BaaS Building as a Service

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1 Die hier vorliegende Beschreibung fasst das deutsche Teilprojekt innerhalb des bei ITEA 2 eingereichten Full Project Proposal, FPP mit dem Titel BaaS Building as a Service zusammen. BaaS Building as a Service 1. Thema Heutige kommerzielle Gebäude sind mit umfassender Gebäudetechnik ausgestattet, welche durch heterogene Informationssysteme überwacht, gesteuert und verwaltet wird. Mit dem wachsenden Stellenwert übergeordneter Ziele, wie z.b. Optimierung des Gesamtenergiebedarfs, vorbeugende und aufeinander abgestimmte Wartungsmaßnahmen, multifunktionelle Nutzung und Vermietung, schnelles Notfall- und Räumungsmanagement, werden domänenübergreifende Funktionen benötigt, welche derzeit nur mit hohem Aufwand und Einzelfall-spezifisch implementiert werden können. Das Projekt BaaS entwickelt deshalb eine offene Dienste-Plattform, auf deren Basis domänenübergreifende und neuartige integrierte Dienste effizient unterstützt werden können. Die Plattform, ihre Nutzung und herausfordernde Beispielanwendungen werden experimentell demonstriert und erprobt. 2. Herausforderungen und Ziele Die zentralen Aufgaben der Gebäudeautomatisierung - Heizung/Lüftung/Klima, Versorgung, Entsorgung, Licht, Beschattung, Lift, Schließen, Reinigung, Feuersicherung und Einbruchsicherung - werden heute wenig vorteilhaft von unterschiedlichen Systemen wahrgenommen. Diese agieren innerhalb ihrer Domäne weitgehend isoliert, obwohl dringende übergeordnete Anforderungen bestehen, wie Energiesparen, Rettung/Notfallevakuierung, integrierter optimierter Betrieb und Wartung, Mieterverwaltung/Abrechnung und Sonderveranstaltungsverwaltung. Diese Anforderungen können nur durch integrierte, domänenübergreifende Verwaltungs- und Automatisierungssysteme bedient werden. Solche Mehrwert-Automatisierungssysteme werden von den Anwendern immer stärker nachgefragt und entscheiden mehr und mehr die Auftragsvergabe bei Gebäudeerrichtung und Renovierung, sind aber gegenwärtig wegen der heterogenen und nur eingeschränkt kooperationsfähigen Basissysteme mit sehr hohen Entwicklungskosten verbunden. Das Projekt BaaS soll vor diesem Hintergrund eine offene Referenzarchitektur und generische Dienste-Plattform für die Gesamtheit der Gebäudeverwaltung und Gebäudetechnik kommerzieller Gebäude entwickeln. Sie sollen die flexible und dynamische Realisierung neuartiger Dienste sowie die weitgehend automatisierte Einbindung vorhandener Teilsysteme (Legacy Integration) in einer kosteneffizienten Weise ermöglichen. Trotz der Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Systems sollen Zuverlässigkeit, Funktionssicherheit, Datenschutz und Datensicherheit gewährleistet werden. Architektur und Plattform sollen zusammen mit zentralen Basismechanismen und Diensten sowie repräsentativen innovativen domänenübergreifenden Gebäudediensten exemplarisch implementiert, demonstriert und erprobt werden. Aus diesen Ergebnissen heraus sollen mögliche Beiträge zur Standardisierung identifiziert werden, um mittelfristig eine technologische Basis schaffen zu können, auf

2 BaaS - D Projektdarstellung der europäische Anbieter ihre Wettbewerbsfähigkeit verbessern und Anteile am weltweiten Markt gewinnen können. Zentrale technologische Ansätze von BaaS sind die systematische Modellierung von Daten und Diensten als neue Abstraktionsschicht, die Service-Orientierung, und der Einsatz Modell-basierter Mechanismen zur Einbindung von Legacy-Systemen sowie der Kosten-effizienten Erzeugung neuer Dienste. Damit wird eine einheitliche Sicht auf verschiedene Anwendungs- und Technologiedomänen der Gebäudeautomatisierung geschaffen, die neue übergreifende Anwendungen beispielsweise zur Steigerung der Energieeffizienz oder der flexiblen Anpassung der Gebäudenutzung ermöglicht. Als konzeptuelle Basis soll ein neuartiges integrales Datenmodell, das BaaS-Modell, dienen, welches Mittel bereitstellen wird, den unterschiedlichen Informationsbedürfnissen und Zugriffsrechten verschiedener relevanter Akteure - insbesondere Gebäudeverwalter, Mieter, Beschäftigte, Besucher, Dienstleister und Mitarbeiter jeweils geeignet Rechnung zu tragen. Das BaaS-Modell beschreibt die Semantik von Basismechanismen und Gebäudedaten, die zielgerichtete Aggregation und Transformation dieser Daten, und die Schnittstellen zu vorhandenen, traditionell implementierten Subsystemen. Aufgrund dieser neuartigen Beschreibung unterstützt das Modell die Beschreibung von Eigenschaften von Diensten, die dynamische Erkundung und Komposition existierender Dienste, die Spezifikation sowie die verteilte Auslieferung und Installation neuer Dienste. BaaS- Modell und BaaS-Plattform ermöglichen somit eine Wertschöpfungskette für die Gebäudeautomatisierung, die neue Geschäftsmodelle in diesem Bereich erschließt.

