System for Automation and Remote Interaction
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Ausgabe: 20.07.2011      (C) 2011 P.Fiesser, alle Rechte vorbehalten
Das Smart House Projekt


Grundkonzept

Entwicklung eines Smart-House Systems
zur Steuerung und Überwachung von Gebäuden
und technischen Anlagen


Vorwort
Heute in einer Zeit, in der jedes moderne Automobil über einen sehr hohen Grad an Technologie verfügt, ist es doch recht verwunderlich, dass im Bereich der Gebäudetechnik das Zeitalter der Mikroelektronik scheinbar noch nicht einmal begonnen hat. Die Technologieentwicklung der letzten 30 Jahre hat enorme Veränderungen bewirkt, von denen die Gebäudetechnik nahezu unbeeinflusst geblieben ist. Von Ausnahmen im Bereich der Solar- und Heizungs-Technik einmal abgesehen, hat sich die Gebäudetechnik in den letzten 30 Jahren kaum verändert.
Während die technischen Funktionsgruppen eines Automobils von einem Bordcomputer über ein Netzwerk gesteuert werden, erfolgt die Steuerung der allermeisten Gebäudes immer noch per Hand über einzeln verdrahtete Schalter und Taster. Während die Käufer moderner Automobile auf Hightech-Funktionen wie adaptivem Kurvenlicht, Radar- und Kamera-basierte Fahrkontrolle, automatisches Einpark-System, satelliten-gestütztes Navigationssystem, Autotelefon oder mobilem Internetzugang sehr großen Wert legen, begnügt sich der Käufer eines Eigenheims noch damit, Roll-Läden und Jalousien über mittelalterliche Mechanismen mit reiner Muskelkraft zu bedienen.
Hier kollidiert die Welt der Moderne und des Mittelalters unmittelbar miteinander, ohne dass diese groteske Divergenz menschlicher Bedürfnisse aufzufallen scheint.
Gerade die rasant zunehmende Nutzung und Verbreitung des Internets und der extreme Fortschritt in der Unterhaltungselektronik und des Mobilfunks machen jedem unmissverständlich klar, dass im Bereich moderner Gebäudetechnik ein großer Nachholbedarf besteht.

Vor dem Hintergrund stark zunehmender Einbruchs-Delikte stellt sich die Frage, warum Hightech-Produkte im Automobil, im Mobilfunk und in der Unterhaltungselektronik, von den Menschen so geschätzt werden und gleichzeitig der eigene private Wohnraum recht stark vernachlässigt wird.

Vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und den Bemühungen zum Klimaschutz stellt sich die Frage, welche Potentiale Smart Home (eHome) Konzepte für die Energieeinsparung bieten und wie diese angesichts vielfältiger Umsetzungshemmnisse in Zukunft erschlossen werden können.

Vor dem Hintergrund des "Demografischen Wandels" stellt sich die Frage, wie Technik ein autonomes Wohnen im Alter unterstützen kann.

In dieser Ausarbeitung soll untersucht werden, wie moderne Technologie eingesetzt werden kann, um die Technik unserer Gebäude in das Zeitalter des Internets und der Mikroelektronik zu bringen.
Es soll eine Lösung erarbeitet werden, welche intelligente Gebäude-Technik (Smart-House, Smart-Home) für Anwender attraktiv macht und welche aktuelle Standards und zukünftige Trends aus den Bereichen Multimedia, Computertechnik und des Internets mit in ein zusammenhängendes Gesamtkonzept integriert.

