Cyper-Physical Systems Sind wir bereit für das vernetzte Heim und die vernetzte Stadt?

Smart Home und Smart Cities sollen künftig unseren Alltag erleichtern und den Kommunen neue Möglichkeiten eröffnen. Zuvor müssen allerdings noch zahlreiche Fragen zu technischen Standards geklärt werden, ebenso wie rechtliche, organisatorische und regulatorische Rahmenbedingungen.

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Gerade das Thema Energie zeigt sehr deutlich, wie eng Smart Home und Smart City zusammenhängen. So kann der Energie-Consumer im Smart Home auch zum Prosumer werden, also Energie ins Netz einspeisen, zumindest aber den Energieverbrauch so regeln lassen, dass Lastspitzen im Netz ausgeglichen und besonders günstige Tarife genutzt werden. Neben energieeffizienten Anwendungen bietet Smart Home auch eine Vielzahl von Lösungen, die mehr Komfort und Sicherheit bringen – von der automatischen Klimatisierung über die komplette zentrale Gebäudesteuerung bis zu Alarmsystemen.

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Eine große Herausforderung bei den smarten Systemthemen besteht in der Integration der verschiedenen Technologiebereiche und Anwendungen in der Normung und Standardisierung. Beispiel Smart Home: In der VDE|DKE-Normungs-Roadmap „Smart Home + Building“ werden allein 30 vorhandene Technologien, Frameworks und Kommunikationssysteme besprochen - von bekannteren wie Bluetooth, DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) und WLAN (Wi-Fi) bis zu IP500 und verschiedenen M2M-Technologien.

Der Wildwuchs an zum Teil herstellerspezifischen Standards wirkt für Smart Home insgesamt als Hürde bei der Markterschließung. Denn die Kommunikation von Komponenten unterschiedlicher Hersteller ist längst noch nicht selbstverständlich, und Smart Home erscheint vielen möglichen Anwendern noch zu undurchsichtig und zu kompliziert. Kooperationen wie Connected Living, EEBus oder Vernetzungsplattformen wie beispielsweise Qivicon der Telekom versuchen das zu ändern.

Mit dem EEBus wird beispielsweise ein offenes, standardisiertes und konsensorientiertes Vernetzungskonzept beschrieben, das ganzheitlich ausgerichtet und in die Energiewende eingebettet ist, angefangen von der Verbindung zwischen Smart Grid und Smart Consumern bis hin zu nahezu allen Smart Devices im Bereich Smart Home und Smart Building.

Dabei dient der EEBus als Framework für einen Customer Manager (CM) dem Zweck, die Lücke zwischen High-Level-(Energie-)Management-Systemen und Low-Level-Kommunikationstechnologien zu überbrücken, indem er eine einheitliche Schnittstelle für die Einbeziehung von Geräten mit unterschiedlichen Kommunikationstechnologien bietet.

Mit der zunehmenden Vernetzung steigen neben den Anforderungen an Interoperabilität aber auch die Anforderungen an Informationssicherheit, Datenschutz und die Performance-Eigenschaften der eingesetzten Technologien. Dazu entwickelt beispielsweise das VDE-Institut in seinem Testlab Smart Home in Offenbach in Abstimmung mit den Kunden Prüfleitfäden, die als Grundlage für Technische Richtlinien und eine Standardisierung der Prüfverfahren dienen.

Die Konformität und Interoperabilität wird dabei auf Basis von Use Cases überprüft. Andere Prüfmethoden richten sich auf die Informationssicherheit und die funktionale Gesamtsystemsicherheit. Grundlegend für die Prüfung der Elektromagnetischen Verträglichkeit EMV ist die Normenreihe DIN EN 50491-5-1ff. (VDE 0849-5-1ff.): 2010-11 Allgemeine Anforderungen an die Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG) und an Systeme der Gebäudeautomation (GA).

Die Systemintegration im großen Maßstab

Nicht minder komplex und in wesentlich größerem Maßstab angelegt ist das System „Smart City“, das in der ersten deutschen Normungs-Roadmap Smart City der Normungsorganisationen DIN und VDE|DKE definiert wird als ein „Siedlungsraum, in dem systemisch (ökologisch, sozial und ökonomisch) nachhaltige Produkte, Dienstleistungen, Technologien, Prozesse und Infrastrukturen eingesetzt werden“. In vielen relevanten Normungsbereichen wurde schon Vorarbeit geleistet, so in den deutschen Normungs-Roadmaps zu den Themen AAL, E-Mobility, E-Energy/ Smart Grids, Smart Home + Building, Industrie 4.0 sowie IT-Security.

Die Normungs-Roadmap „Smart City“ beschreibt vor allem den aktuellen Stand in acht zentralen Themenbereichen. Da es sich bei dem Konzept einer Smart City um ein äußerst komplexes System von interagierenden Subsystemen handelt, werden in den Anwendungsfällen die einzelnen Funktionen und deren Interaktionen beschrieben, die von dem System realisiert beziehungsweise unterstützt werden, denn sie bilden die Basis zur Festlegung der Anforderungen an das System.

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