Können Gebäude wirklich intelligent sein?

Transkript

1 Können Gebäude wirklich intelligent sein? Dieter Hutter Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Standort Bremen Datenschutz-Fachtagung Rostock, *EXZELLENT *

2 Was ist ein intelligentes Gebäude Vernetzt Wohnen+Leben Intelligentes Gebäude zum Anfassen Von Spezialisten von VDE, ZVEH und ZVEI IFA 2012 (Halle 11.1, Stand 6)

3 Was ist wirklich intelligent Antworten aus der Künstlichen Intelligenz (Russell & Norvig) Systeme, die wie Menschen denken [The automation of] activities that we associate with human thinking, activities such as decision-making, problem solving, learning (Bellmann, 1978) Systeme, die rational denken The study of the computations that make it possible to perceive, reason, and act. (Winston, 1992) Systeme, die wie Menschen handeln The art of creating machines that perform functions that require intelligence when performed by humans. (Kurzweil, 1990) Systeme, die rational handeln AI is concerned with intelligent behaviour in artifacts. (Nilsson, 1998)

4 Gebäudeautomatisierung oder Ambient Assisted Living Gebäudeautomation Vernetzung: Kommunikation, Analyse Komplexeres Messen, Steuern, Regeln Fernsteuerung Ambient Assisted Living (AAL) Ausgleich altersbedingter Defizite (Mobilität, Gedächtnis,..) Kognition (Erkennen von Absichten) Assistenz (Erbringen von gewünschten Leistungen)

5 Bremer Ambient Assisting Living Lab 2-Zimmer Wohnung Sensorik: Trittsensoren, Kinect, RFID, Aktoren: automat. Türen, verstellbare Schränke, Betten, Toiletten

6 Bremer Ambient Assisting Living Lab Rollstuhl Rolland Sicherheitsebene Selbständige Navigation Orientierung in der Umgebung Laserscanner Fahrassistenz

7 SHIP Zielsetzung Entwicklung, Implementierung, Verifikation und Überwachung von Prozessen, die Einzelsysteme und deren Aktivitäten orchestrieren Gesamtsystem besteht aus vorhandenen (black-box) Diensten und Geräten Benutzer, die mit dem System interagieren (white-box) Prozesse, die mit vorhandenen Diensten und Geräten interagieren AAL - use case

8 Methodik Spezifikation der Eigenschaften eines Gesamtsystems Zerlegung erfolgt in Eigenschaften existierender (black-box) Prozesse Können erwartet aber weder garantiert noch erzwungen werden Eigenschaften neu entwickelter Prozesse Könn(t)en garantiert werden Eigenschaften der Umwelt und Verhalten des Benutzers Können erwartet aber weder garantiert noch erzwungen werden Eigenschaften der Überwachungsprozesse Können auf beobachtetes Verhalten reagieren

9 SHIP-Tool Designprinzipien Prozesse Monitore SHIP-Tool Ontologien A-Box A-Box Aktualisierung Aktueller Zustand (der realen Welt) als logische Formel (A-Box) Änderungen werden über A-Box Aktualisierungen kommuniziert Kommunikation von Wünschen / Befehle / Informationen über A-Box Aktualisierungen

10 Controlled Processes Logiken für die Orchestrierung Zustände des Systems sind in einer Beschreibungslogik als A- Boxes beschrieben Monitor Änderungen des Systems sind als A-Box Aktualisierungen beschrieben DL- ABox Black-Box Processes Monitore sind Mengen von temporal-logischen Beschreibungen Environment User Änderungen und Anfragen erfolgen in der Logik (mit Pellet als DL-Beweiser)

11 Spezifikationssprache(n) Standard Temporallogik erster Ordnung X (Next) 1 U 2 (Until) G (AlwaysFuture) F (Event.Future) Y (Last) 1 S 2 (Since) H (AlwaysPast) P (Event.Past) 8 x. 9 x. Dynamische Logik [R] alle mit R erreichbaren Welten, <R> in manchen R-erreichbaren Welten Elementare Prozessschritte werden durch Axiome charakterisiert 8 x:light. LightOff (x) ) [switch(x)] LightOn(x) 8 x:light. LightOn(x) ) [switch(x)] LightOff (x) Komposition der Prozesse p1;p2 (Seq); p* (Rep); p1+> p2 (Alt); (?) (Test); p1 p2 (Parallel) if-then-else und while-schleifen

