fenster zum Lüften geöffnet wird. Ist dies der Fall, wird automatisch der Thermostat der Heizung zugedreht um Energie zu sparen. Beim Schließen des Fensters wird der Thermostat wieder aufgedreht.

5.1.4 Bedürfnisse beim Heizen

Problematisch werden Heizungsautomatismen, wenn es eine Abweichung von dem kontinuierlichen Bedarf gibt. Eine längere Abwesenheit der Hausbewohner, z.B. durch Urlaub, wäre eine solche Abweichung. Im Urlaub gibt es keinen Bedarf nach einem warmen Haus. Das Problem wäre nun, dass entweder ein Automatismus diese Abwesenheit bemerken müsste, oder es muss doch wieder ein manueller Eingriff in die Heizungssteuerung passieren. Zusammenfassend gibt es nun folgenden Bedarf an Wärme zum effizienteren Wohnen:

• Automatismus zur Kontrolle der Innenraumtemperatur
• Energiesparpotentiale durch intelligente Beschränkung der Heizleistung (Lüften)
• Möglichkeiten zum manuellen Eingriff für Ausnahmen im Heizverhalten

5.2 Sicherheit

5.2.1 Einbruchsschutz

Der Schutz der Wohnung kann über allgemeine Sicherheitsmaßnahmen wie vergitterte Fenster oder selbstschließende Türen gewährleistet werden. Eine aktivere Lösung ist hierbei eine Kontrolle des Zutritts zur Wohnung über verschiedene Maßnahmen. Eine Zutrittskontrolle lässt sich durch Sensoren an Fenstern und Türen gewährleisten. Beim Verlassen des Hauses ertönt ein Signal, wenn noch irgendwo Fenster oder Türen nicht verschlossen sind. Auch Geräte (zum Beispiel das Radio oder der Fernseher), die noch eingeschaltet sind, machen sich durch ein solches Signal bemerkbar. Ebenso löst bei Abwesenheit eine Öffnung von Türen oder Fenstern einen Alarm aus und ein Anruf wird direkt auf das Mobiltelefon abgesetzt. Mit Hilfe von Netzwerkkameras ist es, neben der Möglichkeit zu sehen wer an der Tür klingelt, auch möglich, diese Kameras mit Tür- und Fenstersensoren zu koppeln. Bei unbefugtem Zutritt (Einbruch) wird eine Meldung an das Mobiltelefon gesendet wobei gleichzeitig ein Bild der Kamera (Einzelbild oder ein Live-Stream) aufgezeichnet und auf das Mobiltelefon übertragen wird. Neben dem passiven Schutz der Wohnung gibt es also noch einen zusätzlichen Bedarf:

• Erkennen unbefugten Eindringens
• Informationen über das unbefugte Eindringen
• Distanzkontrolle, wem Zutritt zum Haus gewährt wird

5.2.2 Schutz vor Unfällen

Viele Unfälle passieren im Haushalt. Intelligente technische Einrichtungen können nun die Gefahr von Unfällen im Haushalt drastisch senken. Rauchmelder im Haus warnen vor gefährlicher Rauchentwicklung. Diese können mit der zentralen Haussteuerung verbunden einen Notruf generieren und an das Mobiltelefon senden, wodurch auch bei Abwesenheit Massnahmen gegen den Ausbruch eines Feuers getroffen werden können. Ein häufiges Problem zur präventiven Sicherung sind vergessene Haushaltsgeräte, die für Feuer, Rauch oder zumindest für Energieverschwendung verantwortlich sein können. Eine Möglichkeit ist eine zentrale Steuerung, die beim Verlassen des Hauses die Stromzufuhr zu allen kritischen Geräten unterbricht. Zum sicheren Haushalt gibt es also einerseits den Bedarf, auf geschehene Gefahren reagieren zu können und andererseits den Bedarf, Gefahren präventiv verhindern zu können.

5.3 Hausarbeit / Alltagsorganisation / Versorgung

Alltägliche Aufgaben im Haushalt werden meist als lästig empfunden. Dies reicht vom Hausputz über die Nahrungsbeschaffung bis hin zur Müllbeseitigung. In den letzten hundert Jahren gab es eine Vielzahl von Erfindungen um die Hausarbeit zu vereinfachen. Staubsauger, Kühlschrank, Waschmaschine, um nur einige zu nennen. Diese Technologien haben allesamt gemeinsam, dass sie den persönlichen Aufwand zur Verrichtung der Tätigkeiten im Haushalt reduzieren. Die Frage ist nun, wo es noch Bedarf und Möglichkeiten gibt, den Aufwand weiter zu reduzieren, ohne die Qualität der Resultate einzuschränken. Ein Beispiel für so eine Qualitätsreduktion ist die Mikrowelle. In einem Mikrowellenherd lassen sich sämtliche Speisen kostengünstig, schnell und einfach erwärmen. Jedoch gibt es bei vielen Speisen deutliche Verminderungen im Geschmack. Dadurch hat der Mikrowellenherd nie den Backofen oder den Elektroherd abgelöst sondern wird in den meisten Küchen nur ergänzend verwendet. Wenig Potential besitzt an der Stelle allgemein die Versorgung mit Nahrung. Die Bedürfnisse nach Nahrung sind von sehr spezifischer und individueller Natur. Eine Logistik im Kühlschrank kann aber unterstützend wirksam sein, um mitzuzählen, wovon noch wie viel vorhanden ist. Der Hausputz ist da vielversprechender. Hausputz ist eine monotone, immer identische Arbeit. Moderne Haushaltsroboter können einem diese Arbeit schon weitgehend abnehmen^[1].

Einfache Routinearbeiten im Haushalt können grundsätzlich automatisiert werden. Ein alltägliches Anwendungsfeld ist dabei die Steuerung von Jalousien. Über Lichtsensoren lassen sich Rollladen-Steuerungen so konfigurieren, dass bei Sonnenaufgang automatisch die Rollläden geöffnet werden und bei Dämmerung automatisch geschlossen werden. Alternativ lässt sich dies per Zeitschaltung auch zeitabhängig bewerkstelligen. Mit aktuellen Smartphones hat man von unterwegs Zugriff auf das komplette Smart Home. So kann man überwachen, ob elektrische Geräte ein- oder ausgeschaltet sind. Sollte vergessen worden sein, ein Gerät auszuschalten, wird dies auf dem Smartphone dargestellt und man kann per Knopfdruck das Gerät ausschalten.

Effizienteres Wohnen bezogen auf den Haushalt ist also eine Verringerung des Aufwands, der für die Organisation des Haushalts aufgebracht wird.

5.4 Kommunikation

5.4.1 Häusliche Kommunikation

Die Kommunikation untereinander kann über einen Homeserver stattfinden. Per Smartphone hat dann die komplette Familie Zugriff auf den Homeserver. Man kann im Kalender des Anderen dessen Termine sehen und entsprechend abgleichen – oder auch mobil auf Daten wie Dokumente, Musik und Filme zugreifen. Zugriffsrechte lassen sich für jeden Benutzer applikationsbedingt anpassen. Per WLAN lassen sich vom Smart Home aus über das Smartphone e-Mails verschicken oder man kann mit Hilfe von VoIP-Software kostenlos telefonieren. Bei ausreichender Hausgröße wird eine Haussprechanlage interessant. Dadurch können die einzelnen Bewohner miteinander in Kontakt treten, ohne laut werden zu müssen. Denkbar ist auch der Einsatz einer PBX, wie z.B. Asterisk.

5.4.2 Kommunikation nach außen

Bei der Kommunikation nach außen steht zuallererst das Telefon im Vordergrund. Aber auch ein Internetzugang oder Nachrichtensendungen können als nach außen gerichtete Kommunikation betrachtet werden. Dabei entsteht das Bedürfnis, in der Wohnung von überall aus mit der Außenwelt kommunizieren zu können. Eine wegweisende Erfindung in der Vergangenheit dazu war das Funktelefon. Das sich das Bedürfnis aber nicht nur auf das Telefonieren beschränkt, sieht man darin, dass es immer mehr Notebooks für den Hausgebrauch gibt. Durch ein Notebook kann eine ähnliche Qualität der Kommunikation wie bei einem Funktelefon erreicht werden. Voraussetzung dafür ist allerdings ein vorhandenes WLAN. Fernsehen und Radio überall im Haus verfügbar zu haben fällt eher in den Bereich der Unterhaltung.

Zukünftige Potentiale in einer verbesserten Kommunikation im Haus liegen in kleineren Endgeräten mit einer höheren Nutzungsdauer. Ein Abend mit dem Notebook ist ohne Stromverbindung derzeit nur in Ansätzen machbar.

5.4.3 Steuerung der Haustechnik

Ein weiteres Anwendungsfeld im Bereich der Kommunikation ist die Steuerung der Haustechnik. Ziel dabei ist es, die installierten Verbesserungen unkompliziert und ortsunabhängig bedienen zu können. Steuerungen in Smartphones wären dazu ein Lösungsansatz. Wird eine Menge von Technologien in ein Haus eingebaut kann eine Fernsteuerung dieser Elemente in einer Vielzahl von Fernbedienungen resultieren. Diese Menge an Steuerungsmöglichkeiten auf ein Endgerät zu konzentrieren, das heißt, die Steuerung zu vereinheitlichen kann einen weiteren Beitrag zum effizienten Wohnen leisten.

5.5 Unterhaltung

Intelligente Haustechnik kann bei der multimedialen Versorgung der Bewohner entscheidende Hilfe leisten. Es ist ohne viel Mehraufwand möglich, direkt bei der Verkabelung eines Hauses auch ein Netzwerk parallel zu legen. Mittlerweile ist die WLAN Technik aber auch schon weit genug, um auf dieses Netzwerkkabel verzichten zu können. Im Zuge dessen kann ein zentraler Homeserver beliebiges Datenmaterial wie Video- und Audiodaten vorhalten, welches per WLAN, Netzwerkleitungen oder auch das Stromnetz von den entsprechenden Clients mit Hilfe von Streaming-Technologie abgerufen werden kann. Ein Smartphone lässt sich hierfür mittlerweile als Fernbedienung verwenden, um Titel aus einer MP3-Sammlung auszuwählen. Weiterhin kann der Homeserver als Aufnahmegerät dienen, indem das Datenmaterial zum Beispiel von einer DVB-Quelle in die Gegenrichtung gesendet wird.

Ziel dieser Anstrengungen ist es, ortsunabhängig die gängigen Medien wie Internet, Fernsehen, Musik und Radio im Zugriff zu haben. Dabei reichen die Möglichkeiten von einer Ansteuerung aus dem Wohnzimmer bis hin zur Wiedergabe von Audiomaterial in allen Wohnräumen, wenn entsprechend Lautsprecher mit drahtloser oder drahtgebundener Anbindung vorbereitet wurden. Die Bedürfnisse des multimedialen Konsums sind also sehr ähnlich zu den Bedürfnissen nach Kommunikation.

5.6 Effiziente Wege

Beim Wohnen gibt es Tätigkeiten, bei denen man sich von Raum zu Raum bewegen muss. Das ist der Toilettengang oder der Transport des Essens von der Küche ins Esszimmer, um nur zwei Beispiele zu nennen. Schon bei der Architektur werden solche Notwendigkeiten berücksichtigt, indem ein Gästebadezimmer meist in der Nähe des Hauseingangs angesiedelt ist und das eigentliche Badezimmer sich in der Nähe des Schlafzimmers befindet. Das Mahlzeitentransportproblem wird meist dadurch gelöst, dass sich die Küche neben dem Esszimmer befindet oder die Küche direkt um eine Essecke erweitert ist. Diese Effizienz geht aber vielen nicht weit genug und dementsprechend gibt es eine Vielzahl von Technologien, um die Wege weiter zu verkürzen. Dabei kann die Bettpfanne als Workaround zum zu weit entfernten Badezimmer angesehen werden. Dabei ist es schwierig, einmal eingerichtete Räume im Nachhinein mit kürzeren Wegen auszustatten, wenn auch nicht unmöglich. Da gibt es den Wäscheaufzug vom Badezimmer in den Waschkeller oder die Durchreiche von der Küche ins Esszimmer. Neben diesen eher als Luxusartikeln anzusehenden Verbesserungen kann aber auch ein elementarer Bedarf nach effizienten Wegen existieren. Wenn ein Bewohner von körperlichen Behinderungen betroffen wird, können viele alltägliche Wege plötzlich unerreichbar werden. Dazu gibt es eine Reihe von Hilfsmaßnahmen. Zum Beispiel kann der Einbau von breiteren Türen oder ein Treppenlift notwendig werden.

