VICINITY

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Vicinity: „Der Benutzer bestimmt, welchen anderen Teilnehmern dieses Netzes er vertraut.“

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WLAN, ZigBee, Z-Wave und diverse Funkstandards mehr – verschiedene Standards haben sich in über die Jahre entwickelt, die jeweils unterschiedliche Stärken haben, was die Reichweite, die Art der Vernetzung, den Energiebedarf und andere spezifische Eigenschaften angeht. Ein Forscherteam an der Universität in Kaiserslautern entwickelt VICINITY, das alle Netzwerke miteinander verbinden soll und gleichzeitig für mehr Transparenz sorgen soll.

Ich sprach mit den beiden Forschern Christopher Heinz und Johannes Kölsch. Die beiden studierten Angewandte Informatik an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Im Rahmen ihrer anschließenden Promotion im Bereich Cyber-Physikalischer Systeme befassen Sie sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung von Infrastrukturen für das Internet der Dinge. Aktuell können Sie sich mit den Machern von VICINITY auf der Hannover-Messe in Halle 2, Stand B40, treffen.

19 Partner im Vicinity-Konsortium

19 Partner im Vicinity-Konsortium – © vicinity2020.eu

Sie vergleichen den jetzigen IoT-Status mit Radio-Empfänger und -Sendern, die in verschiedenen Sprachen und auf verschiedenen Frequenzen senden. Wie ist es dazu gekommen?

Im Internet of Things haben wir aktuell die Situation, dass natürlich jeder gerne an diesem Trend teilhaben möchte. Das gilt nicht nur für die Anwender, die sich davon mehr Komfort oder neue, intelligente und nützliche Funktionen und Dienste versprechen. Auch Anbieter dieser Dienste und neuer Geräte möchte gerne daran verdienen. Jedoch fanden dabei, gerade anfangs wenige, bis gar keine Absprachen über einen einheitlichen Standard statt, sodass wir aktuell unzählige Geräte haben, die für sich alleine auch sehr gut funktionieren, jedoch keine Möglichkeit bieten, sich in andere Systeme einzugliedern.

Damit haben wir nun viele Produkte, die eine gleiche Funktion anders realisieren. Sie „sprechen eine andere Sprache“, meinen aber oft das Gleiche. Das kann sowohl technisch, durch den Einsatz unterschiedlicher Protokolle wie z.B. die von Ihnen angesprochenen WLAN oder ZigBee sein, was den Radios auf verschiedenen Frequenzen entspricht.

Aber natürlich könnten die übertragenen Daten unterschiedlich zu interpretieren sein. Bedeutete eine „1“ jetzt „einschalten“ oder „Tür ist offen“? Hier liegt dann der Vergleich mit verschiedenen Sprachen nahe. Wir reden hier von „Interoperabilität“ der Geräte untereinander.

Wäre es nicht einfacher, die Hersteller würden sich auf einen generellen Standard einigen? Die Industrie hat sich damit in der Vergangenheit schon häufig schwer getan, beispielsweise bei Video-Kassetten oder DVDs. Aber angesichts der Vorteile einer einheitlichen Basis ist es dann doch zu einer Einigung gekommen. Warum sollte dies bei IoT-Produkten nicht auch geschehen?

Es wäre sicherlich einfacher gewesen, wenn das zu einem frühen Zeitpunkt geschehen wäre. Vielleicht wird es eine solche Einigung auch noch geben. Dennoch sind zurzeit schon sehr viele Produkte in Umlauf und in den eigenen vier Wänden eingebaut, die dann nicht nach diesem einen Standard funktionieren würden. Sicher würden nur die wenigstens Menschen gerne ihre bereits gekauften Produkte wieder austauschen wollen?

Auch wird zurzeit ja fast alles vernetzt, nicht nur das traute Heim. Wir sprechen hier also von einem deutlich größeren Maßstab als „nur“ der Unterhaltungselektronik. Auch Fabriken, landwirtschaftliche Geräte, die Anzeigetafeln an der nächsten Bushaltestelle… Alles wird vernetzt. Hier wirklich alle Beteiligten mit ins Boot zu bekommen halte ich für unwahrscheinlich, wenn nicht unmöglich.

Vicinity-Logo

Vicinity-Logo

Sie arbeiten an Ihrem System VICINITY, das Sie als „virtuelles Nachbarschaftskonzept“ bezeichnen. Wie entstand die Idee dazu?