3 BaaS - D Projektdarstellung 3. Chancen und Wichtigkeit für den Standort Deutschland 3.1 Chancen und Bedeutung Die Entwicklung von IT-gestützten Diensten zur integrierten intelligenten Gebäudeautomatisierung und deren Vermarktung stehen noch in ihren Anfängen. Sie werden jedoch von vielen Quellen als Geschäftsfeld mit hohem, zukünftigem wirtschaftlichem Potential und mit Blick auf Energieeffizienz und Gebäudesicherheit mit großer gesamtgesellschaftlicher Bedeutung eingestuft. Daher ist es für den Standort Deutschland von hoher Relevanz in dieser Pionierzeit maßgeblich mitzuwirken und die deutschen Interessen in die sich entwickelnden Standards und Technologien einzubringen. Diese Beteiligung ist Voraussetzung, um in diesen Bereichen nachhaltig erfolgreich sein zu können. Sie wird im Bauwesen sowohl im Handwerk als auch in der Bauindustrie zur Entwicklung neuartiger und hochwertiger Arbeitsplätze mit starker IT-Ausprägung führen. Die Entwicklung geeigneter Verfahren zur Integration existierender und der Entwicklung neuer Gebäudeautomatisierungsmechanismen verbessert die technischen und marktwirtschaftlichen Erfolgsaussichten deutscher Bau- und Gebäudetechnik-Unternehmen. 3.2 Notwendigkeit der Zuwendung Wie Erfahrungen in anderen Branchen zeigen, ist Technologie-Innovation und -Entwicklung ein kontinuierlicher Prozess, an dem eine nationale Industrie von Anfang an teilnehmen muss, um ihn in ihrem Interesse zu beeinflussen und um gegenüber dem internationalen Wettbewerb langfristig Marktanteile zu gewinnen und zu bewahren. Dies gilt insbesondere für IKT-Anwendungen im Gebäudesektor, in dem in den einzelnen Bereichen diverse, zum Teil konkurrierende Standards existieren, die nur unter beträchtlichem Aufwand in Kunden-spezifische Einzellösungen integriert werden können. Derzeit zeichnen sich erste, allerdings proprietäre Entwicklungen in den USA ab, dieses Problem durch Einführung von Integrations-Frameworks zu lösen. Diese sind einseitig auf die Bedürfnisse der IT- Unternehmen in den USA ausgerichtet und bedrohen deutsche Gebäudeautomatisierungsunternehmen. Gerade hier bedarf es eines besonderen Engagements Deutschlands, um sich für diesen Zukunftsmarkt zu positionieren. Die im geplanten Vorhaben zu entwickelnden Methoden und Komponenten sind dabei nicht nur für die Tätigkeitsbereiche der beteiligten Industriepartner relevant, sondern können auch auf andere Bereiche softwareintensiver, eingebetteter und räumlich verteilt entwickelter Systeme übertragen werden. Neben den großen Chancen, die die neue Technologie eröffnet, birgt sie aber auch beträchtliche Risiken: Heute eingesetzte Systeme sind weitgehend auf einzelne Anwendungsgebiete beschränkt und dadurch voneinander abgeschottet. Ein integriertes, auf der neuen Technologie basierendes System bringt große technische (IT Sicherheit, Komplexität) und wirtschaftliche (Öffnung von Märkten für neue Mitbewerber, z.b. US-Unternehmen aus dem IT-Bereich wie CISCO und IBM) Herausforderungen mit sich. Um dem mit Einführung der neuen Technologie verbundenen Paradigmenwechsel rechtzeitig Rechnung zu tragen, muss das notwendige Know-How jetzt aufgebaut und zur Entwicklung prototypischer Lösungen eingesetzt werden. Den Partnern ist es nicht möglich, das unternehmerische Risiko für die Entwicklungskosten derart komplexer Methoden und Werkzeuge vollständig zu tragen. Dies gilt für ein einzelnes Unternehmen oder