Neben dem Bedarf, die Wege im Haus zu verkürzen existiert noch der Bedarf, die Verkabelungen im Haus effizienter zu gestalten. Effizient sind solche Wege, die bereits im Haus existieren und bei denen die Infrastruktur des Hauses nicht nachträglich angepasst werden muss. Dies sind zum einen die Wege über das Stromnetz, zum anderen können dies Wege über die Luft darstellen, beispielsweise per WLAN. Durch eine ausreichende und gut verteilte Anzahl von separaten Stromkreisen können einerseits nachträgliche Geräte einfacher installiert werden und zum anderen führen Fehlfunktionen zu begrenzteren Auswirkungen. Die Steuerungsanlagen für ein Haus über einen Homeserver zu zentralisieren, führen dabei zu einem effizienten Umgang mit den vorhandenen Installationen.

6 Definition und Überblick von alltäglichen Technologien

6.1 Übertragungstechniken

6.1.1 LAN

Der Begriff LAN steht für Local Area Network und bezeichnet ein privates Netzwerk, dessen Ausbreitung sich meist auf ein Gebäude oder ein Grundstück beschränkt. Der Zweck eines LANs ist die Vernetzung von Endgeräten zur gemeinsamen Nutzung von Ressourcen und zum Austausch von Informationen. Das LAN unterscheidet sich von anderen Netzwerkarten in der Größe, der Übertragungstechnologie und der Topologie^[2].

Die Übertragungstechnologie bezeichnet dabei das Medium, mit dem die Geräte vernetzt werden. Hierbei finden meist Kupferkabel oder Glasfaserkabel Verwendung. Bei der Verwendung von Kupferkabeln des Typs CAT5-CAT7 ist eine maximal zulässige Länge von 100m gegeben.

Die Topologie stellt den physikalischen Aufbau des Netzwerks dar. Es wird hauptsächlich zwischen Bus-, Ring- und Sterntopologie unterschieden. Für die Verkabelung des Eigenheims bietet sich die Sterntopologie an, da diese durch Verwendung einer aktiven Netzwerkkomponente, etwa einem Switch, z.B. die Fehlersuche und -behebung wesentlich vereinfacht und das Netzwerk leicht erweiterbar macht.

Für den Austausch der Daten im LAN kommt die Netztechnik Ethernet zum Tragen, welche im LAN-Bereich zum Quasi-Standard geworden ist und Techniken wie FDDI, ARCNET und Token Ring weitestgehend verdrängt hat. Ethernet wurde Anfang der siebziger Jahre am Palo-Alto-Forschungszentrum der Firma Xerox Corporation entwickelt. Die Firmen Intel und Digital Equipment schlossen sich Xerox später an, um gemeinsam einen Produktionsstandard auszuarbeiten^[3]. Die Pflege der Ethernet-Standards übernimmt heute das Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE) in der Arbeitsgruppe 802.3.

Die damalige Ethernet-Hardware erlaubte Bandbreiten von 10 Mbit pro Sekunde (Mbps). Darauf folgte Fast-Ethernet (802.3u), welches Übertragungsraten von 100 Mbps ermöglichte. Die aktuell meist genutzte Version ist Gigabit-Ethernet über Kupferkabel (802.3ab), das mit 1Gbit pro Sekunde (Gbps) läuft und auch als 1000Base-T bezeichnet wird^[4].

Ethernet ist eine paketvermittelnde Netztechnik. Zur gemeinsamen Mediennutzung spezifiziert der Ethernet-Standard das Rahmenformat der Datenpakete, die anzuwendende Spannung und die Methode der Signalmodulation. Traditionell ist Ethernet ein Busnetz, d.h. alle Endgeräte sind an einem Übertragungsmedium angeschlossen. Damit es nicht zu sogenannten Kollisionen durch die gleichzeitige Datenübertragung mehrerer Endgeräte kommt, wurde der Mechanismus Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) entwickelt. CSMA/CD hilft Kollisionen zu erkennen und zu vermeiden. Nachdem eine Kollision aufgetreten ist, muss das Endgerät warten, bis das Übertragungsmedium frei ist, um erst nach einer Verzögerung erneut Daten senden zu können. Durch den Einsatz eines Switches wird diese Problematik umgangen, da ein Switch die Endgeräte direkt anspricht und somit keine Kollisionen mit gesendeten Daten anderer Endgeräte möglich sind. Jede Peer-to-Peer-Verbindung zwischen den Endgeräten und dem Switch stellt dabei eine Kollisionsdomäne dar.

Die eindeutige Adressierung der Geräte in einem LAN wird mittels der IP-Adresse vorgenommen, wobei jede Netzkomponente eine 32 Bit große Adresse zugewiesen bekommt. Die Adresse besteht aus einem Präfix und einem Suffix. Das Präfix stellt das Netzwerk dar, an welches das Endgerät angeschlossen ist. Das Suffix ist für die eindeutige Identifizierung des Geräts im Netzwerk notwendig. So verhält es sich, dass die Wahl eines langen Suffixes eine große Zahl an Netzen liefert, die Anzahl der Endgeräte innerhalb der Netze aber niedrig ist. Das umgekehrte Verhältnis erreicht man, indem der Teil des Suffix groß gewählt wird. So können viele Geräte pro Netz angeschlossen werden, die Gesamtzahl der möglichen Netze ist aber gering^[3].

Die Adresse ist in vier 8 Bit große Felder unterteilt, wobei jedes Feld einen Dezimalwert von 0 bis 255 annehmen kann. Für die Vernetzung des Hauses empfiehlt sich die Verwendung von privaten IP-Adressen aus dem Klasse C Netz. Bei einem Klasse C Netz sind 24 Bit der IP-Adresse für das Netzwerk und 8 Bit für den Hostanteil vorgesehen. Das entspricht 254 anschließbaren Geräten im Netzwerk, was für die Belange des Smart Home mehr als ausreichend ist. Die Adresse des Homeservers ist beispielsweise folgender Form: 192.168.0.1. Für die Endgeräte kann dann eine fortlaufende Nummer im vierten Abschnitt der Adresse vergeben werden, mit der sie eindeutig adressierbar werden.

6.1.2 WLAN

WLAN bezeichnet die drahtlose Funkvariante des LAN, welche nach DECT, HIPER LAN oder IEEE 802.11 spezifiziert ist. Ein WLAN ist kein Ersatz für ein LAN, sondern ergänzt es, u.a. in Bereichen, in denen eine Verkabelung zur Realisierung eines Netzwerks schwer bis gar nicht möglich ist. Ende der neunziger Jahre wurde WLAN nach IEEE 802.11 zum Standard nachdem die Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) gegründet wurde, welche sich für Interoperabilität von 802.11-Produkten verschiedener Hersteller einsetzte^[5].

Innerhalb des Standards 802.11 gibt es viele Erweiterungen, wie z.B. 802.11b, 802.11g und demnächst 802.11n. Diese Standards unterscheiden sich u.a. in der Frequenz, über welche die Signale gesendet werden, sowie im maximalen Datendurchsatz. Derzeitig am weitesten verbreitet ist 802.11g, das im Frequenzband von 2,4GHz sendet und Übertragungsraten von bis zu 54Mbit/s ermöglicht.

Wie auch im LAN kann beim WLAN zwischen verschiedenen Topologien unterschieden werden, dem Infrastruktur- und dem Ad-Hoc-Modus.
Der Infrastrukturmodus setzt das Vorhandensein einer Basisstation (Access Point) voraus, mit der sich die drahtlosen Endgeräte verbinden. Dabei ist die Basisstation meist ein Teil des ortsfesten LANs. Der Access Point übernimmt die Funktion eines Vermittlers zwischen dem verkabelten Netz und den drahtlosen Endgeräten. Durch den Einsatz von weiteren WLAN Access Points oder Repeatern kann die Reichweite des WLANs vergrößert werden.
Im Ad-Hoc-Modus ist es den Engeräten möglich, direkte Verbindungen zwischen einander aufzubauen, ohne dass eine zentrale Station notwendig ist. WLANs im Ad-Hoc-Modus sind daher strukturlos. Das so aufgebaute Netz gleicht einem Peer-to-Peer Netzwerk.

Der Name des WLAN wird durch die Service Set Identification (SSID) dargestellt. Eine SSID ist eine Zeichenkette, welche aus maximal 32 alphanumerischen Zeichen besteht. Es gibt zwei Arten von SSIDs. Im Infrastruktur-Modus wird die Extended Service Set Identification (ESSID) als Namensgeber für das Netzwerk verwendet. Sie bezeichnet ein vollständiges Netz, welches aus mehreren Funkzellen, den Access Points und dem LAN besteht. Im Ad-Hoc-Modus gibt es nur eine Funkzelle mit mindestens zwei Funkeinrichtungen. Die einzelne Funkzelle wird hier als Basic Service Set (BSS) bezeichnet. Ähnlich dem Arbeitsgruppenprinzip mit NetBIOS unter Windows, müssen alle Endgeräte im WLAN die gleiche SSID besitzen, um eine gemeinsame Kommunikation zu ermöglichen. Die Adressierung erfolgt dabei wie im LAN über IP-Adressen.

Um den Netzwerkteilnehmern eine sichere Kommunikation zu bieten und dem Ausspähen von Daten entgegenzuwirken, sieht der 802.11-Standard verschiedene Authentifizierungsmethoden vor. Während bei der Methode Open Systems der Client nur die SSID des Netzwerks kennen muss um beizutreten, bietet die Methode Shared Key eine sicherere Authentifizierung. Im einfachsten Fall wird vom Client die Authentifizierung mittels eines 64- oder 128-Bit großen WEP-Schlüssels verlangt, mit dem er sich am Access Point ausweisen muss. Aufgrund von Schwachstellen in der Implementierung des WEP-Algorithmus bietet WEP jedoch auch keinen signifikanten Schutz vor Angreifern^[6]. Abhilfe versuchen Wi-Fi Protected Access (WPA), bzw. das neuere Wi-Fi Protected Access2 zu schaffen. Beide Standards nutzen Pre-Shared-Keys und sind somit auf eine gut gewählte Passphrase angewiesen, um Brute-Force- oder Wörterbuch-Attacken auf den Pre-Shared-Key zu erschweren.

6.1.3 Bluetooth

Bluetooth ist ein Funkverbindungsstandard für Kurzstrecken, welcher hauptsächlich dem Zweck dient, eine kabellose Verbindung von Geräten zu ermöglichen. Bluetooth-Stacks findet man z.B. in Mobiltelefonen, drahtlosen Tastaturen und Mäusen, Druckern und Kameras. Der Standard wird von der Arbeitsgruppe 802.15.1 des IEEE gepflegt^[7].

Bluetooth arbeitet im Frequenzbereich von 2,402 GHz bis 2,480 GHz und somit im ISM-Band, in welchem auch die WLAN-Standards 802.11b, 802.11g und das neue 802.11n funken. Das Netz, in dem verschiedene Geräte über Bluetooth miteinander kommunizieren, wird Pico-Netz genannt. In einem Pico-Netz können sich acht Teilnehmer befinden und miteinander verbunden werden. Ein Gerät hat dabei die Rolle des Masters, die übrigen Geräte sind Slaves. Größere Netze können durch den Zusammenschluss von maximal zehn Pico-Netzen zu einem Scatternetz aufgebaut werden. Die Adressierung in einem Netz wird durch 48 Bit MAC-Adressen vorgenommen.

Es gibt drei Klassen, welche sich durch maximale Reichweite und Sendeleistung unterscheiden. Klasse 1 sendet mit 100 mW und erreicht dabei mit 100 m die höchste Reichweite von allen Klassen. Klasse 2 sendet mit 10 mW und kann Geräte in Reichweiten von 50 m verbinden. Klasse 3 hat mit 1 mW die geringste Sendeleistung und erreicht Geräte in 10 m Entfernung.

