Smart Home und Smart Devices: Was können intelligente Heimnetzwerke?
Das Internet der Dinge ist in aller Munde. Was aber heißt das genau? Wie wird es umgesetzt? Wer kann es nutzen? Wie sicher ist es in der Anwendung? Ist es noch Zukunftsmusik oder werden wir demnächst davon profitieren können?
Die Grundlage sind einzelne Smart Devices, von denen wir hier auch etliche vorstellen wollen. Das Smartphone hat heutzutage fast jeder in der Tasche, aber wie sieht es mit Smart-Kühlschränken oder Smart-Schlössern aus?
Dieser Artikel soll einen groben Überblick über den Stand der Technik liefern und gleichzeitig einen Ausblick zeichnen, was uns in Zukunft noch erwartet.
Was sind Smart Devices?
Smart Devices sind Geräte, die sich mit einem Netzwerk oder anderen Geräten verbinden können und interaktiv bzw. bis zu einem gewissen Grad autonom arbeiten können. Es gibt eine ganze Reihe unterschiedlicher Varianten dieser Technologie, von denen das Smartphone, ein mobiles Telefon als tragbarer Computer mit Internetzugang und zahlreichen programmierbaren Funktionen ist. Doch darüber hinaus existieren auch Smart – Fahrzeuge, -Thermostate, -Türklingeln, -Schlösser, -Kühlschränke, -Phablets, -Tablets, -Watches (Uhren), -Armbänder, -Schlüsselanhänger und vieles mehr. Dadurch werden Aufgaben von einem zentralen Rechner, zum Beispiel einem Desktop-Computer auf zahlreiche mobile Geräte übertragen. Man spricht von ubiquitous computing, allgegenwärtiges Rechnen, also der breiten Verfügbarkeit von Computerleistungen in der menschlichen Umwelt.
Dazu muss das Gerät eine Reihe von Voraussetzungen erfüllen: Es beginnt mit einem Set von Hardware und darauf installierter Betriebstechnik und Software. Durch Plug & Play – fähige Erweiterungen kann diese noch ausgebaut und an einzelne Aufgaben angepasst werden. Dazu kommt noch eine Schnittstelle für Netzwerkzugriff und externe Steuerungsmöglichkeiten. Außerdem haben Smart Devices eine Verbindung zur physischen Welt um entweder mit Menschen oder anderen Gegenständen zu interagieren. An einem Beispiel: Ein Smart-Schloss, das vom Hausbesitzer ohne Schlüssel z. B. mit dem Smartphone entriegelt werden kann, benötigt einen Computer, eine Netzwerkschnittstelle, um Befehle vom Smartphone zu erhalten und evtl. mit dem Smart – Home – System des Nutzers zu kommunizieren sowie die physische Komponente: Das Schloss selbst, welches auf Befehle geöffnet oder geschlossen wird.
Internet of Things
Daraus abgeleitet bzw. dadurch ermöglicht werden soll das Internet der Dinge (Internet of Things), das schließlich ein den Menschen überall umgebendes Netzwerk intelligenter Technologie ergeben soll und Steuerung, Logistik und Informationen für diesen von jedem Punkt seiner Umwelt aus erreichbar machen kann. Die Idealvorstellung geht davon aus, dass diese Technologie den Menschen unmerklich unterstützt und weitgehend autonom agiert, ohne aufzufallen bzw. von wichtigen Aufgaben abzulenken.
Natürlich darf man diese Vorstellung nicht unkritisch sehen: Wenn Rechner alles durchdringen, fallen erhebliche Datenmengen an, die zu verarbeiten und zu schützen sind. Gerade die Bewahrung der Privatsphäre wird mit wachsender Zahl an Sensoren immer schwieriger – schließlich wecken die anfallenden Informationen auch Begehrlichkeiten bei z. B. Behörden, Marketingabteilungen kapitalistischer Konzerne aber auch Kriminellen. Darüber hinaus erzeugt eine wachsende Computerisierung unseres Alltags einen steigenden Energie- und Ressourcenbedarf.
Anwendungsbeispiele: Diese Smart Devices gibt es bereits
Natürlich ist all das keine Zukunftsmusik mehr. Es gibt auf dem Markt bereits eine Vielzahl von Angeboten und fertigen Lösungen, die sich leicht installieren und vernetzen lassen. Darüber hinaus existieren vielfältige Möglichkeiten, eigene Geräte zu entwerfen – dank der stetig steigenden Verfügbarkeit von Komponenten zur Konstruktion ist dies so leicht wie nie.