Institut ebenso wie für den Projektverbund. Der Return of Invest dieser Entwicklung ist innerhalb eines kurzfristigen Zeitraumes nicht darstellbar. Das Vorhaben dient der Etablierung einer übergreifenden Software-Plattform für die Integration verteilter eingebetteter Systeme. In dieser Hinsicht adressiert das Projektvorhaben signifikante Themenschwerpunkte der IKT 2020 Hightech-Strategie als auch relevante Forschungsprioritäten im Rahmen der nationalen Roadmap Embedded Systems. Hinsichtlich IKT 2020 visiert das Vorhaben primär die Dienstplattform IKT für Dienste und Dienstleistungen an.

4 BaaS - D Projektdarstellung 3.3 Erfolgsaussichten und Verwertbarkeit Die technische Realisierbarkeit und die Erfolgsaussichten werden über die Erstellung von Werkzeugen und Demonstratoren nachgewiesen und an konkreten Anwendungsszenarien (insbesondere im Gebäude der Fortiss GmbH, München) demonstriert. Die kommerziellen Partner pflegen darüber hinaus Kontakte zu weiteren anspruchsvollen Endanwendern, um die Gebrauchstauglichkeit und Verwertung sicherzustellen. Die Zusammenarbeit mit den unterschiedlichen nationalen und internationalen Partnern im Rahmen von ITEA gewährleistet sehr gute technische Erfolgsaussichten und trägt zur Bildung einer für mögliche Standardisierungsbeiträge wichtigen breiten Konsensbasis bei. Dadurch werden die Einstiegsschwelle deutscher Unternehmen in den Markt für das intelligente Gebäudemanagement und der Entwicklungsaufwand für neue vernetzte Geräte und Dienstleistungen in diesem Sektor wesentlich reduziert. Dies eröffnet das Potential für neue Anwendungen und Dienstleistungen im Gebäudeautomatisierungssektor, welche in Deutschland vor dem Hintergrund ständig steigender Anforderungen hinsichtlich Energieeffizienz und Gebäudesicherheit benötigt werden. Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse des BaaS-Projekts auf nationalen und internationalen wissenschaftlichen Tagungen zu präsentieren und in anerkannten Fachzeitschriften zu publizieren. Damit wird die wissenschaftliche Verwertung mit dem Ziel der Verbreitung der Arbeitsergebnisse sichergestellt. Die universitären BaaS-Partner beabsichtigen, die in dem Vorhaben entwickelten neuartigen Methoden für Ausbildungszwecke zu nutzen. Die Studierenden lernen somit frühzeitig innovative Konzepte sowie Entwurfsprozesse und -umgebungen mit Ausrichtung auf industrielle Anforderungen kennen und werden für die zukünftigen Anforderungen des Arbeitsmarkts ausgebildet und qualifiziert. Die industriellen Partner von BaaS erwarten eine unmittelbare Verwertbarkeit der Projektergebnisse im Rahmen der Produktvorentwicklung sowie der Erstellung neuer Dienstleistungskonzepte. Die Projektergebnisse sollen in zukünftige Entwicklungen einfließen und zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit beitragen. Darüber hinaus ist geplant, Ergebnisse des BaaS-Projekts auf deren Patentierbarkeit zu prüfen und diese bei Eignung zum Patent anzumelden. 