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Technologie-Monitoring Smart Home: Sicherheit wird Massenmarkt

Die Bedeutung und Marktperspektiven von Sicherheitssystemen in Smart-Home-Anwendungen für das Handwerk nimmt zu - so sieht es Dr. Linda Meyer-Veltrup vom Heinz-Piest-Institut für Handwerkstechnik (HPI). In ihrem Beitrag stellt die Forscherin die wichtigsten Technologien und Komponenten vor, die Handwerker beim Bau eines Smart Homes in Bezug auf das Thema Sicherheit kennen sollten.

Topic channels: TS Digitalisierung, TS IT-Sicherheit, TS IT-Trends und TS Smart Home

Die Umschreibung Smart Home, häufig auch mit Begriffen wie "Intelligentes Wohnen" oder "Smart Living" in Verbindung gebracht, steht für eine intelligente Verknüpfung von technischen Komponenten im privaten Wohnraum.

Technische Verfahren/Funktionsprinzip

Basis für ein Smart Home ist die gezielte Vernetzung von Komponenten aus den Bereichen Haustechnik, Haushaltsgeräte oder Entertainment. Sie ermöglicht eine automatische Kommunikation der einzelnen Komponenten untereinander, bei Bedarf auch das zentrale Steuern oder Regeln einzelner Komponenten. Wesentliche Aufgaben von Smart Home-Anwendungen sind unter anderem, den Komfort zu steigern, mehr Sicherheit für die Bewohner zu gewährleisten oder Energie zu sparen. In diesem Technologie-Steckbrief wird speziell der Bereich „Smart Home – Sicherheit“ betrachtet.

Grundsätzlich sollte zu Beginn entschieden werden, ob es sich um eine VdS-zertifizierte (Vds = Verband der Sachversicherer) Anlage oder um eine nicht zertifizierte Anlage handeln soll. VdS-zertifizierte Anlagen haben den Vorteil, dass alle verwendeten Bauteile, Systeme, Dienstleistungen und Geräte dem Stand der Technik und den höchsten Prüfanforderungen entsprechen. So verlangen Versicherungsunternehmen im Zusammenhang mit der Versicherung hoher Sachwerte zur Verringerung ihres Risikos häufig eine Objektsicherung durch eine VdS-zertifizierte Anlage. Des Weiteren sind verschiedene Normen und Richtlinien zum Thema Einbruchmeldetechnik und Anforderungen an Leitungsnetze sowie Blitz- und Überspannungsschutz einzuhalten.

Für ein voll funktionsfähiges Smart Home ist eine Gebäudeautomation mit einer Vernetzung der technischen Komponenten notwendig. Der logische Aufbau der Gebäudeautomation kann in die drei Bereiche unterteilt werden:

  • Feldebene
  • Automationsebene
  • Managementebene

Fundament der Gebäudeautomation

Die Feldebene bildet das Fundament der Gebäudeautomation. Hier werden alle Daten erfasst und Funktionen ausgeführt. Das Erfassen der Daten erfolgt durch Sensoren. Dies können z.B. Bewegungsmelder, Temperaturfühler oder Fensterkontakte sein. Ausgeführt werden die Funktionen von Aktoren. Es handelt sich dabei u.a. um Stellmotoren für Ventile und Klappen, Schalt- und Dimmeinrichtungen für die Beleuchtung oder Antriebe für den Sonnenschutz. Des Weiteren werden der Feldebene noch Bedieneinrichtungen wie zum Beispiel Schalter, Raumbediengeräte oder Touchpanels zugeordnet.

Um die Informationen der Sensoren an die Aktoren weitergeben zu können, müssen alle Feldgeräte (Sensoren, Aktoren, Bedieneinrichtungen) in ein gemeinsames Netzwerk zusammengeführt werden. Die meist verwendete Netzwerktopologie ist hierbei der Bus, in der alle Geräte direkt mit demselben Übertragungsmedium, d.h. dem Bus verbunden sind. Die Sensoren wandeln dabei physikalische Größen in elektrische Signale um. Die Aktoren werden über die intelligente Steuerung einbezogen und führen erhaltene Befehle aus, z.B. Temperaturänderung eines Heizkörpers durch Steuern des entsprechenden Stellantriebs.