Peter Fiesser

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1.  Die Entwicklung eines intelligenten Gebäudes2
1.1  Hintergründe2
1.1.1  Das Ziel des Smart-House Projekts3
1.1.2  Der Sinn dieser Ausarbeitung3
1.2  Smart House, Begriffe und technologische Blickwinkel4
1.2.1  Intelligentes Haus und Intelligentes Wohnen4
1.2.2  Was bedeutet 'Vernetztes Wohnen' und 'Vernetztes Haus' ?4
1.2.3  Ein 'Smart Home' schützt Sie und Ihr Eigentum5
1.2.4  Ein 'Elektronisches Haus' mit freundlicher Technologie6
1.2.5  Ein 'eHome' mit energiesparender Technologie6
1.2.6  Was bedeutet 'Smart Grid' ?6
1.2.7  Die universelle Fernbedienung Smartphone7
1.3  Die Problematik der Kommunikation8
1.3.1  Unterschiedliche Geräte sollen als Einheit arbeiten8
1.3.2  Das Internet als Standard9
1.3.3  Ein Rückblick in die Vergangenheit9
1.3.4  Schlüssel-Technologie10
1.4  Marktanalyse11
1.4.1  Aktuelle Internet-Technik11
1.4.2  Aktuelle Technik der Gebäudeautomation12
1.5  Zeile der Entwicklung13
1.5.1  Welche Eigenschaften sollte das System haben ?13
1.5.2  Ein Ausblick in die Zukunft13
2.  Das Grundkonzept von Smart House14
2.1  Vernetztes Haus, Vernetztes Wohnen14
2.2  Das Multimedia Netzwerk15
2.2.1  Der Aufbau des Multimedia Netzwerks16
2.2.2  Die Verbindung zum Internet16
2.2.3  Multimedia TV17
2.2.4  Multimedia Server17
2.2.5  Multimedia Sound-System17
2.2.6  Der Smart-House Web-Server18
2.2.7  HMI, die Mensch Maschine Schnittstelle18
2.2.8  Personal Computer19
2.2.9  Internet Radio19
2.2.10  Internet Telefon19
2.2.11  Internet Kamera, IP-Kamera, IP-Cam19
2.3  Das Smart-House Netzwerk20
2.3.1  Der Aufbau des Smart-House Netzwerks21
2.3.2  Der Smart-House Controller21
2.3.3  Steuergeräte, RTU, Remote Terminal Unit23
2.3.4  Front-End-Prozessor, FEP24
2.3.5  Der Smart-House Web-Server25
2.3.6  Fernsteuerung per Funk25
2.4  Die Möglichkeiten der Vernetzung26
2.4.1  Getrennte Netzwerke26
2.4.2  Zusammengehöriger Netzwerkverbund27
2.4.3  Durchgängige Kommunikation28
2.4.4  Komfort, Service und Support durch Fernzugriff28
2.4.5  Die Verbindung mit dem Internet29
2.4.5.1  Kommunikation im lokalen Netzwerk30
2.4.5.2  Externer Zugang über das Internet31
2.4.5.3  DNS - die Computer im Internet erhalten einen Namen31
2.4.5.4  Dynamic DNS32
2.4.5.5  Routing und Port-Freigabe33
2.4.5.6  Beispiel: Zugriff über das Internet34
2.4.5.7  Routing mittels NAT-Tabelle und Port-Freigabe36
2.4.5.8  Hintergrund-Information37
2.5  Das Software Konzept41
2.5.1  Die Problematik der Kompatibilität41
2.5.2  Kosten der Software-Entwicklung41
2.5.3  Web-Application, die universelle Software42
2.5.4  Cloud Computing, das Softwarekonzept der Zukunft43
2.5.5  Anforderung an den Web-Browser44
2.6  Das Hardware Konzept45
2.7  Komponenten der Entwicklung47
2.8  Sicherheit im Smart-House System48
2.8.1  Fernsteuerung über das Internet48
2.8.2  Zugriffsrechte48
2.8.3  Veränderliche befehlsabhängige Schlüsselcodes48
2.8.4  Firewall49
2.8.5  Viren, Würmer, Trojanische Pferde und Co.49
2.8.6  Angriffe durch Hacker49
2.8.7  Abgesichertes Netzwerk49
2.9  Die Anwendung von Funk50
2.9.1  Physikalische Probleme50
2.9.2  Böswille Angriffe auf Funksysteme51
2.9.3  Die Anwender behindern sich gegenseitig52
2.9.4  Die Energieversorgung der Geräte52
2.9.5  Wo kann Funk angewendet werden ?53

Hinweis:
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Das dargestellte System und dessen Komponenten kann zur Zeit noch nicht käuflich erworben werden.
Alle Informationen sind unverbindlich und ohne Gewähr, da sich das System noch in der Entwicklung befindet.
Eigenschaften von Geräten und Software können sich ändern, so lange der Entwicklungsprozess noch nicht abgeschlossen ist.
Alle abgebildeten Geräte repräsentieren lediglich eine symbolische Darstellung einer technischen Komponente, die in der hier gezeigten bildlichen Form so nicht existiert.
Die Abbildungen dienen alleine der Funktionsbeschreibung des Systems. Ähnlichkeiten mit den Produkten verschiedener Hersteller wären rein zufällig und implizieren nicht, dass ein der Abbildung ähnliches Produkt die beschriebenen Eigenschaften besitzt.

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SARI ist eine beim Deutschen Patent- und Markenamt eingetragene Marke (Nr. 30102307, Akz.: 30102307.7/42).