Digitaler Sprachassistent
Mit Amazons Alexa und dem Google Home Assistenten sowie einigen Geräten von Noname-Anbietern existieren Kommunikations-Hubs, über die man das eigene Netzwerk und Verbindungen zum Netz über die Stimme steuern kann. Wenn man das Smart Device anspricht, registriert es das stimmliche Kommando und kann eine Vielzahl von Befehlen akzeptieren. Außerdem sind diese Assistenten lernfähig und können trainiert werden, neue Kommandos entgegenzunehmen. Auf diese Weise lässt sich Musik abspielen und vielerlei Funktionen im Smart Home bedienen – zum Beispiel Licht oder Thermostat. Außerdem kann man ToDo-Listen diktieren oder Einkäufe im Netz in Auftrag geben. Die Vielseitigkeit und einfache Bedienung dieser Geräte haben schon viele Kunden überzeugt, die eine möglichst intuitive Schnittstelle für ihre intelligente Computerumgebung suchen.
Smartwatch
Neben Smartphones dürften Smartwatches die am weitesten verbreiteten Smart Devices überhaupt sein. Hier überschneiden sich Funktionen traditioneller Uhren mit denen von Fitness-Armbändern zur Messung von Trainingsleistung, die Herzschlag, Schrittzahl und andere Parameter messen. Darüber hinaus können über die einfache Erreichbarkeit am Handgelenk Signale per Vibration übermittelt werden: Zum Beispiel Warnungen für Weckfunktionen oder eingehende Anrufe. Außerdem kann die Smartwatch als Schnittstelle zur Bedienung von Funktionen des Smartphones genutzt werden, zum Beispiel Start oder Stop von Musik oder Podcasts, das Tracking von Wegen oder das schnelle Tätigen eines Anrufes über Bluetooth-Headsets.
Smartglasses
Experimente mit dieser Technologie haben sich vorerst als Sackgasse erwiesen, da die Praktikabilität der Brillen vom Entwickler überschätzt wurde. Die meisten Nutzer fanden keinen Gefallen an der Steuerung über Gesten, Sprachbefehle oder Augenbewegungen. Außerdem gab es große Bedenken bezüglich des Datenschutzes, da die getesteten Modelle ständig Ton- und Bildaufzeichnungen anfertigten, deren Speicherung für die Nutzer nicht immer vollständig nachvollziehbar blieben. Sicherheitsprobleme könnten sich auch beim Führen von Fahrzeugen ergeben.
Dennoch ermöglichen Smartglasses eine Vielzahl von Eingaben und Informationsdiensten gerade im Sinne von Augmented Reality: Hier ließen sich etwa beim Spazierengehen in unbekannter Umgebung Karten mit GPS-Navigationsdaten einblenden oder zusätzliche Daten zu Sehenswürdigkeiten, Personen, Fahrzeugen etc. liefern. Auch die Möglichkeit, mit einem Kommando ein Bild zu “schießen”, einfach indem man den Kopf in die entsprechende Richtung dreht und das Foto auslöst, ist hochkomfortabel. In Kombination mit einer smarten Umgebung ließe sich zum Beispiel grafisch der Status einzelner Geräte und Funktionssteuerung darstellen.
Einen immer weiter verbreiteten Einsatz finden die intelligenten Brillen in der Arbeitswelt. So lassen sich im Bereich der Logistik und anderen Arbeitsfeldern, auf denen Checklisten oder andere Kommissionierungsvorgänge deutlich vereinfachen, wenn das Erledigen dieser Listen einfacher zu bewerkstelligen ist. Wenn die Arbeiter in diese Bereich mit Klemmbrettern unterwegs sind, zu denen sie sich immer wieder herunterbeugen müssen, fördert dies eine rückenschädliche Körperhaltung. Durch den Einsatz von Smartglasses ließ sich die Positur deutlich verbessern.