6.1.4 Funksteckdosen

Zur einfachen Steuerung des Schaltzustandes von Geräten besteht die Möglichkeit Funksteckdosen einzusetzen. Funksteckdosen werden zwischen eine Steckdose und das Netzkabel des Verbrauchers gesteckt. Die Steuerung erfolgt durch eine Funkfernbedienung, in Europa z.B. im ISM-Band im Bereich von 433,05 bis 434,79 MHz oder außerhalb des ISM-Bands auch auf 868,35 MHz, wobei jede Steckdose einen eigene Frequenz besitzt. Bei manchen Ausführungen lässt sich die Frequenz am Gerät individuell einstellen. Der Zustand der Steckdose wird auf zwei verschiedene Arten gesteuert. Bei der ersten wird die Schaltinformation auf einem Kanal übertragen, wodurch der Schaltzustand zwischen ein- und ausgeschaltet wechselt. Die zweite Variante hat getrennte Kanäle für das Ein- bzw. Ausschalten einer Steckdose. Es gibt sowohl normale Funksteckdosen, als auch Steckdosen mit Dimmfunktion für den Innen- und Außenbereich. Über Funksteckdosen mit Dimmfunktion kann eine Helligkeitsregelung von Lampen bis 300 W vorgenommen werden. Funksteckdosen eignen sich gut um Strom zu sparen, da Stand-By-Schaltungen vermieden werden können.

6.2 Steuerungsgeräte

6.2.1 Mobiltelefon

Ein heutiges Mobiltelefon beschränkt sich nicht alleine auf die Funktionalität des Telefonierens. Es bietet zusätzlich Möglichkeiten wie z.B. das Schreiben von Textnachrichten, eine eingebaute Fotokamera, Multimediaplayer und Zugriff auf das Internet. Zusammengefasst also eine Art technisches Schweizer Taschenmesser für den Alltag. Daher verwundert es nicht, dass beinahe jeder deutsche Haushalt mit mindestens einem Mobiltelefon ausgestattet ist^[8], was das Mobiltelefon zur idealen Plattform für die Steuerung des Smart Homes macht. So können z.B. für viele Mobiltelefone von Sony Ericsson und dem iPhone von Apple durch die Benutzer selbst Applikationen in der Sprache Java erstellt werden, welche in der auf dem Mobiltelefon implementierten Java-Virtual-Machine ausführbar sind. In der vorliegenden Fallstudie wird die Steuerung des Smart Home über einen zentralen Homeserver realisiert, welcher, einen installierten Browser und die Erreichbarkeit im Internet vorausgesetzt, ebenfalls über ein Mobiltelefon anwählbar ist. Somit ist eine Steuerung des Smart Home auch von unterwegs möglich.

6.2.2 PDA

Während beim Mobiltelefon noch die Telefonfunktion im Vordergrund steht, ist es beim PDA die Organizerfunktionalität, welche ihn z.B. zu einem hilfreichen Begleiter im Berufsalltag werden lassen. Ein PDA gleicht mehr einem kleinen Computer denn einem Mobiltelefon und wird oft mit Touchscreen und großem Display ausgestattet. Auf vielen PDAs ist eine abgespeckte Windows-Version (WindowsCE) zu finden, welche neben der Anzeige von Officedokumenten auch eine Terminverwaltung und, wie beim Mobiltelefon, das Surfen im Internet ermöglicht. Dazu ist zumeist ein WLAN-Chip eingebaut, welcher das kostenlose Surfen im eigenen Heimnetz erlaubt, ohne UMTS oder HSDPA nutzen zu müssen. So kann das Heimnetz bequem ohne zusätzliche Kosten im gesamten WLAN gesteuert werden.

6.2.3 Personal Computer / Notebook

Ob als Festinstallation im Arbeitszimmer oder als mobile Alternative kann der PC bzw. das Notebook ebenfalls genutzt werden, um die Steuerung im Smart Home vorzunehmen. Dabei muss das jeweilige Gerät nur über eine Netzwerkschnittstelle verfügen, welche eine Netzwerkkarte, ein WLAN-Adapter oder ein Bluetooth-Chip sein kann. Die Verbindung zum Homeserver kann über einen Browser vorgenommen werden, die Wahl des Betriebssystems ist dabei unbedeutend. Durch die Möglichkeit der einfachen Installation von Software ist der PC, respektive das Notebook allerdings nicht nur imstande einfache Schaltungen, wie etwa das Einschalten des Lichts vorzunehmen. Durch Verwendung eines streaming-fähigen Audio- oder Videoplayers können multimediale Inhalte, wie Musik oder Filme, welche auf dem Homeserver gespeichert sind, wiedergegeben werden. Die Wiedergabe bedarf einer ausreichend guten Grafik- und Soundkarte im Streamingclient.

6.2.4 Homeserver

Um jederzeit allen Anforderungen der Nutzer gerecht zu werden, muss der Homeserver ständig erreichbar sein. Es bedarf keinem High-End-System mit aktuellster Grafikleistung, eher empfiehlt es sich möglichst stromsparende Elemente zu verwenden. Dennoch ist die Auswahl der Hardware abhängig vom eingesetzten Betriebssystem und letztendlich auch vom Verwendungszweck. Ein Server, der als Datenspeicher im Netzwerk vorgesehen ist, benötigt Festplatten mit einem hohen Speichervolumen und zur Ausfallsicherung möglichst im RAID-Verbund. Sollen nur Messwerte von Sensoren ausgewertet und darauf reagiert werden, genügt der Aufbau eines betagten PCs, jedoch unter der Voraussetzung, dass die genutzten Schnittstellen vorhanden sind. Letztendlich ist ein handelsüblicher PC mehr als ausreichend um den Dienst als Homeserver anzutreten.

Unterschiedliche Sensoren und Endgeräte können über einen Homeserver zentral gesteuert werden. Dabei kann es ein Problem werden, wenn unterschiedliche Standards genutzt werden und diese dann miteinander kommunizieren sollen.

6.3 Sensoren

6.3.1 Bewegungsmelder

Bewegungsmelder können in vielfacher Weise gewinnbringend genutzt werden. So kann z.B. durch den Einsatz eines Bewegungsmelders das Licht eingeschaltet werden, wenn eine Person den Raum betritt. Beim Verlassen des Raumes kann das Licht wieder ausgeschaltet, oder gegebenenfalls langsam gedimmt werden. Im Außenbereich kann Besuchern der Weg beleuchtet werden und im Innenbereich ist es auch als Alarmsystem denkbar, z.B. beim Brandschutz oder als Einbruchserkennung.

Bewegungsmelder arbeiten entweder mit Ultraschall, mittels Infrarot oder Mikrowellen, wobei hier nur auf die erstgenannten eingegangen wird, da Modelle mit Mikrowellen nicht weit verbreitet sind.
Ein Infrarot-Bewegungsmelder arbeitet mit Infrarotstrahlung, bzw. Ultrarotstrahlung. Infrarotstrahlen sind elektromagnetische Wellen, welche im Spektralbereich zwischen dem sichtbaren Licht und Mikrowellen liegen. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlängen von 1 m bis 1 mm reichen. Sichtbares Licht hat ein Spektrum von 790 nm bis 390 nm^[9]. Der Bewegungsmelder definiert einen Defaultwert seiner Umgebung und reagiert, sobald eine signifikante Änderung der Infrarotstrahlung im kontrollierten Bereich zu erkennen ist. Eine langsame Veränderung z.B. der Wärme führt zu keiner Reaktion des Bewegungsmelders. Somit sind "falsche Alarme" ausgeschlossen.
Ein Ultraschall-Bewegungsmelder sendet eine Frequenz, die vom menschlichen Ohr nicht wahrnehmbar ist. Die Frequenz liegt zwischen 20000 kHz und 1000000 kHz. Für den Menschen wahrnehmbare Töne liegen meist im Frequenzbereich von 16 Hz bis 18 kHz. Ähnlich der Fledermaus, die durch Ihren Ruf die Gegebenheiten der Umgebung wahrnimmt, reagiert auch ein Ultraschallbewegungsmelder, sobald eine Frequenzverschiebung festgestellt wird. Die Frequenzverschiebung ergibt sich, wenn die Ultraschallwelle z.B. auf eine Person trifft, die sich im Raum aufhält, und daher eine veränderte Frequenz zurückwirft.
Die Reichweite eines Bewegungsmelders liegt üblicherweise zwischen 5 m und 20 m und es können Winkel von 90° bis 360° erfasst werden, was abhängig von der Installationslage des Melders ist.

6.3.2 Temperatursensoren

Unter Temperatursensoren versteht man Geräte, die die Temperatur der Umgebung oder die Temperatur eines Gegenstandes messen und zur Auswertung weiterleiten. In der Haustechnik werden Temperatursensoren für Aufgaben der Prozessführung oder der Überwachung verwendet. Die Überwachung besteht darin, dass die Temperatur jederzeit abgefragt werden kann. Bei der Prozessführung meldet das Gerät beim Erreichen eines Schwellwertes dieses Erreichen, wodurch dann ein nachgelagerter Prozess stattfinden kann - zum Beispiel die Heizung einschalten. Je nach Anforderungen an die Genauigkeit der Messung, den Temperaturbereich der Messung und dem gemessenen Material gibt es unterschiedliche Sensorentypen^[10].

6.3.3 Kontaktsensoren

Kontaktsensoren eignen sich für den Einsatz im Smart Home in vielerlei Hinsicht. Zum einen ist es möglich, mittels Kontaktsensoren die Energieeffizienz des Eigenheims zu steigern. Durch eine konsequente Ausrüstung des Hauses mit Kontaktsensoren an Türen und Fenstern kann z.B. festgestellt werden, in welchem Zimmer ein Fenster und / oder eine Tür geöffnet ist. Sollte dies der Fall sein, wird nicht weiter geheizt, da eine raumübergreifende Wärmezirkulation besteht. Ein zweites Anwendungsszenario für Kontaktsensoren kann die Alarmierung im Einbruchsfall sein. Sobald ein Fenster oder eine Tür aufgebrochen wird, melden die Sensoren einen fehlenden Kontakt und veranlassen gegebenenfalls den Homeserver eine Textnachricht auf das Mobiltelefon des Hauseigentümers zu schicken. Dies ist auch möglich bei Glasschäden, sofern der Sensor neben der Kontaktsensorik auch die Fähigkeit besitzt, Glasbruch zu erkennen.

6.4 Steuerungsgrundlagen

6.4.1 Anwesenheitserkennung

Hört man den Begriff Smart Living oder Smart Home, denkt man zu einem Teil auch an ein Haus, welches eine gewisse künstliche Intelligenz besitzt. Das Haus übernimmt viele Aufgaben der Bewohner und lässt sie somit ein sorgenfreieres Leben führen. Leider lernt das Haus diese Tätigkeiten nicht allein, sondern ist auf die Definitionen der Bewohner angewiesen. Mittels der Anwesenheitserkennung ist allerdings eine autonomere Steuerung des Hauses möglich.

Verschiedene Szenarien sind denkbar:
Gesetzt den Fall, dass das Haus in jedem Raum mit Bewegungsmeldern ausgestattet ist, ist es möglich die Beleuchtung in Abhängigkeit der Person zu setzen. Sobald eine Person einen Raum betritt, wird das Licht angeschaltet. Verlässt die Person den Raum ist keine weitere Beleuchtung notwendig und das Licht wird automatisch ausgeschaltet.
Sofern das Haus erkennt, wer anwesend ist, kann es personalisierter reagieren und auf die Präferenzen des Bewohners eingehen, etwa durch Einspielen der Lieblingsmusik oder Einschalten des Fernsehers und Dimmen des Lichts.
Sofern eine Abwesenheit der Bewohner definiert wurde und es zu einem Einbruch kommt, könnte das Haus, vorausgesetzt es ist mit steuerbaren Rollläden und Türschlössern ausgestattet, sich selbst verriegeln und somit ein Entkommen des Einbrechers erschweren oder unmöglich machen. Der Bewohner würde über die hauseigene Telefonanlage alarmiert und, sofern Kameras im Haus installiert sind, sofort ein Bild der Lage vermittelt bekommen, so dass er umgehend die Polizei alarmieren kann.