12 Spezifikationssprache(n) Benannte rekursive Prozesse Mit Hilfe zusammengesetzer Prozesses über Frame-Axiome [blink(x)] [if Night then switch(x); blink(x) else skip] Kombination mit Temporallogik (Monitor) [waitfornight(x)] Day U (Night Æ ) [blink(x)] [if Night then switch(x);blink(x) else waitfornight(x);blink(x)] Erlaubt die Spezifikation von Prozessen, die ein spezielles Verhalten beobachten

13 Monitore LTL-Formeln über A-Boxen Beispiele: Alle Türen müssen im Normalfall bei Nacht geschlossen sein: monitor MonitorDoors(sit,time) = all d:door. (d:closed U (sit:emergency or time:day)) Warten bis Notfall eintritt oder die Nacht vorbei ist: monitor EmergencyHappens(sit,time) = sit:normal U (sit:emergency or time:day)

14 Fortschreiben der Monitore monitor MonitorDoors(sit,time) = all d:door. (d:closed U (sit:emergency or time:day)) Start des Monitors upperrightdoor:closed U (situation:emergeny or time :Day) Æ upperleftdoor:closed U (situation:emergeny or time :Day) Æ Update(situation:Emergency) Update(upperRightDoor:Open) True False

15 Beispiel einer Szenarienbeschreibung Monitore monitor MonitorDoors(sit,time) = all d:door. (d:closed U (sit:emergency or time:day)) Prozesse und Aktionen action CloseDoor(d) = { pre = d:door, d:open effect = d:closed } function DoorControl(sit,time) = { if (sit:emergency) skip else if (time:night) ( (init MonitorDoors(sit,time) ) + (if (sit:emergency) skip else (CloseAllDoors; DoorControl(sit,time))) ) else skip } Beschreibungslogik T-Box // free type Door ::= Closed Open Door = Closed <+> Open // free type Time ::= Day Night Time = Day <+> Night A-Box bathroomlight:off bedroomlight1:off bedroomlight2:off corridorlight:off livinglight1:off

16 Einsatz des SHIP-Tools Koordination von Rollstuhlfahrten Überwachung von Türen und Leuchten Durchführung von Notfallplänen

17 Sicherheitsanforderungen Sicherheit (Safety) der Prozesse Schutz vor Fehlfunktionen Sicherheitsebene im Rolland, Quetschschutz bei Türen, Öffnen der Türen im Brandfall, Sicherheit (Security) Daten und Informationen Prozesse Lokalisation, medizinische Daten, Präferenzen, etc. Vertraulichkeit bzw. Privatheit, Integrität Öffnen/Schließen der Türen und Fenster, etc. Geheimhaltung, Authentifizierung

18 Sicherheitsmechanismen Sicherheitsprotokolle / sichere Kommunikation Energieeffiziente, funkbasierte Datenübertagung Basisprotokolle Zigbee, Z-Wave, Bluetooth, Sicherheitspolitiken und deren Einhaltung Zugriff auf Daten und Informationen Keine (HW-)technischen Schranken Informationen als verarbeitete und abstrahierte Daten Wo sind sensible Daten enthalten

19 Antiquiertes Sicherheitsmodell Schwachstellen Benutzung Administration Design Herausforderungen Zunehmende Komplexität Formalisierung von Sicherheit Intuitives Verständnis von Sicherheit im Großen

20 Informationsflusskontrolle Intelligente Systeme verarbeiten Daten zu komplexen Informationen Welche Informationen gelangen nach außen und was kann daraus an Daten gefolgert werden Zugangskontrolle der Daten allein ist unzureichend Pin System mit geheimen Aktionen Sichtbares Verhalten, Beobachtungen des Angreifers Sicheres System: Ausgabe 4711 hängt nicht von der PIN ab Unsicheres System: Ausgabe 4712 hängt von der PIN ab Pin System ohne geheime Aktionen Sicher, wenn beide Sichten gleich sind Beobachter (kennt das System) DFG-Schwerpunkt SPP 1496: Reliably Secure Software Systems

21 Fazit Gebäude können intelligenter werden Modellierung mit Hilfe von Ontologien Logikbasierte Prozesse und Monitore Intelligenz bedeutet Kombination und Verarbeitung von Daten Nachverfolgbarkeit von (Roh-)Daten Mechanismen zur Garantie von Sicherheitspolitiken Sicherheitsmechanismen müssen wirklich intelligent werden!