Smart Thermostat
Die Möglichkeit, die Heizung einfach über ein Smartphone oder ein Voice Assistant – Gerät zu steuern, das in der Lage ist, mit dem Thermostat zu kommunizieren, ist ebenfalls sehr bedienerfreundlich. Auch komplexere Programmierungen und Tages-Temperaturverläufe lassen sich so einfach realisieren. In Verbindung mit einer steuerbaren Heizanlage lassen sich auch Live-Informationen über Verbrauch und Status des Systems abrufen, Wartungstermine festlegen oder die nächste Lieferung mit Heizöl bestellen.
Smart Home Kamera
Kamerasysteme können vielfältige Aufgaben übernehmen. Zum Beispiel kann man mit Smart Kameras Videoblogs aufnehmen, Live-Streams bedienen oder an Videokonferenzen teilnehmen. So lässt sich zum Beispiel eine Rundum-Abdeckung mit mehreren Kameras in einer Wohnung erreichen, bei der automatisch das Gerät aufzeichnet, in dessen Raum sich der Nutzer gerade aufhält. Eine andere Möglichkeit, Smarte Kameras zu benutzen, ist zur Herstellung von Sicherheit: Überwachung von Wohnungs- und Hauseingängen oder schlafenden Babys, allein in der Wohnung befindlichen Hunden sind ein Querschnitt der vielen Optionen.
Smartphone-Tarife
Gerade technisch interessierte junge Menschen sind oft auf der Suche nach leistungsfähigen Geräten, können aber aufgrund der Lebenssituation am Anfang des Arbeitslebens oder im Studium nicht so viel bezahlen. Preis24.de hat unter “Junge - Leute - Deals” eine Menge Angebote zusammengetragen, die sich mit Rabatten und Sonderprämien an diese Kunden richten und ihnen eine Menge Vorteile bieten.
Smart Home: Was kostet das eigentlich?
Einsteiger-Pakete für intelligente Wohnumgebungen sind bereits ab 200 - 300 € erhältlich. Die günstigeren Varianten verwenden alle Funk und sind daher erstens störanfälliger und sorgen gleichzeitig für eine gewisse (wenn auch im gesundheitlichen Maße unbedenkliche) Strahlenbelastung. Wer das nicht möchte, sollte auf kabelgebundene Vernetzung setzen. Diese ist wesentlich stabiler und schneller und interferiert nicht mit anderen Geräten, die z. B. zum LTE-Netz oder WLan Verbindung aufbauen müssen. Allerdings liegen die Kosten hier auch deutlich höher – in der Regel kann man bis 5000 € rechnen. Nach oben hin gibt es dann im Prinzip keine Grenzen, denn in Sachen Umfang und Leistungsfähigkeit der Smart-Home-Installation gibt es keine Beschränkungen. Neben den Kosten für die Anschaffung der Ausstattung muss auch der Betrieb der Smart Devices gewährleistet werden. Dazu bucht man Apps, Cloud-Dienste, benötigt Strom und einen Internet-Provider. All das zusammen kann noch einmal 50 € monatlich kosten.
Hausautomation mit Zigbee
Zigbee ist ein Funkprotokoll für Smart Home Anwendungen. Es ermöglicht einer ganzen Reihe von Elektrogeräten, miteinander zu kommunizieren, Daten auszutauschen und Steuerungszugriff durch einen Smart Hub zu erhalten. Die Funkleistung beträgt dabei etwa 10 bis 20 Meter, kann in einer optimalen Situation aber bis zu 100 Meter betragen. Anders als WLan oder Bluetooth ist Zigbee hochgradig flexibel und auf einfache Funktionalität ausgerichtet. Auch der Energiebedarf ist dabei sehr gering und ermöglicht theoretisch einen nachhaltigen Betrieb der Einrichtung über Monate ohne Akkuwechsel. Auch auf Sicherheit und Datenschutz wird geachtet: Zigbee verschlüsselt die Kommunikation aller beteiligten Geräte mit einer 128 Bit – AES-CCM-Technologie.
Die Datenrate der Verbindungen beträgt nur 250 KBit/s, was allerdings für die begrenzten Aufgaben der Smart Home – Kommunikation vollkommen ausreichend ist.
Dabei wird eine zentrale Steuereinrichtung benötigt, die man als Hub bezeichnet. Diese spannt das Netzwerk auf und koordiniert die einzelnen Geräte. Mittels eines Echo – Lautsprechers lässt sich dies auch mit einem Alexa – Smart Assistent verbinden.
