Zukunft Wohnen Intelligenz in den eigenen vier Wänden

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1 Intelligenz in den eigenen vier Wänden Wolfgang Kastner Technische Universität Wien Automation Systems Group

2 Automation Systems Group Computer Engineering/Software Engineering System Analysis and System Design Knowledge Engineering and Information Modeling Enterprise system interfaces Software Interfaces and Middleware Quality of Service (Security/Safety) Control Networks Building Automation (wired/wireless) Home Automation/Smart Homes Industrial Automation and Control Networked Embedded Systems intelligent und sparsam Haushalte sind maßgebliche Verbraucher 39% Verbrauchsanstieg in Gebäuden zw und 2003 Heizung/Kühlung, Warmwasser, Haushaltgeräte, Beleuchtung, Elektrogeräte als Hauptverbraucher in Ö Quelle: Austrian Energy Agency

3 Klimaziele und Fragestellungen Ziele Reduktion der Treibhausgas-Emissionen um 20% Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien auf 20% des Energieverbrauchs Energieeffizienz ist um 20% zu erhöhen Fragen Weniger Energie verbrauchen? Mehr/ bessere Energie produzieren? Wie kann der Endverbraucher zur Erreichung der Ziele beitragen? Welche Strategien sind dabei am effizientesten? Wie kann das Haus der Zukunft hier helfen? Wie funktioniert es intern? Erwartungen an unsere Gebäude Wohn- und Zweckbauten sollen ein optimales Umfeld für die darin verrichteten Tätigkeiten schaffen Wohlbefinden (Komfort) Schutz (Sicherheit) und das so effizient wie möglich! Wirtschaftlichkeit

4 Vorteile durch Automation Zweckbau Bedarfsgerechte, komfortorientierte Raumkonditionierung Zentraler und Fernzugriff auf Geräte, Daten, Differenzierte Kostenabrechnung Alarm- und Sicherheitsmanagement Automatisierte Planung und Abwicklung von Wartungsvorgängen Heimbereich Komfort Ease of Use, bessere Kontrolle Energieeffizienz Kosteneinsparung Peace of mind und Sicherheit Ambient Assisted Living, Telecare Fernzugriff, Überwachung Smart Homes Anwendungsfall-Klassen Thermische Behaglichkeit Heizung/Kühlung, Lüftung, Luftqualität Visueller Komfort Beleuchtung/Verschattung Energieeffizienter Betrieb von Haushaltsgeräten Waschmaschine, Trockner, Geschirrspüler,... Energieeffizienter Betrieb von Unterhaltungselektronik TV, Radio, Videorekorder, Spielekonsole,... Alarmanlagen, Sicherheitstechnik Security (Einbruchsschutz, Präsenzsimulation) Safety (Brandmeldeanlagen, Fluchtwege)

5 Smart Homes Anwendungsfall-Klassen Intelligente Integration von regenerativen Energiequellen Photovoltaik Windenergie Solar-, Geothermie Lastverschiebung ( Deferrable loads ) Laststeuerung ( Demand side management, Smart Grid) Fernzugriff und -wartung Verbrauchsmonitoring und -visualisierung Ratgeberfunktionalität Persuasive Technologies Feedback zu Aktionen Vorschläge für Aktionen Smart Homes Use Cases Smart Homes ist weitgefasster Begriff Oftmals nur Einsatz von Automation ohne Intelligenz Multimedia- Demonstratoren Benutzerakzeptanzstudien Punktuelle Lösungen, aber keine umfassenden Ansätze Quellen: The Georgia Tech aware home

6 Smart Homes Begriffsdefinition Klassische Automationssysteme erlauben Kontrolle von Gebäudefunktionen, aber reizen deren Möglichkeiten nicht aus Ziel: Intelligente Ausnutzung des Potentials durch umfassende Computerunterstützung = Smart Homes Smart Home Charakteristika Selbsttätige Kontrolle ohne Benutzereingriffe Intelligente Auswahl von Aktionen/Strategien Einhaltung von Energieeffizienz und Komfort Anpassung an Umgebung und Benutzer Globale Optimierung Holistischer Ansatz nötig Smart Home Systeme Home Server (Set-top box) Internet Automations- und IT-Netze Haustechnik Weiße Ware Unterhaltungselektronik Tele-Care Monitoring

7 Herausforderungen Integration heterogener Systeme, Services und Geräte Unterschiedliche Funktionen (Heizungsregelung vs. TV) Drahtgebunden und Wireless Komplexe Systeme Anzahl der Geräte/Services Patchwork verschiedener Ansätze mit Gateways Oft schlecht benutzbar Komplizierte Regelungstechnik Physikalische Prozesse Zusammenhänge und gegenseitige Beeinflussung Zielgruppe Experten Konfiguration des Systems nur durch Experten Änderungen und Anpassungen werden ignoriert Automationspotential liegt brach Barrieren - Interoperabilität Vielzahl an Technologien und Standards im Umfeld von Heim- und Gebäudeautomation Komplette Systemstacks und Medien Oft optimiert für unterschiedliche Domänen