6.4.2 Kalendersteuerung oder Zeitsteuerung

Bei der Zeitsteuerung handelt es sich um Prozesse, die abhängig von einer verstrichenen Zeit gesteuert werden. Typisches Beispiel hierzu ist eine Verkehrsampel. Beim effizienten Wohnen bieten sich Zeitsteuerungen für Abläufe an, die ohne Sensoren auskommen sollen. Automatische Rollladensysteme könnten unabhängig zum Sonnenaufgang jeden Morgen um die selbe Zeit hochgefahren werden. Die Steuerung über einen Kalender ist ein Spezialfall der Zeitsteuerung. Der Übergang ist allerdings fließend. Zeitsteuerung kann von einer einfachen Stoppuhr über Wochenkalender bis hin zu individuell gestalteten kompletten Kalendern gehen. Eine solche Kalendersteuerung bietet sich vornehmlich in Zeiten einer längeren Abwesenheit des Bewohners an, z.B. im Fall eines Urlaubs, einer Geschäftsreise oder einem längeren Krankenhausaufenthalt. Ein komplexer Kalender ist häufig nicht in integrierter Hardware zu finden^[11]. Allerdings bieten komplexe Steuerungssysteme wie Homeserver auch komplexe Kalendermechanismen.

6.4.3 Ablaufsteuerung

Unter einer Ablaufsteuerung versteht man die logische Schaltung mehrerer Geräte in einer diskreten Reihenfolge. Die vorangegangenen Steuerungsmöglichkeiten können natürlich auch mit einer Ablaufsteuerung kombiniert werden. Im Prinzip kann eine Ablaufsteuerung jede algorithmische Steuerung von Geräten durchführen, wenn die Steuerung eine turingvollständige Maschine ist. Dazu muss eine Ablaufsteuerung folgende Eigenschaften abbilden können:

• Diskrete Schaltung - Ein Gerät wird geschaltet und erst wenn eine Rückmeldung vorliegt, wird das Programm fortgeführt. Ein Ausbleiben der Rückmeldung muss dabei berücksichtigt werden.
• Statusbehaftung - Die Steuerung muss über einen Status verfügen, also einen Speicher.
• Verzweigung - Abhängig von dem Status der Steuerung müssen unterschiedliche Geräte geschaltet werden können.
• Schleife - Es muss die Möglichkeit geben, im Ablauf an eine vorherige Position zu springen^[12].

6.5 Hausautomationssysteme

6.5.1 Gira EIB

Die Marke Gira bietet ein auf Modulen basierendes Komplettsystem zur Hausautomatisierung. Sämtliche Geräte werden dabei über einen EIB angesteuert. Dieses Bussystem wird mithilfe von Kabeln durch das gesamte Haus verlegt. Die Installation muss also gut geplant sein. Ist der Bus aber einmal im Haus verlegt, können fast beliebige Endgeräte angeschlossen werden. Die konkrete Funktion der einzelnen Geräte wird dann über einen Homeserver programmiert. Die Steuerung des Systems kann durch einfache, mitinstallierte Schalter erfolgen oder durch andere Geräte, wie beispielsweise ein Displayterminal, ein Notebook oder ein Handy. Während die installierten Schalter ohne einen Homeserver auskommen würden, benötigen die Steuerungen über andere Geräte eine Verbindung zu dem Homeserver. Die Installation wird über fachkundige Firmen durchgeführt. Diese Firmen sind Elektroinstallationsbetriebe, die über geschulte Mitarbeiter verfügen und dementsprechend vor Ort mit dem jeweiligen Bauherren die Installationsdetails planen können. Die Kosten eines Gira Automationssystems können je nach Umfang leicht mehrere tausend Euro betragen. Das System eignet sich nicht nur für den Privatgebrauch oder ausschließlich zum intelligenten Wohnen. Größere Bürogebäude oder allgemein Geschäftsbetriebe können über solche Hausautomationssysteme ihre Elektroinstallation besser kontrollieren und planen^[13].

6.5.2 Jung KNX

Die Firma Jung bietet auch Produkte zur Gebäudeautomation. Sie realisiert das über ein KNX Bussystem, dass kompatibel zum EIB ist. Dabei werden die einzelnen Geräte in Sensoren, Systemkomponenten und Aktoren unterteilt. Durch die Verwendung des KNX Bussystems ist man aber nicht auf Produkte eines Herstellers beschränkt, sondern kann beliebige Produkt mit KNX / EIB Standard in das Haussystem integrieren. Die Installation des Busses findet parallel zum Stromnetz des Hauses statt. Durch die Notwendigkeit separate Kabel zu legen, bedarf es einer umfangreichen Planung des Jung KNX Systems. Bei der Neubauinstallation ist es allerdings kein grosser Aufwand parallel zum 230V Stromkreis noch den KNX Bus mit zu verlegen. Ein einmal installierter Bus hat dann den Vorteil von vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten. Sensoren, Aktoren oder Steuerelemente können an beliebigen Stellen in den Bus integriert werden. Die Funktion des Gerätes wird dann entsprechend programmiert, z.B. welcher Schalter welches Licht einschalten soll. Genau wie das Gira System ist auch das System von Jung nicht ganz billig. Die Installation des Busses ist natürlich immer ein aufwendiges Unterfangen, aber mit der Menge der angesteuerten Geräte entfaltet das Hausautomationssystem seinen Nutzen und seinen Preis^[14].

6.5.3 C-Control

Das System C-Control von der Firma Conrad Electronics bietet ein Hausautomationssystem zum Selberbauen. Dabei sind die C-Control Komponenten Geräte mit einem Conrad eigenen Mikrocontroller Standard. Die gesamte Produktpalette ist nicht kompatibel mit den Standards wie KNX oder EIB. Das System bietet auch keine fertig installierbaren Systeme, sondern beschränkt sich darauf, zur Steuerung notwendige Komponenten anzubieten. Die Mikrocontroller lassen sich durch eine selbst entwickelte Sprache namens BASIC programmieren. Durch dieses grundlegende System stehen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung, die jedoch selbst erdacht und gebaut werden müssen. Preislich liegt das System deutlich unter dem von den oben genannten Fertigsystemen^[15].

6.5.4 X10

Eine weitere kostengünstige Möglichkeit, Geräte zentral zu steuern, ist das standardisierte X10-Protokoll. Es wurde zwischen 1976 und 1978 von der schottischen Firma Pico Electronics Ltd. entwickelt. Der Name X10 beruht auf der Tatsache, dass dies das zehnte Projekt der Firma war. Dieses Protokoll steuert entsprechende Geräte über das vorhanden Stromnetz innerhalb des Smart Homes, so dass keine neuen Leitungen verlegt werden müssen. Die Installation der Geräte gestaltet sich sehr einfach, da die meisten X10-Steuergeräte Plug & Play-fähig sind. Funksteckdosen beispielsweise lassen sich direkt über eine Fernbedienung oder einen zentralen Homeserver steuern. Die Implementierung eines simplen Adressierungssystems macht es möglich, maximal 256 Geräte unabhängig voneinander anzusteuern. Dabei besitzt jedes X10-Gerät 16 Home Codes (mit den Buchstaben A-P) und 16 Device Codes (1-16). Diese Adressen werden an den Geräten selbst jeweils individuell eingestellt, so dass auch mehrere Geräte die selbe Adresse besitzen können. Geräte mit derselben Adresse werden dann gleichzeitig angesteuert. Somit ist es möglich, auch mehr als 256 Geräte innerhalb des Hauses anzusteuern. X10-Geräte besitzen einen seriellen Anschluss zur Anbindung an einen PC. Hierüber lassen sich die Geräte manuell zum Beispiel über ein Webinterface steuern. Zeitabhängige Steuerung ist über einen Computer ebenfalls möglich^[16].

7 Implementierung von alltäglichen Technologien zum Zweck des effizienten Wohnens

7.1 Gerätestati über Kontaktsensoren

7.1.1 Abgrenzung zur Nutzung von Kontaktsensoren

Kontaktsensoren liefern dem zentralen Server einen Status der zwischen zwei Zuständen variieren kann - "Hat Kontakt" oder "Hat keinen Kontakt". Kontaktsensoren selbst können weder Geräte Steuern noch haben sie eine über Sensorik hinausgehende Funktion. Kontaktsensoren sind somit eine einfache, aber durchaus effektive Art, einen Status zu einem Gerät zu ermitteln.

7.1.2 Beispiele zur integrierten Verwendung von Kontaktsensoren im alltäglichem Haushalt

7.1.2.1 Die Kühlschranklampe

Wenn die Kühlschranktür geschlossen ist, geht das Licht im Kühlschrank aus. Dies wird über einen Kontaktsensor realisiert. Das ist der kleine Schalter, der an der Kühlschranklampe befestigt ist. Dies ist zwar trivial aber nichts desto trotz ein einfaches Beispiel für einen Kontaktsensor. Der Sensor kennt zwei Stati: "Tür auf" und "Tür zu". Schließt sich die Tür, gibt der Sensor einen Status an die Steuerung, in dem Fall den Stromkreis, weiter, der sich daraufhin unterbricht und somit das Leuchtmittel steuert, indem es die Stromzufuhr kappt. Das Leuchtmittel reagiert nun seinerseits und geht aus.

7.1.2.2 Der Mikrowellenherd

Mikrowellen sind gefährliche Strahlung, vor der Menschen zu schützen sind. Im alltäglichen Gebrauch finden sich Mikrowellenherde, die genau diesen Schutz über einen Kontaktsensor realisieren. Nur wenn die Tür des Mikrowellenherdes geschlossen ist, kann die Mikrowelle angeschaltet werden. Der Kontaktsensor dient somit dem Schutz der Hausbewohner vor gefährlicher Mikrowellenstrahlung. Mittlerweile ist eine solche Sicherung in jeder Mikrowelle zu finden.

7.1.3 Spezielle Verwendungsmöglichkeiten im Smart Home

Primär denkt man beim Einsatz von Kontaktsensoren im Smart Home an Einbruchsschutz. Über Kontaktsensoren an Fenstern oder Türen kann ein unbefugtes Eindringen in die eigene Wohnung erkannt werden. Über dieselben Sensoren kann auch die Heizungssteuerung intelligent gesteuert werden, um im Falle des Lüftens die Heizung auszuschalten. Kontaktsensoren übernehmen in der Steuerung eines Homeservers die Funktion einer Datenquelle. Der Status des Kontaktsensors kann abgefragt werden und abhängig dazu können weitere Schaltungen vorgenommen werden. Die einfachste Art einen Kontaktsensor auszulesen, ist die über einen Stromkreis. Nur wenn der Kontakt geschlossen ist, kann ein Strom fließen. Kontaktsensoren können aber auch über Magnetschalter, mechanische Kontakte wie die Kühlschranklampe oder Lichtschranken funktionieren. Die genaue Funktionstechnik hängt aber stark vom Einsatzzweck und der daraus resultierenden Genauigkeit ab. Das Ergebnis, das heißt die Meldung des Kontaktstatus, ist dazu aber unabhängig.

7.2 Temperatursteuerung

7.2.1 Leistungsbandbreite von Temperatursteuerungen

Temperaturgesteuerte Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Schaltung beim Erreichen einer bestimmten Temperatur vornehmen. Ein großer Bereich der temperaturabhängigen Steuerungen ist ein Schutz vor zu großer Wärme. Ist eine bestimmte Temperatur erreicht, findet bei dem jeweiligen Gerät eine Abschaltung statt, um die einzelnen Komponenten vor Materialschäden oder Umweltschäden zu bewahren. Der andere große Bereich der Temperatursteuerungen ist eine Regelung von Geräten in Relation zu der gemessenen Temperatur.