Bei dem VICINITY Projekt wollen wir die isolierten Lösungen, die sich inzwischen etabliert haben miteinander verbinden. Dabei soll jedoch nicht an der eigenen Wohnungstür Schluss sein. Um ein Beispiel zu nennen: Denken Sie an ein Mehrfamilienhaus, einen ganzen Häuserblock oder gar eine ganze Stadt, die sich den aus Solarenergie erzeugten Strom teilen. Wenn alle Bewohner ihre Verbraucher gleichzeitig einschalten, sobald die Sonne aufgeht wird das wahrscheinlich nicht funktionieren.

Wenn sich die Geräte untereinander jedoch absprechen können und sie beispielsweise nacheinander Ihre Wäsche waschen, profitieren alle davon. Dazu müsste sich aber Ihre eigene Waschmaschine mit den anderen Stromverbrauchern in der näheren oder aber auch weiter entfernten Umgebung absprechen können. Sie müssen sich also unter Umständen nicht nur mit Ihren tatsächlichen Nachbarn abstimmen, sondern ggf. auch mit den Bewohnern zwei Straßen weiter, um es einmal überspitzt darzustellen. Die Nachbarschaft der Geräte ist hier also unter Umständen rein virtuell. Dass Sie mit den Geräten zum Teil jedoch interagieren können, als wären sie bei Ihnen zuhause, spiegelt eine gewisse Nähe der Geräte zueinander wider. Das soll auch durch den Projektnamen „VICINITY“, zu deutsch als „Nähe“ dargestellt werden.

Im Übrigen war dieses Beispiel nicht ganz aus der Luft gegriffen. Unsere Projektpartner aus Portugal arbeiten tatsächlich an einem Aufbau, der ein intelligentes und effizientes Strom- und Energiemanagement ermöglicht, was sich über mehrere Häuser und öffentlichen Einrichtungen erstreckt. Das Ganze ist Teil eines von insgesamt vier Pilotaufbauten, die noch während unseres Projektes die Funktion von VICINITY demonstrieren werden. Weitere solcher Piloten wird es noch in Griechenland und in zwei Städten in Norwegen geben.

Können Sie die angestrebte Funktionsweise von VICINITY mit einfachen Worten erklären?

Wir versuchen die zuvor bereits angesprochene Interoperabilität zu schaffen. Wenn wir bei dem Beispiel der Radios bleiben, so soll es möglich sein den Sprecher in jedem Radio zu verstehen. Technisch gilt es hier also zunächst das Problem der unterschiedlichen Frequenzen bzw. Protokolle zu lösen. Ist das geschafft, geht es darum die verschiedenen Sprachen zu verstehen.

Einfach ausgedrückt braucht man hier so etwas wie einen Dolmetscher, der die verschiedenen Sprachen in eine gemeinsame „VICINITY-Sprache“ übersetzt, bzw. aus dieser gemeinsamen Sprache wieder zurück in eine verständliche Sprache für den jeweiligen Empfänger. In VICINITY wird es hierfür Adapter geben, also quasi in Software gegossene Dolmetscher für die unterschiedlichen „Sprachen“.

Profilbild Johannes Kölsch

Johannes Kölsch

Wie unterscheidet sich VICINITY von anderen Projekten wie etwa IoTivity, der Opensource-Lösung im Linux-Umfeld, oder Eclipse Kura?

VICINITY geht verglichen mit diesen Projekten einen Schritt weiter. In der Regel sind diese Projekte in dem Moment an ihrem Ziel, wenn zwei oder mehr der zuvor noch isolierten Lösungen von Hersteller A und B miteinander über ein gemeinsames Interface oder eine gemeinsame Schnittstelle zu steuern sind. Und das ist auch für uns sehr hilfreich. Statt für jedes Produkt einen eigenen VICINITY Adapter zu implementieren, können wir stattdessen auf die existierenden Lösungen zurückgreifen und die bereits getane, getestete und etablierte Arbeit dieser Projekte noch um weitere Funktionen und Kommunikationswege erweitern. So können wir mit VICINITY zwei Gateways, die z.B. IoTivity und Eclipse Kura nutzen, miteinander kommunizieren lassen. Und das nicht mehr länger in einem abgeschlossenen, isolierten „LAN of Things“, sondern tatsächlich über Häuser und sogar Ländergrenzen hinweg in einem wirklichen Internet of Things!