8 2-stufige Architekturen -RF Barrieren Security Gefahren Automatisierung birgt die Gefahr von missbräuchlicher Verwendung Zugriff auf Heim- und Gebäudeautomation Fernabschaltung von Stromanschlüssen Abhilfe Starke Authentifizierung- und Verschlüsselungsverfahren müssen eingesetzt werden Offene Technologien statt Security by Obscurity Regelmäßige Security Audits

9 Barrieren Security Quelle: Security in Buidling Automation, FWF - P19673 Confidentiality (Vertraulichkeit) Geheime Daten dürfen nicht unbefugt erlangt und deren Sinn verstanden werden Sender Empfänger passiver Angreifer

10 Integrity (Integrität) Unbefugte Modifikation von Daten muss verhindert oder zumindest erkannt werden Sender Empfänger aktiver Angreifer Freshness (Aktualität) Aktualität der Daten muss überprüft werden Sender Empfänger Angreifer

11 Barrieren Privacy Gefahren Detaillierte Verhaltensmuster von Bewohnern möglich (Bewegungssensoren, Chipkartenleser, CO 2 Sensoren, ) Überwachung von Bewohnern Missbräuchliche Verwendung von Daten Abhilfe Starke Zugriffskontrollmechanismen Nur Daten sammeln, die wirklich nötig sind Dateneigentümer Kontrolle und Einsicht geben, welche Daten von wem zu welchem Zweck verwendet werden Anforderungen Ganzheitliches, umfassendes Systemkonzept Integration aller Funktionen und Technologien Abstraktion spezifischer Details Zentraler Systemzugriff, zentrale Systemrepräsentation Autonome und automatische Kontrolle/Regelung Pro-Aktivität Neuartige Kontrollansätze Vernetzung von Domänen Einbindung erneuerbarer Energien Einbeziehung zusätzlicher Information (Gebäudestruktur, Gebäudehülle) Anpassungs- und Lernfähigkeit Flexibilität, Erweiterbarkeit

12 ThinkHome Zeit, Zeitpläne Kontext Inferenz Umfassende Daten aus dem Gebäude Anwesenheit und Tätigkeit Benutzer Direkte Interaktion Benutzer Benutzer Wünsche Globale Ziele KI basierte Kontroll- Strategien Istwerte, Sollwerte, Gebäudeverhalten Wissensrepräsentation Haustechnik System-spezifische Kommunikation Haustechnik Smart Homes Smart Cities Ganzheitliche Betrachtung Ökologisches und behagliches Wohnen und Arbeiten Intelligente Regelung von Verkehr und Mobilität Einbindung erneuerbarer Energien Intelligente Verteilung von Energie Verantwortungsvoller Umfang mit Ressourcen Einbeziehung zusätzlicher Informationsquellen Lokale und globale Einbettung, z.b. Smart Grid, IoT

13 Internet of Things Eindeutig identifizierbare physische Objekte mit virtueller Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur Anwendungsbereiche Logistik Fertigung Verkehr Energieversorgung Intelligente Gebäude Altersgerechte Assistenzsysteme Umweltmonitoring Quelle: IoT European Research Cluster IoT Technology Roadmap Quelle: SRI Consulting Business Intelligence

14 Internet of Things based on IPv6 IoT6 (www.iot6.eu) Highly scalable IPv6-based Service-Oriented Architecture to achieve interoperability, mobility, cloud computing integration and intelligence distribution among heterogeneous smart things components, applications and services Kommunikationsstack: IP(v6) Technologie bis in die Feldebene (IEEE , 6LoWPAN) Web services für Embedded Devices Gateway Konzept für existierende Technologien Cloud-basierte Managed Services Zusammenfassung und Ausblick Gebäude- vs. Heimautomation Technik-Funktionsbereiche grundsätzlich gleich Spezielle Herausforderungen im kleinvolumigen Wohnbau Smart Home System als ganzheitliche Lösung Einbeziehung zusätzlicher Informationsquellen Lokale und globale Einbettung, z.b. Smart Grid, IoT Heimenergiemanagementsysteme als möglicher Trend für die nächsten Jahre Managed Service in der Cloud? Security und Privacy Problematik darf nicht unterschätzt werden

15 Referenzen Wolfgang Kastner, Mario Kofler. ThinkHome: Lernende Gebäude der Zukunft. smart city: Wiener Know-how aus Wissenschaft und Forschung, Erich Schmidt Verlag, Christian Reinisch. A framework for distributed intelligence for energy efficient operation of smart homes, Dissertation Technische Universität Wien, Félix Iglesias Vázquez, Wolfgang Kastner, Mario Kofler. Holistic smart homes for air quality and thermal comfort. Intelligent Decision Technologies, 7(1):23-43, Mario J. Kofler, Christian Reinisch, Wolfgang Kastner. A semantic representation of energy-related information in future smart homes. Energy and Buildings, 47(0): , Christian Reinisch, Mario J. Kofler, Felix Iglesias, Wolfgang Kastner. ThinkHome: Energy Efficiency in Future Smart Homes. EURASIP Journal on Embedded Systems, 2011:18, Wolfgang Kastner, Stefan Soucek, Christian Reinisch, and Alexander Klapproth. Building and Home Automation. Industrial Electronics Handbook, CRC Press, 2nd edition, Quelle: ThinkHome, FFG - P

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