7.2.2 Die Schmelzsicherung

Eine elektrische Schmelzsicherung ist ein gutes Beispiel für einen Schutz vor zu hohen Temperaturen. Schmelzsicherungen werden in elektrischen Bauelementen verbaut. Bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke schmelzen die Kontakte in der Sicherung durch die vom Strom erzeugte thermische Wirkung. Bei einem Schmelzen verliert das Bauteil seine elektrische Leitfähigkeit und der Stromkreis wird unterbrochen. Dies führt dann in der Regel zu einer Abschaltung des jeweiligen Bauteils. Schmelzsicherungen gibt es für alle möglichen Größen und Stromstärken. Dabei reichen diese von kleinen Schmelzsicherungen, die auf Platinen verbaut werden können, bis hin zu Hochspannungsschmelzsicherungen.

7.2.3 Der Wasserkocher

Ein Wasserkocher gehört zu unseren alltäglichen Haushaltsgeräten. In gut zwei Minuten können Standard-Wasserkocher gut einen Liter Wasser bis zum Siedepunkt erhitzen. Die Wasserkocher schalten sich aber nach Erreichen des Siedepunktes von alleine ab. Dies geschieht mit Hilfe eines Thermostats im Wasserkocher. Der Thermostat ist meistens mit dem Anschalter verbunden und misst die Temperatur des Wasserdampfes. Liegt die Wasserdampftemperatur über einem bestimmten Schwellwert, gibt der Thermostat den Befehl, den Wasserkocher auszuschalten. Dieser Schutz ist eine Sicherung vor Materialschäden im Wasserkocher, denn der Wasserkocher würde das Wasser weiter erhitzen bis es komplett verdampft wäre und im Leerbetrieb sollte man den Wasserkocher nicht verwenden. Es ist aber auch ein Schutz vor Energieverschwendung, denn sobald das Wasser kocht, ist es nicht mehr sinnvoll, das Wasser weiter zu erhitzen. Jedes weitere Watt wäre verschwendet.

7.2.4 Temperaturgesteuerte Heizungen

Ziel von temperaturgesteuerten Heizungen ist es, in einem Raum eine konstante Temperatur zu erreichen. An einem Thermostat wird die gewünschte Temperatur eingestellt und beim Überschreiten dieser Temperatur schaltet ein Regler die Heizung ab. Im Bereich des Smart Homes bietet es sich an, den Temperatursensor mit der zentralen Heizungssteuerung zu koppeln. Die Raumtemperatur wird dabei über das An- und Abschalten einzelner Heizkörper reguliert, während der Betrieb einer Zentralheizung über die Außentemperatur geregelt werden kann. Nach mehreren warmen Tagen kann die Heizung ausgeschaltet werden, sinkt die Außentemperatur wieder, kann das Heizungssystem wieder angefahren werden. Natürlich müssen die verwendeten Heizkörper dafür regelbar sein. Sämtliche Heizungen, die über einen zentralen Heizkessel verfügen, genügen dieser Anforderung. Heizungen, die mit Hilfe elektrischen Stroms funktionieren, können auch im Smart Home verwendet werden. Prinzipiell sind das folgende Heizungstypen:

• Fernwärme - Fernwärmeleitungen laufen bis in den Keller, wo ein Wärmetauscher eine autarke Zentralheizung erwärmt.
• Gasheizungen - Meist befindet sich im Keller ein Brennkessel, der je nach Bedarf reguliert werden kann.
• Ölheizungen - Heizöl wird aus einem Öltank entnommen und zu Heizzwecken verbrannt. Diese Verbrennung kann auch nach Bedarf gesteuert werden.
• Pellet Öfen - Eine moderne Form von Kaminöfen. Pellets sind kleine Holzplättchen, die in einem automatisch gesteuerten Brennvorgang verheizt werden. Dieser Heizvorgang kann auch reguliert werden.
• Elektische Nachtspeicheröfen - Nachtspeicher sind ein zweischneidiges Schwert. Einerseits kann die Wärme komfortabel über eine Schaltung des Stromkreises entnommen werden, andererseits müssen Nachtspeicher vorher aufgeladen werden. Dieser Aufladevorgang geschieht nachts und bedarf so eines vorausschauenden Heizsystems.

Daneben gibt es eine Reihe von Heizmöglichkeiten, die sich nur schlecht bis gar nicht über eine Temperatursteuerung im Smart Home regeln lassen. Besonders zu erwähnen sind da Kaminöfen. Sie geben zwar eine angenehme Wärme ab, müssen aber manuell, das heißt, von den Bewohnern selbst, gesteuert werden.

7.2.5 Wetterstationen

Automatisierte Wetterstationen gehören nur zum Teil in den Bereich der Temperatursteuerungen. Wetterstationen sind Sensoren, die neben der Temperatur auch Daten über Windgeschwindigkeit, Niederschlag und Lichtverhältnisse ermitteln können. Mithilfe ihrer Daten können eine ganze Reihe von Steuerungsprozessen gestartet werden. Bei Dunkelheit können die Rollläden heruntergefahren werden, bei Niederschlag kann die Bewässerungsanlage deaktiviert werden und bei kühlen Temperaturen kann die Heizung angeschaltet werden. Bei einer Verbindung mit einem Homeserver können die durch die Wetterstation empfangenen Daten zentral ausgewertet und ihren vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten zugeführt werden. Eine nicht unbedeutende Verwendung von Wetterstationen ist der Informationsgewinn. Man muss nicht nach draußen gehen, um festzustellen, ob man die Winterjacke benötigt oder den Regenschirm. Bei einer Archivierung der Daten kann man leicht feststellen, wie kalt der Winter letztes Jahr wirklich war.

7.3 Zeitabhängige Gerätesteuerung

7.3.1 Abgrenzung der Zeitsteuerung

Durch Zeit gesteuerte Geräte zeichnen sich in erster Linie dadurch aus, dass sie ohne Sensorik auskommen. Die Schaltungen werden nicht aufgrund von Sensordaten vorgenommen, sondern beruhen auf dem Verstreichen einer gewissen Zeit oder auf dem Eintreffen eines bestimmten Zeitpunktes. Eine Zeitmessung übernimmt bei zeitgesteuerten Geräten sozusagen die Funktion des Sensors.

7.3.2 Echtzeitsysteme

Ein Spezialfall von zeitgesteuerten Geräten sind Echtzeitsysteme. Beruht ein Steuerungsverbund auf einer Zeitsteuerung, kann der Ablauf der Steuerung abhängig davon sein, wie viel Zeit ein Gerät für eine Tätigkeit benötigt. In diesem Fall ist eine Steuerung abhängig von der Rückmeldung eines Gerätes. Garantiert das Gerät eine Rückmeldung innerhalb einer definierten Zeit zu liefern, redet man von Echtzeitsystemen. Der wichtige Unterschied im Gegensatz zu Nicht-Echtzeitsystemen ist der, dass im Falle eines Ausbleibens einer Rückmeldung innerhalb des Zeitfensters ein Fehler verursacht wird^[17].

7.3.3 Anzugverzögerte Zeitrelais

Einfache zeitabhängige Steuerungen lassen sich mit anzugverzögerten Zeitrelais bewerkstelligen. Das Relais schliesst den Stromkreis erst nach einer einstellbaren, zugesicherten Zeit. Diese Zeitspannen liegen im Bereich von wenigen Minuten bis zu unter einer Sekunde^[18]. Innerhalb einer Schaltungssequenz kann ein solches Relais eine kostengünstige Alternative sein, um einen Sensor zu substituieren, der eine vorangegangene Schaltung auf ihren Zustand überprüft. Die eingestellte Zeitspanne wird einfach auf eine ausreichende Zeit gestellt, sodass davon ausgegangen werden kann, das vorgeschaltete Gerät habe seine Arbeit erledigt. Solch eine Zeitverzögerung kann beispielsweise in einer Kombination aus Rollladen öffnen und Licht ausschalten resultieren. Morgens werden die Rollläden hochgezogen, was einige Zeit benötigt. Nun wird das Licht nicht direkt bei Beginn des Öffnens der Rollläden, sondern um eine halbe Minute zeitverzögert ausgeschaltet. Dies sorgt dafür, dass man nicht plötzlich im Dunkeln steht. Sollte der Rollladen jedoch tatsächlich einmal länger brauchen, ist eine Schaltung des Lichts in diesem Fall vernachlässigbar.

7.3.4 Zeitschaltuhren

Viele Geräte, die nur zu bestimmten Zeiten oder für eine bestimmte Zeit laufen sollen, besitzen integrierte Zeitschaltuhren. Einfache Zeitschaltuhren stellt man vor jedem Gebrauch auf eine Dauer ein und wenn diese Zeit abgelaufen ist, dann gibt die Zeitschaltuhr einen Impuls. Solch eine integrierte Zeitschaltuhr ist beispielsweise in jedem Mikrowellenherd zu finden. Programmierbare Zeitschaltuhren lassen sich in Geräten finden, die zu einem bestimmten Termin eine Aufgabe erledigen sollen, oder in solchen Geräten, die jeden Tag um die gleiche Zeit eine Tätigkeit erledigen sollen. Alarmanlagen in Bürogebäuden haben typischerweise solche Zeitschaltuhren integriert. Die Alarmanlage aktiviert sich dann täglich um die gleiche Zeit und deaktiviert sich morgens vor Arbeitsbeginn. Zeitschaltuhren sind aber auch als separate Bauelemente zu haben. Typischerweise wird mit Hilfe der Zeitschaltuhr in diesem Fall Strom ein- bzw. ausgeschaltet.

7.3.5 Komplexe Zeitsteuerungen - Scheduling

Der Begriff Scheduling im Kontext der Zeitsteuerung bezeichnet die Ablaufplanung und -koordination von Aufgaben. Im Bereich der Steuerung über einen Homeserver bieten sich computergestützte Scheduling Mechanismen an. Cron unter Linux bietet ein Beispiel für einen komplexen Scheduling Mechanismus. Wird ein Homeserver durch einen Scheduler wie den cron-daemon unterstützt, können die zeitabhängigen Schaltungen über den Scheduler angestoßen werden. Der cron-daemon nutzt verschiedene Textdateien und Ordner, um die Zeitsteuerung zu organisieren. Für die Planung regelmäßiger Aufgaben existieren die folgenden Ordner, in welche die abzuarbeitenden Scripts hinterlegt werden können:

• cron.hourly
• cron.daily
• cron.weekly
• cron.monthly

Cron stellt somit eine Ordnerstruktur zur Verfügung, welche die stündlich, täglich, wöchentlich und monatlich wiederkehrenden Aufgaben gegliedert organisiert. Das Verzeichnis cron.d arbeitet nicht mit hinterlegten Scripts, sondern dient zur Speicherung von Textdateien in crontab-Syntax. Die Datei crontab ist für die allgemeine Taskplanung des jeweiligen aufrufenden Benutzers zuständig und arbeitet mit folgendem Spaltenschema:

* * * * * befehl

Die ersten fünf Spalten definieren die zeitlichen Angaben wie folgt:

• Minute (0-59)
• Stunde (0-23)
• Tag (1-31)
• Monat (1-12)
• Wochentag (0-6, 0 entspricht Sonntag)

In der letzten Spalte folgt der auszuführende Befehl, welcher durch einen absoluten Pfad eingetragen werden sollte. Wiederholungen in einem Intervall von zehn Minuten sind so z.B. über einen Eintrag der Form */10 in der ersten Spalte zu realisieren.
Abbildung 8 zeigt exemplarisch, dass zum Feierabend um 17:00 Uhr Musik eingespielt werden soll, allerdings nur im Zeitraum Montag bis Freitag (1-5). Die Befehlsfolge dafür ist in einem Script namens turn_on_music.sh verfasst, welches sich im Ordner /usr/bin/ befindet.