Selbstverständlich behält jeder, der sich mit VICINITY vernetzt aber die volle Kontrolle über seine eigenen Geräte. Zunächst einmal sehen Sie als Benutzer nur selbst Ihre eigenen Geräte in VICINITY. Sie entscheiden dann, mit wem sie welche Funktionalität und von welchen Geräten im Einzelnen teilen möchten. Ähnlich einem sozialen Netzwerk oder eben einer Nachbarschaft.

Das Projekt startete 2016 und soll bis 2020 mit EU-Fördergeldern laufen. Wie kann ich mir das Ziel vorstellen – soll dies ein definiertes Gerät sein oder die Beschreibung eines Systems, das von Herstellern in Lizenz übernommen werden kann?

Das EINE VICINITY Gerät wird es nicht geben. Stattdessen bietet VICINITY eine Infrastruktur, die eine Kommunikation mehrerer Knoten, die im einzelnen dann z.B. IoTivity, Eclipse Kura, OpenHAB, etc. nutzen, ermöglicht. VICINITY bietet hier also die Infrastruktur, Adapter für einige der bereits angesprochenen Opensource-Lösungen sowie natürlich Dokumentationen um eigene Adapter zu entwickeln. Jeder ist dazu eingeladen sich mit seiner eigenen Infrastruktur an VICINITY anzukoppeln.

VICINITY bietet hier nicht nur die Möglichkeit der Vernetzung, sondern auch Dienste, die ich dann für meine eigenen Geräte nutzen kann um mein Smart Home so noch smarter zu machen. Wie bereits erwähnt zielen wir aber nicht nur rein auf den Smart Home Sektor ab, sondern möchten unsere Infrastruktur auch anderen Domänen zur Verfügung stellen.

Die angesprochene Smart Energy Domäne ist hier nur ein weiteres Beispiel. Im Rahmen des Projektes wird es noch Demonstrationen in weiteren Bereichen wir z.B. Mobility oder Healthcare geben. Unser definiertes Ziel wäre daher, dass wir all diese Pilotprojekte und Demonstrationen mit einer einzigen Lösung, mit VICINITY, vernetzen können. So soll unter Beweis gestellt werden, dass unser Konzept allgemeingültig, Geräte-, Domänen- und auch Länderübergreifend funktioniert.

Sie vergleichen VICINITY mit Strom-Adaptern, mit dem man seinen Rasierer oder Fön auf Reisen verwenden kann trotz unterschiedlicher Steckdosen. Er ist also nur so eine Art Übersetzer? Oder fügt er dem System noch weitere Möglichkeiten hinzu?

VICINITY möchte bestehende Infrastrukturen miteinander verbinden. Wir möchten nicht, dass alle Nutzer zunächst einmal neue „VICINITY Komponenten“ kaufen müssen. Ganz im Gegenteil. Wie bereits erwähnt setzen wir stark auf bestehende Open Source Lösungen, wenn es etwa darum geht eine neue Infrastruktur aufzubauen. Aber auch proprietäre Lösungen möchten wir unterstützen.

Hierfür müssen dann einzig die Adapter entwickelt werden. Alles Weitere kann bestehen bleiben. Diese Adapter sind einfach gesprochen tatsächlich so etwas wie Übersetzer, die eine Kommunikation zwischen VICINITY und der jeweiligen Infrastruktur herstellen. Durch die Adapter wird konfiguriert welche Geräte und welche Funktionen überhaupt über VICINITY freigegeben werden. Das ist uns wichtig. Der Benutzer soll hier die volle Kontrolle behalten.

Selbstverständlich geht es uns bei VICINITY nicht nur darum Geräte zu vernetzen und die Kommunikation, auch zwischen „Silos“ zu ermöglichen. Wir wollen durch diese Vernetzung auch neue Dienste ermöglichen, die man sich dann ähnlich einem App-Store über VICINITY für sein eigenes Zuhause installieren bzw. nutzen kann. Für die Entwickler dieser Dienste machen es unsere Adapter recht einfach. Die Dienste müssen lediglich mit VICINITY kompatibel sein. Der Weg bis zu den Geräten wird dann wieder in die entsprechende Infrastruktur zurückübersetzt.

Wie viele Menschen arbeiten derzeit an dem Projekt? Wie werden die ja sehr unterschiedlichen Bereiche bearbeitet?