4. Partner MATERNA GmbH (Projektkoordinator) Mit dem Interesse, das Geschäftsfeld eines integrierten IT-Dienstleisters auf Gebäudeautomatisierungssysteme auszuweiten, sowie der Expertise eines Systemhauses für automatisierte vernetzte technische Managementsysteme sollen vorhandene Basistechnologien (die leichtgewichtige DPWS- Implementierung JMEDS, der Ansatz des Modell-basierten Managements und Weiterentwicklungen zur Policy-basierten Anomalie- und Besonderheiten-Behandlung) eingebracht und weiterentwickelt werden. Siemens AG, CT (Konsortialführer in Deutschland, technische Projektleitung) Die im Feld der Gebäudeautomatisierung vorhandene Expertise soll in die State-of-the-Art-Analyse, die Identifikation von Anwendungsfällen und Anforderungen für Smart-Buildings, die Entwicklung eines semantischen Modells für Daten und Metadaten sowie die Spezifikation der BaaS Referenzarchitektur einfließen. Besondere Aufmerksamkeit gilt den Themen Integration von Legacy-Systemen und Spezifikation und Generierung von Value-added Services; beides soll durch Verwendung modellbasierter Mechanismen effizient realisiert werden. Entsprechend der Siemens-Geschäftsfelder sollen ausgewählte Komponenten des BaaS-Systems sowie exemplarisch fortgeschrittene Gebäudedienste implementiert werden. TWT GmbH Mit der Expertise eines Technologie-Anbieters und technischen Dienstleisters im Bereich der digitalen Produktenwicklung sollen Methoden zur Datenbereitstellung, Datenanalyse und Datenauswertung in der Gebäudeautomatisierung entwickelt werden. Diese fließen in die Spezifikation und Entwicklung der BaaS Dienste-Plattform ein und bilden anschließend die Grundlage für Energieoptimierungsstrategien und -algorithmen, z.b. für Beleuchtung und Klimatisierung.

5 BaaS - D Projektdarstellung Fraunhofer FOKUS Vor dem Hintergrund bestehender Erfahrungen mit Kommunikations- und Vernetzungstechniken (insbesondere KNX, EnOcean, ZigBee, , digitalstrom, Wireless-M-Bus), drahtlosen Sensornetzen, intelligenten Verbrauchszählern mit Testbett und eingebetteten Systemen sollen der Spezifikationsprozess, die Modellierung und die Implementierung in den Schwerpunkten Sensornetze, Smart- Metering und Gebäude-Lifecycle-Management unterstützt werden. Universität Rostock, Informatik und Elektrotechnik, Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Schwerpunktmäßig sollen die in den Feldern der Service-orientierten Architekturen, der Servicebasierten Kommunikationsprotokolle und der Geräteabstraktion vorhandenen Forschungsergebnisse und Erfahrungen in das Projekt eingebracht und weiterentwickelt sowie Standardisierungsprozesse unterstützt werden. Von besonderem Interesse ist die Integrierbarkeit einer großen Anzahl ressourcenbeschränkter eingebetteter Geräte und Systeme über das integrale Datenmodell in die BaaS Service Plattform und die Berücksichtigung offener Anwendungsprotokolle wie beispielsweise eingebettete Web Services (z.b. DPWS und CoAP) für die Gebäudeautomatisierung und speziell für Smart Metering Systeme. TU München, Informatik, Netzarchitekturen und Dienste Schwerpunktmäßig sollen die in den Feldern der Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit vernetzter Infrastrukturen, der Virtualisierung, der Netzanomalie-Erkennung und der Architektur verteilter Steuerungen vorhandenen Forschungsergebnisse und Erfahrungen in das Projekt eingebracht und weiterentwickelt werden. TU Dortmund, Informatik, Rechnernetze und verteilte Systeme Schwerpunktmäßig sollen die in den Feldern der Architektur dynamisch adaptiver zuverlässiger und sicherer verteilter Systeme, der standardisierungsfähigen Kommunikation sowie des autonomen Betriebs und der (Selbst-)Verwaltung verteilter Systeme vorhandenen Forschungsergebnisse und Erfahrungen in das Projekt eingebracht und weiterentwickelt werden.

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