In Kombination mit cron kann anacron^[19] genutzt werden. Im Gegensatz zu cron muss das System für anacron allerdings nicht ständig laufen. Anacron eignet sich demnach sehr gut um Tasks auszuführen, deren Abarbeitung stattfinden sollte, diese aber aufgrund eines ausgeschalteten Systems nicht möglich war. Der Dienst kann daher für die administrativen Aufgaben, wie z.B. die Erstellung von Backups, welche auf dem Homeserver anfallen, genutzt werden. Sollte sich z.B. der Server zum Zeitpunkt eines definierten und geplanten Backups im ausgeschalteten Zustand befinden, erkennt anacron das nach dem nächsten Systemstart und startet das Backup. Die Konfiguration von anacron wird in der Datei anacrontab vorgenommen, welche, genau wie die crontab von cron, mit einem Spaltenschema arbeitet. Die erste Spalte gibt an, wie viele Tage ein Befehl ausgeführt werden soll. Eine 1 steht dabei für eine tägliche Ausführung, eine 7 für eine einmalige wöchentliche Ausführung. Die zweite Spalte bestimmt eine Verzögerung in Minuten, da die Möglichkeit besteht, dass viele Befehle gleichzeitig nach einem Systemstart ausgeführt werden. In der dritten Spalte kann ein Name für den Task vergeben werden und in der vierten Spalte wird letztlich der auszuführende Befehl definiert.

7 15 daily-backup /usr/bin/incremental_backup.sh

Dieser Eintrag besagt, dass jeden Tag der Woche das Script incremental_backup im Verzeichnis /usr/bin mit einer Verzögerung von 15 Minuten aufgerufen werden soll. Der Task trägt dabei den Namen daily-backup.

7.4 Multimedia im gesamten Haus

7.4.1 Das multimediale Wohnzimmer

85% der deutschen Bevölkerung besaß 2007 ein Fernsehgerät mit herkömmlichem Bildschirm oder hatte ein solches im Haushalt^[20]. Zu dieser Zeit besaßen nur 11% einen Flachbildschirmfernseher^[21]. Der Trend zum Flachbildschirmfernseher ist jedoch zum jetzigen Zeitpunkt stetig ansteigend^[22]. Somit verwundert es nicht, dass im Zuge der Vernetzung des Eigenheims auch die Multimediakomponente nicht zu kurz kommt. Um digitale, bewegte Bilder und Audiodaten jeglicher Art auf den Fernseher zu bekommen, lässt sich jeder beliebige PC, jedes Notebook, o.ä. als Server verwenden, welcher die Datenquellen bereit hält. Als Client, welcher die Daten dann per TCP/IP abruft (verdrahtet oder per Funk), lässt sich eine gewöhnliche Set-Top-Box mit alternativer Firmware (bspw. eine d-box 2), eine Spielekonsole der letzten Generation (Microsoft's Xbox 360, Sony's Playstation 3) oder auch wieder ein PC / Notebook einsetzen. Der Client wird über vorhandene Schnittstellen (HDMI, VGA, SPDIF, RCA, etc.) an den Fernseher und die Audioanlage angeschlossen. Mit entsprechender Software auf dem Server und auf dem Client kann der multimediale Inhalt vom Server zum Client gestreamt werden.

7.4.2 Die d-box 2 als Streaming-Client

7.4.2.1 Tuning der d-box 2

Die d-box 2 ist eine weit verbreitete Set-Top-Box, welche in erster Linie digitalen Fernsehempfang per DVB-C bzw. DVB-S ermöglicht. Sie wurde ursprünglich von Nokia für Premiere entwickelt. Premiere vergab später jedoch auch weitere Lizenzen zum Bau der d-box 2 an die Firmen Philips und Sagem. Neben der Möglichkeit, digitales Fernsehen zu empfangen, bietet die d-box 2 zahlreiche weitere Features. Um diese Features nutzen zu können, ist es allerdings notwendig, die Box zu tunen. Zu diesem Tuning zählt das Aufspielen einer alternativen Firmware, welche Linux als Betriebssystem zu Grunde liegen hat. Die offizielle, ursprüngliche Firmware stammt von der Firma Beta Research und trägt den Namen Betanova. Diese Original-Software, die auch zwingend zum Lieferumfang beim Kauf einer d-box 2 gehört, unterliegt dem Copyright von Beta Research. Betanova wurde in Java programmiert; dieser Umstand ließ die d-box 2 mit ihrer 66-MHz-PowerPC-CPU von Motorola schnell an ihre Grenzen stoßen. Die Betanova-Software wird nicht mehr weiterentwickelt. Das Aufspielen der frei verfügbaren Linux-Firmware ist ein relativ unkomplizierter Prozess, allerdings ist auch etwas Geschick gefragt. Alternativ gibt es auch die Möglichkeit, die Firmware in sogenannten "d-box Tuning Shops" aufspielen zu lassen. Entschließt man sich jedoch dazu, dies selber in die Hand zu nehmen, gibt es Hilfe dazu im Internet^[23]. Es gibt die Wahl zwischen verschiedenen GUIs. Die wohl am meisten verwendete und bis heute weiter entwickelte GUI für die d-box 2 hat den Namen "Neutrino". Erwähnenswert sind weiterhin die GUIs "Enigma" und "LCars". "LCars" ist eine Nachbildung der aus Star Trek bekannten Computersysteme.

7.4.2.2 Streaming vom Homeserver zur d-box 2

7.4.2.2.1 Movieplayer

Ist Neutrino als Linux-Firmware installiert, kann die d-box 2 nach der Konfiguration als Streaming-Client verwendet werden. Auf dem Homeserver muss eine aktuelle Version der Streaming-Server Software VLC installiert sein, welche für alle gängigen Betriebssysteme frei verfügbar ist^[24]. Der VLC sollte dann als Daemon bzw. als Service im Betriebssystem eingerichtet werden. Sind die entsprechen Audio- und Video-Codecs auf dem Homeserver installiert, lassen sich per integriertem Movieplayer der Neutrino-Software und dem VLC beliebige Videodateien auf dem Fernseher wiedergeben. Die Videodateien müssen dabei in einem Verzeichnis liegen, dass für den VLC freigegeben ist. Ist in dem Homeserver ein DVD-Laufwerk oder ein CD-ROM-Laufwerk verbaut, können über den Movieplayer Film-DVDs, SVCDs oder VCDs abgespielt werden.

7.4.2.2.2 Audioplayer

Ein Audioplayer ist ebenso in die Neutrino-Software integriert. Dieser streamt einerseits Audiodateien in den Formaten MP3, WAVE oder Ogg vom Homeserver zur d-box 2, andererseits lässt sich der Audioplayer mittlerweile auch als Internetradioempfänger verwenden. Auch URLs, welche auf SHOUTcast-Streams verweisen, lassen sich mit dem Audioplayer ansteuern und wiedergeben. Die Audiodateien auf dem Homeserver lassen sich per d-box 2 über vorher definierte CIFS-, NFS- oder FTP-Freigaben auswählen. Anschließend können auch individuelle Wiedergabelisten erstellt werden.

7.4.2.3 Streaming von der d-box-2 zum Homeserver

Auch in die Gegenrichtung lässt sich Videomaterial streamen. Man benötigt dann keinen Festplattenrekorder; das über DVB empfangene Datenmaterial wird direkt unverändert als Transport Stream auf dem Homeserver gespeichert. Die so aufgenommenen Videodateien lassen sich dann direkt über den Neutrino-Movieplayer in Original-Qualität wieder abspielen. Dazu wird auch nicht der VLC benötigt. Erforderlich hierfür ist eine Freigabe auf dem Homeserver per CIFS, NFS oder FTP. Der Movieplayer greift dann direkt über die Freigabe auf die TS-Dateien zu und spielt diese über die d-box 2 auf dem Fernseher ab. Die Freigaben auf dem Homeserver werden über die Neutrino-GUI innerhalb der globalen Konfiguration in das Dateisystem eingehängt und sind beispielsweise auch für den in die Neutrino-Software integrierten Audioplayer verfügbar.

7.4.3 Sound im gesamten Haus

Neben LCD- oder Plasma-Fernseher verhilft der heimische A/V-Receiver zum persönlichen Heimkino im eigenen Wohnzimmer. Dabei gibt die "Stereoanlage" schon lange nicht mehr nur noch zwei Kanäle wieder. Der Trend zum Surround-Sound hält seit einiger Zeit Einzug in das Wohnzimmer. Selbst digitales Audiomaterial wie AC3 oder DTS wird dekodiert. Dabei ist die Musikwiedergabe nicht nur auf das Wohnzimmer beschränkt - die aktuelle Technik macht es möglich, Audio fließend im gesamten Haus abspielen zu lassen. Dazu wird lediglich ein handelsüblicher WLAN-Router und ein Server, welcher das Audiomaterial zentral beherbergt und WLAN-fähig ist, benötigt. Außerdem müssen die Räume, die zusätzlich mit dem Audiomaterial versorgt werden sollen, mit WLAN-fähigen Lautsprechern ausgestattet werden.

7.5 Steuerung über einen zentralen Homeserver

7.5.1 Architektur des Servers

Wie die letzten Kapitel gezeigt haben, stellt der Homeserver zahlreiche Dienste bereit, die im gesamten Smart Home verwendet werden können. Alle Dienste können über einen einzigen Server verwaltet werden. Die meisten Dienste werden für die gängigen Betriebssysteme frei und kostenlos zur Verfügung gestellt. Passt ein Dienst nicht zu den eigenen Vorstellungen, kann dieser meist angepasst werden, da viele Pakete quelloffen sind. Falls eine erforderliche Steuerung noch gar nicht existiert, kann diese, Programmierkenntnisse vorausgesetzt, selber programmiert werden. Eine zentrale Steuerungsmöglichkeit der Dienste ist ein Webserver. Dieser stellt plattformunabhängig eine GUI zur Verfügung, über welche sich die verschiedenen Dienste bequem von jedem Client aus steuern lassen. Voraussetzung ist ein Webbrowser auf den Clients. Der Webserver versorgt die zu steuernden Dienste über implementierte Skripte mit den nötigen Daten.

7.5.2 Fallbeispiel zur Steuerung von Funksteckdosen

Zur Steuerung von Funksteckdosen über den Homeserver wird das programmierbare USB-Inferface velleman K8055^[25] eingesetzt. Das USB-Interface kann über eine DLL angesprochen werden. Hierzu eigenen sich C++, Visual Basic, Delphi oder jede andere Programmiersprache, welche Windows-DLLs ansprechen kann. Die kompilierten, ausführbaren Programme zur Ansteuerung der Steckdosen können auch unter anderen Betriebssystemen ausgeführt werden, sofern eine Windows-Umgebung, wie zum Beispiel mittels Wine unter Linux, emuliert wird. Die Interface-Karte bietet zwei analoge und fünf digitale Eingänge, sowie zwei analoge und acht digitale Ausgänge. Letztgenannte werden zur Bedienung der Steckdosen eingesetzt. Mithilfe der acht digitalen Ausgänge lassen sich 256 Zustände darstellen. Der Zustand, in dem kein Ausgang aktiviert ist, ist für die Steuerung nicht geeignet, da dieser im Leerlauf genutzt wird. Nimmt man Funksteckdosen, welche je eine Frequenz zum Ein- und Ausschalten verwenden, zur Grundlage, ergeben sich somit theoretisch bis zu 127 schaltbare Steckdosen je Interface-Karte. An einem Computer können bis zu vier unterschiedliche Vellemann K8055 verwendet werden.

7.5.2.1 Zeitabhängige Steuerung

Zeitlich festlegbare und wiederkehrende Aufgaben des Homeservers können von diesem automatisch zu festen Zeitpunkten oder Intervallen ausgeführt werden. Unter Windows-Betriebssystemen wird dazu der Taskplaner^[26], bei unixbasierten Betriebsystemen der cron deamon^[27] genutzt. Damit der Anwender die Einrichtung der zeitgesteuerten Aufgaben nicht über das Betriebssystem vornehmen muss, besteht an den Homeserver die Anforderung die Konfiguration benutzerfreundlich über ein Webinterface vornehmen zu können.

7.5.2.2 Zustandsabhängige Steuerung

Bei der zustandsabhängigen Steuerung werden Zustände, die von Sensoren zurückgegeben wurden, sukzessive geprüft und in Abhängigkeit zum nachfolgenden Steuerungsschritt gesetzt. Diese Art der Steuerung arbeitet mit Wenn-Dann-Bedingungen und tritt nur in Aktion, wenn ein definierter Zustand als Ausgangslage gegeben ist. So soll ein Raum im Haus beispielsweise nur beheizt werden, wenn alle Kontaktsensoren geschlossene Fenster melden.