Als EU-Projekt arbeiten an VICINITY insgesamt 15 Partner aus ganz Europa. Neben uns in Kaiserslautern, gibt es noch weitere Firmen und Universitäten in Norwegen, Dänemark, Slowakei, Slowenien, Griechenland, Spanien und Portugal. Jeder dieser Partner hat sein eigenes Spezialgebiet. Jeder bringt sein Know-how ein und ist natürlich am Erfolg von VICINITY in seinem eigenen Bereich, wie auch im Gesamten interessiert.

Zu Anfang des Projektes haben wir an allen Standorten die Anforderungen und Ziele ermittelt. Daraus ergab sich dann ein umfangreiches Modell, welches die Bereiche Transport, eHealth, Energy und natürlich Smart Home abdeckt. Ich wage zu behaupten, dass wir durch diese breit gefächerte Zielsetzung auch für weitere Bereiche offen sind und unser Konzept auch in diesen Bereichen funktionieren wird.

Profilbild Christopher Heinz

Christopher Heinz

Was sehen Sie als die größten Herausforderungen bei diesem Projekt?

Wir stellen uns einigen Herausforderungen. Was die Arbeit gleichzeitig spannend, wie schwierig macht, ist die Tatsache, dass wir so breit aufgestellt sind. Sowohl was die unterschiedlichen Bereiche angeht, in denen wir tätig sind. Aber natürlich auch die Tatsache, dass wir in vielen europäischen Ländern arbeiten. Alle Bereiche oder Länder mit ihren unterschiedlichen Anforderungen, Richtlinien oder Gesetzeslagen. Und dann wollen wir uns nicht gegen bestehende Standards stellen, sondern natürlich auch mit diesen Zusammenarbeiten und kompatibel bleiben. Da kommt einiges zusammen, woran man denken muss.

Wie sehen Sie die Zukunft Ihres Projektes? Anfangs benötigte man als Smarthome-User noch verschiedene Gateways, also etwa eines von Philips Hue. Mittlerweile beginnen Hersteller solche Gateways gleich in ihre IoT-Geräte zu integrieren. Bekanntestes Beispiel dürfte der Amazon Echo Plus sein, der über einen eingebauten Smarthome-Hub für ZigBee-Geräte verfügt. Wird Ihr System VICINTY also auch in anderen Geräten verbaut, oder wird es auf Dauer ein eigenständiges Gerät bleiben?

Als Forschungsprojekt vermarkten wir keine eigenen Geräte. Jeder ist eingeladen sich eine OpenSource-Lösung, z.B. auf einem RaspberryPi zu installieren, seine eigenen Geräte damit zu vernetzen und schließlich einen unserer (ebenfalls Open Source) VICINITY-Adapter zu installieren und loszulegen.

Aktuell haben wir auch einen Open Call gestartet. Wir rufen also dazu auf, sich mit VICINITY zu vernetzen, und mit uns zusammenzuarbeiten. Nähere Infos dazu kann man auf unserer Projektwebseite nachlesen. Wir freuen uns auch über Feedback und Bugreports. Wie es 2020, wenn das Projekt endet, weiter geht, ist im Großen und Ganzen den einzelnen Partnern überlassen. Auch hier hat jeder seine ganz eigenen Vorstellungen und Business Modelle.

Wir als Universität sind daran interessiert an diesem brandaktuellen Thema zu forschen und die Zukunft aktiv mitzugestalten. Ein Traum wäre es natürlich, wenn VICINITY Einzug in die gängigsten Software-Lösungen und Geräte findet. Wer weiß. Vielleicht wird es in Zukunft ja Router mit VICINITY geben  🙂

Viele Hersteller, die sich zum Teil überhastet auf den rasant wachsenden IoT-Markt gestürzt haben, haben dabei das Thema Sicherheit nicht bis ins Detail ausgearbeitet. Wie sicher wird VICINITY? Besteht nicht die Gefahr, dass Hacker über das schwächste Gerät in das ganze System eindringen?

Wir haben den ganz klaren Vorteil: Wir haben Zeit. Dass wir nicht mehr die Ersten sein können ist klar. Also können wir uns Gedanken um Themen wie Sicherheit und Privatsphäre machen, die sonst manchmal etwas stiefmütterlich behandelt werden. Die absolute Sicherheit kann es nicht geben. Wir tun natürlich unser Möglichstes: Wir halten uns an aktuelle Standards und Best Practices. Wir nutzen bereits etablierte und ausgiebig getestete Komponenten und Software.