Die Struktur des Netzwerkes lässt sich dabei in verschiedenen Varianten organisieren: Bei einem sternförmigen Netzwerk kommunizieren alle Geräte direkt mit dem Hub, bei einer Mesh-Architektur stehen alle Smart Devices auch untereinander in Kontakt. Die Baumstruktur bildet einen Mittelweg.
Sicherheit und Smart Home: Passt das zusammen?
Für Hausbesitzer oder Mieter mit Smart Home – Einrichtung ist die Vorstellung, dass jemand unbefugt Zugriff zum Heimnetzwerk erhält, sicher ein Alptraum. Damit dies nicht geschieht, müssen einige Grundlagen beachtet werden, die verhindern, dass Hacker sich an der Steuerung der smarten Türschlösser, der Photovoltaikanlage oder dem Smart Home Assistent mit Verbindung zum Amazon-Konto zu schaffen machen können. Und nicht nur Hacker selbst sind in Gefahr: Bei der Verwaltung der Smart Devices fallen große Mengen an hochpersönlichen Daten an, die zum Beispiel Rückschluss über Wohn- und Konsumverhalten oder noch viel privatere Eigenheiten des Nutzers liefern. Das verlockt natürlich nicht nur Einbrecher, sondern auch Geheimdienste und Konzerne.
Die erste Regel besagt, dass alle Geräte gleichermaßen geschützt sein sollten. Das schwächste Glied in einem Netzwerk zu isolieren und anzugreifen, ist eine der leichtesten Übungen von IT-Angreifern. Aus diesem Grund sollte die Kommunikation über ein gesichertes Protokoll ablaufen und mit starken Passwörtern gesichert sein, die über ein “Passwort1234” hinausgehen. Übrigens gilt Sicherheit auch im physischen Sinn: Wenn man zum Beispiel im Außenbereich Sensoren anbringt, können diese direkt manipuliert werden, um Angriffsvektoren zu erzeugen. Hier muss also besondere Vorsicht angesetzt werden.
Mindestens genauso wichtig ist, die Autonomie der Smart Devices zu begrenzen und ihnen keinen unkontrollierten Internetzugriff zu erlauben. Gerade komplexe Geräte wie Smart Hubs, die selbstständige Bestellungen im Netz ausführen dürfen, sind eine große Gefahrenquelle.
Besonders zu sichern sind auch alle Anlagen, die Aufzeichnungen privater Aktivitäten anlegen: Vor allem Kameras können sich als Katastrophe erweisen, wenn die gespeicherten Aufnahmen nicht ausreichend verschlüsselt werden.
All das nützt natürlich nichts, wenn neben der Smart Home Einrichtung auch andere Anwendungen laufen, die weniger stark gesichert sind, sich aber als Einfallstor eignen. So sind ungesicherte WLan-Hotspots Gift für die Sicherheit, auch ein sorgloser Umgang mit Emails (Stichwort Phishing und Scamming) ist hochproblematisch. Denn die Vernetzung sorgt dafür, dass ein Angreifer von Gerät zu Gerät springen kann, bis er Kontrolle über das gesamte Netzwerk hat. Aus diesem Grund sollte man sich immer fragen, ob eine hergestellte Verbindung wirklich notwendig ist: Wenn alles mit jedem kommuniziert, können sich auch überall Trojaner und Viren verbreiten. Aus diesem Grund ist weniger oft mehr.
Ausblick in die Zukunft
Derzeit ist die Einrichtung eines Smart Homes immer noch ein Steckenpferd von technikbegeisterten Spezialisten, die meist ohnehin aus dem IT-Sektor stammen und ihre Kenntnisse von dort ins häusliche Umfeld übertragen. Das könnte sich laut Vincent Onaha, Geschäftsführer der Concept Reply GmbH – einem Dienstleister im Internet of things-Sektor – allerdings ändern, wenn die Generation Alpha in eigene Wohnungen zieht. Damit sind diejenigen Menschen gemeint, die mit allgemeiner Verfügbarkeit von Smart Devices – meistens also Smartphones – aufgewachsen sind und sich in der digitalen Welt von Heute mit größter Selbstverständlichkeit bewegen. Um diesen die Etablierung einer neuen digitalen Wohnkultur zu ermöglichen, müssen die Hersteller der Geräte und Netzwerkprotokolle allerdings noch gemeinsame Standards schaffen und insbesondere in Sachen Sicherheit und Privatsphäre nachziehen.