Intelligentes Bindeglied

Die Automationsebene ist das intelligente Bindeglied zwischen der Feldebene und Managementebene. Sie verfügt über alle notwendigen Regelprogramme und bündelt die Informationen aller angeschlossenen und vernetzten gebäudetechnischen Anlagen. Hier werden von ein oder mehreren Recheneinheiten Daten der Sensoren und Aktoren gesammelt, aufbereitet und anschließend Regel- und Steuerungsmechanismen ausgelöst. Die Feldgeräte werden hierfür entweder über einen Feldbus zusammengefasst und über eine höherwertige Schnittstelle in die Recheneinheit eingelesen oder es werden physikalische Datenpunkte direkt über analoge und digitale Eingänge angeschlossen. Bestimmte Daten werden an den Leitrechner der Managementebene weitergeleitet. Die zentrale Recheneinheit wird dabei auch als Direct Digital Control (DDC) bezeichnet.

Übergeordnete Funktionen

Der Managementebene oder auch Leitebene sind alle übergeordneten Funktionen wie die Visualisierung, Überwachung, Bedienung und Ausgabe von Störmeldungen des Gebäudes usw. zuzuordnen. In der Regel stellt sie über einen Desktop mit der benötigten Anwendungssoftware das „Human Machine Interface“ (HMI), also die Schnittstelle zum Menschen, zur Verfügung.

Nachfolgend werden einige Beispiele zum Bereich „Smart Home – Sicherheit“ aufgeführt:

  • Gefahrenvermeidung: Die Gefahrenvermeidung beschreibt z.B. Abschreckung durch Bewegungsmelder und Kameras oder Regelung von Leuchten, Musikanlagen und Jalousien zur Anwesenheitssimulation.
  • Elektronische Schließtechniken: Elektronische Schließtechniken werden u.a. zur Gebäudesicherung genutzt. Sie können z.B. berührungslos oder kontaktbehaftet durch biometrische Systeme oder anhand von Smart Home-Bedienelementen gesteuert werden.
  • Mechanische Sicherung: Hierunter sind Mechanische Sicherungen für Türen, Fenster und Rollläden zu verstehen, um ein Eindringen in das Haus zu verhindern/erschweren.
  • Einbruchmeldeanlagen (EMA): Einbruchmeldeanlagen sind Alarmsysteme, die z.B. durch Kontaktmelder an Türen und Fenstern, intelligente Sensoren oder Kameras etc. angesteuert werden und bei einem unbefugten Zutritt reagieren.
  • Automatisierte Rufsysteme: Automatisierte Rufsysteme werden z.B. zur Meldung von möglichen Gefahren durch Feuer, Wasser, Gas oder unbefugten Zutritt eingesetzt.
  • Smart Home-Plattformen: Mittlerweile existieren zahlreiche internetbasierte Plattformen zur Steuerung von Gebäudeautomationskomponenten, z.B. Qivicon, innogy Smart Home oder Conrad Connect, auf dem Markt. Sie ermöglichen es, Smart Home-Komponenten von verschiedenen Herstellern miteinander zu kombinieren, zu steuern, zu kontrollieren und zu automatisieren. Mit OpenHAB 2 wurde eine kostenfreie, quelloffene Software entwickelt, mit dem Ansatz, auf der Managementebene herstellerübergreifend die unterschiedlichsten Komponenten zu einem Smart Home zu vernetzen.
  • IT-Sicherheit & Datenschutz: Vermeidung ungewollter Zugriffe externer Personen auf persönliche Daten und von Hacker-Zugriffen auf die Haussteuerung. Gefahrenpotenziale liegen u.a. bei der Übertragung von Daten an Dritte (z.B. Stromverbräuche), Steuerung des Systems über W-LAN oder der externen Speicherung der Daten (z.B. in Clouds). Hierbei sind rechtliche Vorschriften sowie bestehende Normen zu beachten/ einzuhalten.
  • Vernetzung: Hierunter ist die physikalische Vernetzung der Gebäudeautomatisierungs-komponenten zu verstehen. Bestehende Systeme sind z.B. KNX, LON und LCN. Im KNX System kann die Übertragung der Daten über verschiedene Medien erfolgen. Dies wäre eine Zweidrahtleitung (KNX Twisted Pair), das vorhandene Stromnetz (KNX Power Line), eine Übertragung über Funk (KNX Radio Frequency) sowie über das Ethernet (KNX IP) (KNX 2013). LON steht für Local Operating Network. Die Datenübertragung kann über Zweidrahtleitung, Funk, Glasfaser oder Powerline erfolgen. LCN steht für Local Control Network. Für die Datenübertragung zwischen den Gebäudekomponenten wird eine freie Ader des vorhandenen Stromnetzes genutzt.
  • Fernüberwachung: Fernüberwachung durch Dritte (Dienstleister) wie z.B. Sicherheitsdienst (Einbruch) oder Pflegekräfte (Sturzerkennung, Überprüfung von Vitalwerten).
  • Multimedia/Kommunikationstechnologien: Anwendung und Integration von Multimedia wie z.B. mobile Endgeräte oder Heimgeräte in das Smart Home Netz bzw. in die Gebäudeautomation.