VICINITY ist aus Sicht der Geräte ein Peer-to-peer Netzwerk. Der Benutzer bestimmt, welchen anderen Teilnehmern dieses Netzes er vertraut. Per Default sieht erst einmal niemand meine eigenen Geräte und kann auch nicht darauf zugreifen. Das muss ich als Benutzer erst einmal bewusst zulassen.

Sollte doch einmal ein Knoten kompromittiert werden, so haben wir die Möglichkeit ihn direkt aus dem Netzwerk auszuschließen, sodass die anderen Knoten sicher sind. Das kann VICINITY als Administrator dieses Netzes, genauso wie die Benutzer selbst, der seine „Freundschaft“ mit dem kompromittierten Knoten wieder aufheben kann.

VICINITY soll nicht nur die IoT-Geräte System-übergreifend miteinander verbinden, sondern auch Anbindungen an unterschiedliche Clouds vermöglichen. Wir das für den User nicht irgendwann unübersichtlich?

Ich denke das Gegenteil ist der Fall. Wie ist denn die aktuelle Situation (ohne VICINITY)? Wenn Sie diese Clouds nutzen möchten (oder herstellerabhängig nutzen müssen), dann brauchen Sie dafür pro Cloud eine App oder ein eigenes Web-Interface, über das Sie dann nur diesen einen Teil Ihrer Geräte verwalten und steuern können. Das wird wohl wirklich irgendwann etwas unübersichtlich und auch unkomfortabel.

Mit VICINITY brauchen Sie zwar pro Cloud einen Adapter. Letzten Endes verbinden sich Ihre Geräte dann aber mit VICINITY und sie haben alle Geräte in einem Netzwerk. Sie können die Steuerung und Vernetzung aller Geräte zentral verwalten.

Ein Beispiel wäre hier unser Partner Gorenje aus Slowenien, den man auch hier in Deutschland als Hersteller für Haushaltsgeräte kennt. Gorenje arbeitet für seine smarten Geräte an einer Cloud-Lösung um auch eigenständig, ohne VICINITY den Komfort von Smart Home gewährleisten zu können. Jedoch haben die Entwickler dort auch einen Adapter für VICINITY entwickelt, den wir bereits ausgiebig testen konnten. Für den Benutzer und auch für Dienste, die ich über VICINITY nutzen möchte, sieht es so aus, als wären alle Geräte, ob lokal, über WLAN, ZigBee, oder eben über eine Cloud angeschlossen, in einem großen, einheitlichen Netz verbunden. Ich schicke die gleichen Befehle für beispielsweise das ein- und ausschalten an meine Lampen und an den Backofen. Den letzten Schritt übernehmen wieder die Adapter. Darum muss ich mich als Benutzer aber nicht mehr kümmern und das hin- und herwechseln zwischen Apps entfällt.

Wann wird das System marktreif sein?

Zum Ende unserer Projektlaufzeit (also bis zum Jahr 2020) wollen wir unsere vier großen Piloten in Betrieb haben. Bis dahin muss alles funktionieren. Durch die Open Calls und die Interaktion mit vielen verschiedenen möglichen Nutzern haben wir dann hoffentlich an alle Eventualitäten gedacht. Dann können wir denke ich von einer marktreife sprechen.

Welche Verbreitung erwarten Sie von VICINITY im Jahr 2025?

Ich hatte vorhin ja bereits davon geträumt, dass unsere Software in die bekannten Lösungen Einzug gehalten hat. Dass immer mehr Hersteller zusätzlich zu ihren eigenen Lösungen auch einen VICINITY-Adapter anbieten und dass man vielleicht nicht einmal mehr ein eigenes Gerät, speziell für VICINITY benötigt. Ob das realistisch ist wird die Zeit zeigen. So schnelllebig und rasant die Entwicklungen im Bereich IoT zur Zeit voranschreiten ist fast alles denkbar.

Herr Heinz, Herr Kölsch, ich danke Ihnen für das Gespräch.

 


Johannes Kölsch und Christopher Heinz studierten Angewandte Informatik an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Im Rahmen ihrer anschließenden Promotion im Bereich Cyber-Physikalischer Systeme befassen Sie sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung von Infrastrukturen für das Internet der Dinge. Aktuell können Sie sich mit den Machern von VICINITY auf der Hannover-Messe in Halle 2, Stand B40, treffen.

 

 

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