7.5.2.3 Manuelle Steuerung

Es ist wichtig, dass das Haus nicht von Automatismen dominiert wird. Damit sich wirklich ein komfortables Wohngefühl einstellt, ist es notwendig, dass jeder Automatismus durch eine manuelle Steuerung überschrieben werden kann. Ein Problem dabei ist es, dass ablaufgesteuerte Schaltungen oder zeitabhängige Steuerungen dabei aus ihrem Rhythmus kommen können. Ein intelligentes Haus muss seine Automation für ein manuelles Eingreifen unterbrechen können und selbstständig wieder zurück in die Automation finden können. Dies ist sowohl ein Problem der Konfiguration als auch der getätigten Installationen. Jedes installierte Gerät muss entweder eine Rückmeldung über seinen Status geben können oder ein weiterer Sensor muss den Zustand eines Gerätes überprüfen können. Vor jeder Schaltung durch den Homeserver findet nun eine Überprüfung des Gerätestatus statt, wodurch das Programm dynamisch entscheiden kann, wie der Automatismus weiter verfahren soll.

Eine manuelle Ausnahme bei der Funktion eines Gerätes kann durch direkt mit dem Gerät verbundene Schalter stattfinden, die unabhängig zu dem Haussystem funktionieren. Alternativ können manuelle Steuerungen auch in das Haussystem integriert sein. Dabei wird dann das aktuelle Programm unterbrochen und der manuellen Steuerung wird Priorität eingeräumt. Eine manuelle Kontrolle setzt ein Eingabegerät voraus. Das können in einfachen Fällen normale Schalter sein, aber bei der Verwendung eines Homeservers bietet sich eine vom Gerät unabhängige Steuerung an. Ein Smartphone kann hier als Fernbedienung dienen. Der Homeserver kann aber auch genau so gut über einen Webserver verfügen, auf dem eine Webapplikation zur Haussteuerung läuft. Das bietet alle Möglichkeiten zur entfernten Steuerung.

Praktischerweise sollte die Programmierung oder Konfiguration des Homeservers auch über ortsunabhängige Eingabegeräte funktionieren. Eine Programmierung könnte beispielsweise in die Webapplikation integriert sein. Wenn eine Anlage so komplex ist, dass eine Konfiguration der Anlage Programmierung genannt werden kann, dann ist die Anlage auch automatisch anfällig für Konfigurationsfehler. Zum einen sollte die Anlage sich nun so präsentieren, dass man jederzeit die Konfiguration überblicken kann und zum anderen sollte die Anlage sich selbst vor groben Fehlern schützen, die Materialbeschädigungen oder schlimmeres verursachen können.

7.5.2.4 Datenhaltung

Die Datenhaltung auf einem Homeserver gliedert sich in zwei Bereiche. Zum einen ist das die Funktion als Medienspeicher für angeschlossene Multimediageräte und zum anderen ist es die Speicherung der Hauskonfiguration. Sofern der Homeserver als Datenspeicher für multimediale Inhalte genutzt werden soll, ist es erforderlich, ausreichend Festplattenspeicher einzuplanen, um eine unbestimmte Menge an Audio- und Videodateien speichern zu können. Dazu bieten sich Festplatten als Speichermedium an, da diese über eine hohe Speicherkapazität verfügen und hochverfügbar sind. Damit die Bewohner des Smart Homes auf die Multimediadateien zugreifen können, benötigt der Homeserver auch eine Fileserverfunktionalität. Unter Windows reicht dabei meist die Freigabe eines Verzeichnisses im Dateisystem aus, um Windows- oder Linux-Clients Zugriff zu gewähren. Genauso gut funktionieren aber auch FTP Server oder Samba Server.

Als ein möglicher Client für einen Multimedia Fileserver kann die unter Kapitel 7.4.2 beschriebene d-box 2 dienen. Sie braucht entweder SMB, NFS oder FTP Freigaben. Für den Movieplayer auf der DBox wird ein VLC am besten als Daemon auf dem Server installiert^[28].

Für die Datenhaltung der Konfiguration des Smart Homes gibt es verschiedene, vom jeweiligen System unterstützte Möglichkeiten. Die Konfigurationen können als Dateien im Dateisystem abgelegt werden oder in einer Datenbank gespeichert werden. In jedem Fall empfiehlt sich hier ein Backup-Konzept. Ein Backup-Konzept für den Homeserver sichert nicht nur die Konfiguration im Falle eines Hardwarefehlers auf dem Homeserver, sondern bietet auch die Möglichkeit eine ältere Konfiguration wiederherzustellen. Dies kann im Falle einer fehlerhaften Konfiguration die beste Möglichkeit sein.

Der Homeserver wird im Dauerbetrieb gefahren. Aus diesem Grund ist ein System, welches auch für den Dauerbetrieb vorgesehen ist, die beste Wahl. Möchte man aber eine kostengünstige Alternative haben, wird auch ein normaler Desktop PC als Server ausreichen. Bei einem guten Backup-Konzept stellt sich auch ein Ausfall des Servers als nicht problematisch dar. Im Falle eines Datenverlusts muss aber auf jeden Fall garantiert werden können, dass die wesentlichen Funktionen des Hauses auch ohne den Server geschaltet werden können, um die Zeit bis zum Austausch des Servers überbrücken zu können.

8 Betrachung der Effizienz der eingesetzen Technologien

8.1 Investitionsaufwand

8.1.1 Erläuterungen zum Investitionsaufwand

Einsatz von alltäglichen Technologien bedeutet, dass schon vorhandene Geräte oder Technologien genutzt werden, um den Wohnkomfort zu erhöhen oder die Nebenkosten des Hauses zu senken. Dadurch wird die Einschätzung der Anschaffungskosten problematisch, da für jedes Gerät, welches integriert werden soll, separate Kosten anfallen. Die unten aufgeführten Schätzungen des Aufwands beruhen auf einer Steuerung, die über einen Homeserver Funksteckdosen ansteuern kann. Dabei wird zum einen der Preis der verwendeten Komponenten aufgeführt und zum anderen der Zeitaufwand, der benötigt wird um die Installation und Konfiguration durchzuführen.

8.1.2 Anschaffungskosten

Die reinen Anschaffungskosten umfassen die für die Steuerung benötigten Bauteile und den Homeserver, sowie die Funksteckdosen. Damit ausgerüstete Geräte sind nicht eingeschlossen. Außerdem gehen diese Anschaffungskosten von einer idealen Installation aus, ohne das etwas schief läuft. Der größte Posten auf der Liste ist der Homeserver. Allerdings kann hier auch auf ein nahezu beliebiges altes System zurückgegriffen werden. Der Homeserver ist wohl auch der einzige Posten der Liste, der bei einer Erweiterung des Systems keine weiteren Kosten verursacht. Als gesteuerte Geräte werden in diesem Fall Funksteckdosen verwendet. Andere steuerbare Geräte können wesentlich teurer werden.

Position	Menge	Preis (in €)	Gesamtpreis (in €)	Bezugsquelle
Homeserver	1	219,00	219,00	Mocom Hardware[29]
USB-Interface	1	29,95	29.95	Sly Electronics [30]
Funksteckdosen Set	1	18,87	18,87	KM Elektronik [31]
Euro-Gehäuse	1	7,85	7,85	Conrad Electronics [32]
Schaltrelais (16A/250VAC)	6	1,35	8,10	Conrad Electronics [33]
Kabel	2	0,40	0,80	Conrad Electronics [34]
Netzteil (12V)	1	5,20	5,20	Conrad Electronics [35]
			289,77

Tabelle 1: Aufstellung der Anschaffungskosten

8.1.3 Arbeitsaufwand

Der Arbeitsaufwand, um ein hier dargestelltes System zu bauen, zu installieren und zu konfigurieren, ist nur eine Richtgröße. Es ist die Zeit, die Hobbyelektroniker benötigen, um die konkret aufgeführten Komponenten zu verwenden. Die verwendete Arbeitszeit hängt stark von den individuellen Fertigkeiten zur Ausführung der einzelnen Tätigkeiten ab. Bei einem Selbstbau solcher Anlagen besteht auch immer die Gefahr sich in Details zu verstricken und dementsprechend unverhältnismäßig viel Zeit im Vergleich zum Ergebnis zu verwenden.

Tätigkeit	Zeitaufwand
Lötarbeiten	6 Std
Programmierung der Steuerung	4 Std
Programmierung des Webinterfaces	4 Std
Intallation und Konfiguration des Homeservers	8 Std
	22 Std

Tabelle 2: Auflistung des Arbeitsaufwands zur Erstellung des Systems

8.1.4 Mögliche Erweiterung

Dies soll eine Erweiterung des oben aufgeführten Systems darstellen. Dabei werden Fenstersensoren dazu verwendet, um zu prüfen ob ein Fenster offen oder geschlossen ist. Beim Verlassen des Hauses kann der Homeserver nun den Bewohner warnen, dass noch nicht alle Fenster geschlossen sind. Für solche Fensterkontakte gibt es natürlich noch mehr Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise kann man diese als Einbruchsschutz verwenden. Dadurch, dass die Informationen an den Homeserver weitergeleitet werden, kann eine Heizungssteuerung, die irgendwann nachgerüstet wird, kontrolliert werden. Auch bei den Erweiterungen gelten die Einschränkungen, die schon bei der Erstinstallation erwähnt wurden.

Die Anschaffungskosten der zur Erweiterung notwendigen Elemente:

Position	Menge	Preis (in €)	Gesamtpreis (in €)	Bezugsquelle
Fenstersensoren	1	9,95	9,95	Alarmsysteme Schauder [36]
433 MHz-Empfänger	1	46,11	46,11	Conrad Electronics [37]
			56,06

Tabelle 3: Anschaffungskosten zur Erweiterung des Systems

Der geschätzte Aufwand zur Erweiterung:

Tätigkeit	Zeitaufwand
Lötarbeiten	4 Std
Programmierung der Steuerung	4 Std
	8 Std

Tabelle 4: Zusätzlicher Arbeitsaufwand zur Erweiterung des Systems

8.1.5 Zusammenfassung der Investition

Beim Selbstbau des Smart Homes muss man also mit mehreren Tagen Arbeit und Anschaffungskosten im dreistelligen Bereich rechnen. Aber auch bei einer Ausdehnung der Systeme wird man nur schwer an die Kosten von Komplettsystemen, z.B. EIB, herankommen. Durch konsequente Verwendung von Funksystemen hält sich die bauliche Installation im Haus in Grenzen. Bei jeder Erweiterung ist aber darauf zu achten, dass sie mit dem Homeserver integriert wird. Denn parallel geführte Systeme führen nur zu mehr Fernbedienungen und nicht zum intelligenten Wohnen.

8.2 Reduzierung laufender Kosten

8.2.1 Einsparpotentiale

Bei den laufenden Kosten einer Wohnung denkt man zunächst an die Nebenkosten. Nebenkosten stellen zuerst die Energiekosten in den Vordergrund. Will man also die laufenden Kosten senken, muss das in den Bereichen Wasser, Wärme und Strom geschehen. Die Frage ist nun, wie ein Smart Home diese Kosten reduzieren kann, ohne den Wohnkomfort zu verringern. Dabei sollte bedacht werden, dass sämtliche vorgestellten Technologien nichts können, was ein Bewohner nicht auch manuell durchführen könnte. Die Einsparpotentiale liegen in den Tätigkeiten, die als lästig empfunden werden, oder die schlicht vergessen werden.

8.2.2 Standby Betrieb

Durch den Standby Betrieb von Haushaltsgeräten entstehen durchaus vermeidbare Kosten. Der Vorteil vom Standby Modus ist es, den Einschaltvorgang von Geräten zu verkürzen, sei es der Computer im Standby Modus oder der Fernseher, der durch den Standby Modus direkt per Fernbedienung eingeschaltet werden kann. Statt jeden Abend alle Geräte im Haus auszuschalten, wäre es von Vorteil, diese Geräte über den Homeserver per Remote-Befehl gesammelt ausschalten zu können. Das hier vorgestellte System mit den Funksteckdosen könnte dieses Problem bewältigen. Dabei entstehen Einsparpotentiale von 50 bis 100 Euro pro Jahr^[38]. Dem gegenüber stehen aber die Kosten für den Dauerbetrieb des Homeservers, der in einer ähnlichen Höhe pro Jahr zu Buche schlagen würde. Hier lassen sich also keine wirklichen Einsparpotentiale erkennen.