Anwendungsgebiete und betroffene Berufe

Speziell für Berufe aus dem Ausbau, kann die Thematik ebenfalls interessant werden. Neue Einsatzgebiete bzw. Geschäftsfelder, z.B. der Aufbau einer gewerkeübergreifenden Beratungskompetenz oder der Sicherheitsberater, der den Kunden bzgl. Einbruchschutz sowie Sicherheit von Daten beim intelligenten Wohnen berät, können sich erschließen.

Bestehende Hemmnisse für gewerblichen Einsatz

Für zahlreiche Betriebe ist die Unübersichtlichkeit des Marktes zum Thema Smart Home das größte Hemmnis, welches sie davon abhält Kunden proaktiv zu diesem Thema zu beraten. Es existiert eine große Anzahl von Systemen, die sich neben den zur Verfügung stehen Komponenten und Funktionen vor allem hinsichtlich der verwendeten Übertragungsprotokolle und -medien unterscheiden und nur bedingt eine herstellerübergreifende Kompatibilität bieten. Viele Systeme bedienen dabei nur spezielle Märkte. Somit muss der Handwerker zwischen einer Vielzahl verschiedener Systeme differenzieren. Um hier zielgerichtet beraten zu können, sollten sich Multiplikatoren (u.a. Architekten, Elektroinstallateure, Energieberater) einen Wissensvorsprung aneignen.

Auf Kundenseite liegen die Hemmnisse laut Verbraucherzentrale Bundesverband vor allem darin, dass der Mehrwert nicht gesehen wird und die Kosten zu hoch erscheinen. Als weiteres Hemmnis aus Kundensicht wird häufig die Angst vor Datenmissbrauch angeführt.

Durchdringungsgrad der Technologie

Einer Analyse von Statista Digital Market Outlook (DMO) zufolge wird der Markt für smarte Haushaltsgeräte in den kommenden Jahren wachsen. Auch für andere Smart Home Segmente wie Vernetzung und Steuerung, Energie-Management und Gebäudesicherheit prognostiziert der DMO ein konstantes Umsatzwachstum. Aktuell ist bereits in 6,1 Millionen deutschen Haushalten mindestens eine Smart Home-Anwendung im Einsatz - bis 2023 soll die Zahl auf 13,5 Millionen steigen.

Fazit

Durch intelligente Vernetzung verschiedener Komponenten können z.B. Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz eines Gebäudes oder einer Wohnung gesteigert werden. Die Nachfrage nach smarten Lösungen wird in den nächsten Jahren im gewerblichen sowie im privaten Bereich stetig wachsen. Das Thema Sicherheit spielt dabei eine zentrale Rolle. Bedenken seitens der Endverbraucher bestehen im Zusammenhang mit Smart Home-Lösungen vor allem hinsichtlich des Datenschutzes und der IT-Sicherheit.

Hemmnisse seitens der Handwerksbetriebe Smart Home-Systeme aktiv anzubieten liegen, aufgrund der zahlreichen verschiedenen Systeme und Anbieter in der Unübersichtlichkeit des Marktes. Von den Elektrohandwerken werden zunehmend Smart Home-Lösungen angeboten. Aus berufsqualifikatorischer Sicht sind diese Gewerke auch grundlegend für die Beratung, Installation und Wartung entsprechender Systeme vorbereitet. Dennoch besteht insbesondere hinsichtlich der Markttransparenz sowie der Daten- und IT-Sicherheit ein Bedarf an über die Erstausbildung hinausgehender Anpassungsqualifizierung. Ein Teil des Bedarfes wird bereits von einigen Bildungszentren des Handwerks, insbesondere von den im ELKONet zusammengeschlossenen, abgedeckt. Hier gilt es, Bedarf und Angebot abzugleichen.

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