8.2.3 Reduktion der Beleuchtungskosten

Eine andere potentielle Energiesparmöglichkeit wäre eine automatische Regelung der Beleuchtung. Eine Lichtsteuerung durch Bewegungsmelder sorgt dafür, dass Licht nur da eingeschaltet ist, wo sich Personen befinden. Eine 60 Watt Glühlampe verbraucht pro Tag ca. 1,5 kWh. Bei einem Strompreis von 15c/kWh sind das gut 23c pro Tag pro Lampe. Davon ausgehend, dass eine Lampe vergessen wird nachts auszuschalten, wären das bei einer 8h Schlafphase gut 7c pro vergessener Lampe. Wie viele Lampen nun in einem Haushalt vorhanden sind und wie viele davon wie oft vergessen werden ist natürlich sehr individuell. Von einer großen Einsparung kann aber nicht ausgegangen werden. Da sind Energiesparlampen schon wesentlich effizienter.

8.2.4 Reduktion der Heizkosten

Ein weiterer großer Posten in den Nebenkosten einer Wohnung sind die Heizkosten. Auch ein intelligentes Haus muss die Heizung anschalten, wenn es kalt ist. Aber das intelligente Haus kann seine Bewohner darin unterstützen, nicht sinnlos Heizleistung zu verschwenden. Bekanntes Beispiel ist das Heizen während des Lüftens. Ein richtiges Lüftverhalten, welches durch Fensterkontakte sichergestellt werden kann, kann so bis zu 200 Euro pro Jahr an Heizkosten einsparen. Eine andere Unterstützung des intelligenten Hauses besteht darin, die Raumtemperatur konstant zu halten. Jedes überheizte Grad Celsius kostet unnötige Heizleistung. Jedes Grad Celsius weniger spart bis zu 6% Heizkosten. Ein Automatismus kann nun dafür sorgen, dass die Temperaturen im Haus konstant bleiben und genau diese überflüssige Wärme vermieden wird. Hier findet sich also ein echtes Sparpotential^[39].

8.3 Erhöhung des Wohnkomforts

8.3.1 Erklärung zum Wohnkomfort

Eine Erhöhung des Wohnkomforts lässt sich am besten durch eine Reduzierung von manuellem Aufwand beim Wohnen bewerkstelligen. Je weniger der Mensch von Hand in seinem eigenen Haus tun muss und je mehr der manuelle Aufwand durch Maschinen übernommen wird, desto komfortabler ist das Wohnen für ihn. Wohnkomfort kann aber auch bedeuten, dass der Mensch Technologien zur Verfügung hat, die er vorher nicht nutzen konnte. Dies ist keine schlichte Reduktion des manuellen Aufwands beim Wohnen mehr, sondern eine echte Wohnqualitätssteigerung.

8.3.2 Reduktion des manuellen Aufwands

Der manuelle Arbeitsaufwand zur Erweiterung des Hauses zu einem Smart Home ist zwar für kurze Zeit extrem hoch, da erst die Voraussetzungen geschaffen werden müssen. Nach der Fertigstellung hat man demgegenüber jedoch langfristig einiges an manuellem Arbeitsaufwand eingespart. Dies sind auf den ersten Blick nur winzige Details, man betrachte das Einsparpotential jedoch zusammenhängend: Angefangen bei der automatischen Kontrolle der Tageslichtzufuhr und der bedarfsgerechten Kontrolle über künstliches Licht, mag dies nur marginal den Wohnkomfort erhöhen. Bekanntermaßen ist der Mensch ja ein Gewohnheitstier, und aus diesem Grunde wird er solch eine minimale Reduzierung des manuellen Aufwands, einmal dagewesen, nicht mehr missen wollen. Genauso verhält es sich mit einer automatischen Heizungssteuerung. Es bedarf nur minimalen, manuellen Aufwands, die Heizthermostate beim Lüften der Räume von Hand zu regulieren. Ist jedoch ein Automatismus vorhanden, wird dieser vom von Natur aus luxusbedürftigen Menschen sehr geschätzt. Der größte manuelle Aufwand innerhalb eines Hauses, der bei der gesamten Thematik eine große Rolle spielt, ist wohl die Hausarbeit. Hier gibt es mittlerweile zahlreiche Möglichkeiten, den Wohnkomfort drastisch zu erhöhen. Haushaltsroboter sind zusätzlich zum Staubsauger die wohl modernste Form der Komforterhöhung im Haushalt^[1]. Haushaltsroboter sind zwar nicht das, was man als alltägliche Technologie bezeichnen kann, aber die Preise und die Effektivität dieser Geräte bewegen sich in eine Richtung, so dass sie schon bald alltäglich werden könnten. Weiterhin lässt sich der Wohnkomfort durch Nutzung von Fernbedienungen in Form von PDAs steigern. Die interne Kommunikation des Hauses und die Kommunikation nach außen lassen sich einfach über jederzeit und überall verfügbare Geräte verwirklichen, was einem viele lästige Wege abnimmt.

8.3.3 Erhöhung der Wohnqualität

Durch ein über den Homeserver geregeltes Mediacenter lassen sich digitalisierte Filme und Musik überall im Haus abrufen. Diese Omnipräsenz von Unterhaltungsmedien führt zu einer gesteigerten Wohnqualität. Das Smart Home bietet weiterhin Möglichkeiten, sich vor äußeren oder inneren Gefahren zu schützen - konkret heißt das Einbruchsschutz und Unfallschutz. Diese Befriedigungen des menschlichen Sicherheitsbedürfnisses führen entsprechend zu einer Erhöhung der Wohnqualität.

8.3.4 Der gefühlte Wohnkomfort

Zusammenfassend betrachtet erhöht eine Kombination vieler Automatismen sehr wohl den Wohnkomfort. Wie weit man bei einer solchen Reduzierung manuellen Aufwands gehen möchte oder als wie luxuriös man die Verfügbarkeit von Technik betrachtet, hängt wiederum vom Individuum selbst ab. Nicht jeder Mensch hat den gleichen Bedarf an Luxus und viele Menschen verzichten lieber auf völlige Kontrolle durch elektronische Geräte. Auch die Installation vieler Geräte ohne gute Planung kann als Maximierung des Wohnkomforts gedacht sein, sich dann aber als lästig herausstellen. Der Mensch muss sich also klar darüber sein, welche Technologie er nutzen möchte und welche Technologien ihm einen Vorteil für seine persönlichen Bedürfnisse geben. Objektiv betrachtet erhöht sich der Komfort. Eine subjektive Einschätzung muss, aufgrund von individuellen Präferenzen, sehr differenziert vorgenommen werden.

9 Fazit

Zusammenfassend kann man sagen, es stehen alltägliche Technologien zur Verfügung und es ist machbar sie zum Smart Living zu kombinieren. Will man alltägliche Technologien zu einem Smart Home zusammenführen bedarf es allerdings einer Menge Arbeit. Der daraus resultierende Nutzen zeigt sich hauptsächlich in einer Erhöhung des Wohnkomforts. Durch den cleveren Einsatz der vorgestellten alltäglichen Technologien kann der Wohnkomfort deutlich gesteigert werden.

Zum Smart Living gehört aber auch unnötige Wohnkosten einzusparen. Das Smart Home ist allerdings leider erst einmal kein Energiesparhaus. Zwar können intelligente Steuerungen durchaus helfen Energie zu sparen, doch bei der Installation eines Hausautomationssystems sollte das Energiesparen nicht an erster Stelle stehen. Da gibt es Technologien, die weitaus effizienter sind.

Man darf zwar keine Wunder erwarten - ein intelligentes Haus kann nicht mehr, als ein intelligenter Mensch. Das Smart Home kann aber lästige Routinearbeiten fehlerfreier, zuverlässiger und eventuell auch schneller durchführen, als seine Bewohner.

10 Fußnoten

1. ↑ ^{1,0 1,1} vgl. Schräder (2007)
2. ↑ vgl. Tanenbaum (2003), S. 18
3. ↑ ^{3,0 3,1} vgl. Comer (2000), S. 115
4. ↑ vgl. IEEE P802.3ab 1000BASE-T Task Force (2007)
5. ↑ vgl. Prasad, A. R. / Prasad, N. R. (2005), S. 2
6. ↑ vgl. (In)Security of the WEP algorithm
7. ↑ vgl. IEEE 802.15 WPAN Task Group 1 (TG1) (2009)
8. ↑ vgl. Zahl der Woche Nr.19 vom 15.05.2007
9. ↑ vgl. Dobrinski / Krakau / Vogek (2003), S. 452
10. ↑ vgl. ifm electronic Schulungsunterlagen efector600 Temperatursensoren (2003)
11. ↑ vgl. HomeMatic-Zentrale CCU 1
12. ↑ vgl. Bonik / Hödicke / Wiener (1998), S. 9
13. ↑ vgl. Gira
14. ↑ vgl. Jung Systeminformation KNX / EIB
15. ↑ vgl. Die C-Control Familie
16. ↑ vgl. EuroX10
17. ↑ vgl. Definition Real-Time Systems
18. ↑ vgl. Verschiedene Arten von Relais
19. ↑ vgl. Anacron
20. ↑ vgl. Statistik Fernsehgeräte (2007)
21. ↑ vgl. Statistik Flachbildschirmfernsehgeräte (2007)
22. ↑ vgl. Index GfK TEMAX 2008
23. ↑ vgl. TuxBoxWiki
24. ↑ vgl. VLC Media Player
25. ↑ vgl. Velleman K8055 USB Produktseite
26. ↑ vgl. Microsoft TechNet: Taskplaner
27. ↑ vgl. Vixie (1993)
28. ↑ vgl. VLC für die d-box 2
29. ↑ vgl. http://www.mocom-online.de/index.php?page=shop.product_details&flypage=shop.flypage&product_id=130&category_id=40&manufacturer_id=0&option=com_virtuemart&Itemid=26
30. ↑ vgl. http://www.sly.de/artikeldet.php?proid=35804
31. ↑ vgl. http://www.kmelektronik.de/main_site/prod_detail/detail.php?ArtNr=9587&Ref=&gp=&fd=
32. ↑ vgl. http://www.conrad.de/goto.php?artikel=523380
33. ↑ vgl. http://www.conrad.de/goto.php?artikel=505196
34. ↑ vgl. http://www.conrad.de/goto.php?artikel=608459
35. ↑ vgl. http://www.conrad.de/goto.php?artikel=518305
36. ↑ vgl. http://www.alarmsysteme-tschauder.de/produkte/funktuerfenstersensor.php4
37. ↑ vgl. http://www.conrad.de/goto.php?artikel=190817
38. ↑ vgl. Elektrogeräte im Stand-by-Modus kosten 70 Euro mehr pro Jahr
39. ↑ vgl. Intelligentes Lüften und Heizen spart Geld

11 Anhang

11.1 Literaturverzeichnis

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Anacron	o.V.: Anacron, Online-Publikation, http://anacron.sourceforge.net, Stand: 12.01.2009
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Comer (2000)	Comer, D. E.: Computernetzwerke und Internets, Pearson Studium / 2000
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Dobrinski / Krakau / Vogek (2003)	Dobrinski, Krakau, Vogek: Physik für Ingenieure, Vieweg + Teubner Verlag / 2003
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EuroX10	o.V.: EuroX10, Online-Publikation, http://www.eurox10.com/Content/X10Information.htm, Stand: 15.01.2009
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Vixie (1993)	Vixie, P.: Unix man pages - cron deamon, Online-Publikation, http://unixhelp.ed.ac.uk/CGI/man-cgi?cron+8, Stand: 20.01.2009
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Zahl der Woche Nr.19 vom 15.05.2007	o.V.: Zahl der Woche Nr.19 vom 15.05.2007, Online-Publikation, http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Presse/pm/zdw/2007/PD07__019__p002,templateId=renderPrint.psml, Stand: 20.01.2009