Smart Home Infrastruktur

Intelligente Daten fürs intelligente Heim

| Autor / Redakteur: Dirk Möller / Redaktion IoT

Smart Home
Smart Home (iStock/NicoElNino)

Wenn das Handy den Herd ausschaltet und die Rollläden dicht macht, sprechen viele bereits vom Smart Home. Die Frage nach der geeigneten IT-Infrastruktur bleibt dabei oft noch offen.

Bereits drei Viertel der deutschen Internetnutzer haben über den Kauf von Smart-Home-Technologien nachgedacht. Doch auch wenn die Bereitschaft zum vernetzten Heim wächst, fehlt es in vielen Fällen noch an den nötigen Grundvoraussetzungen. Ein „smartes” Zuhause basiert auf einem komplexen Zusammenspiel sämtlicher Geräte, Sensoren, Kameras, Stromnetze und intelligenter Wasser- und Stromzähler. Im Idealfall sollten all diese Systeme miteinander vernetzt werden, um Daten zu erfassen, auszutauschen und in Echtzeit analysieren zu können.

Smart Home ist auch IoT

Mit anderen Worten: Eine IoT-Struktur ist unverzichtbar. Innerhalb des Netzwerks aus Geräten und Systemen im Smart Home müssen Abfragen extrem schnell und zuverlässig verarbeitet werden – selbst dann, wenn nicht alle Einheiten jederzeit online sind. Fällt ein einzelner Sensor beispielsweise aus, weil ein Gerät heruntergefahren wird, kann das Hunderte Verbindungen kappen. Gleichzeitig nehmen neu angeschlossene Systeme sobald sie online sind automatisch Verbindung zum lokalen Kontroller und anderen Geräten auf und schaffen so neue Verknüpfungen.

Plattform für vernetzte Daten 

Eine solche Verbindungsdichte und Komplexität der Daten erfordert entsprechende Datenbanklösungen. Einfache Aufgabestellungen für das Smart-Home lassen sich noch mit einer relationalen Datenbank lösen. Eine solche Datenbank stellt jedoch Daten in Spalten, nicht in Netzwerken dar, und ist daher keine optimale Lösung für die Abfrage von Verknüpfungen wie sie im IoT herrschen. Die meisten IoT-Anwendungen basieren auf vernetzten Daten.

In Graphdatenbanken lassen sich solche komplexen, multidimensionalen Verbindungen realitätsnah abbilden. Das liegt allein schon in der Struktur begründet, in der Daten als „Knoten“ dargestellt sind, die über „Kanten“ miteinander verbunden sind. Übertragen auf das Smart Home könnte ein Graph beispielsweise so aussehen: „Sensor A1“ und „Zeitschaltuhr A2“ sind mit „Beleuchtung A“ verbunden, die wiederum Daten an die „Basisstation 1“ und damit an weitere Systeme wie „Stromzähler“ oder „Licht-App“ auf dem Smartphone weiterleitet. Der Fokus auf vernetzte Daten ermöglicht es, in Echtzeit die Verknüpfungen zwischen Systemen zu speichern, mit Eigenschaften zu versehen und abzufragen.

Dabei fließen die Daten unterschiedlicher Systeme zusammen und erlauben einen Ein- und Überblick in das Kommunikationsnetzwerk im Smart Home. Auf einen Blick lässt sich nachverfolgen, wo einzelne Anwendungen aber auch Plattformen in der Cloud zum Einsatz kommen, und wie sie mit anderen Systemen in Verbindung stehen. Auf dieser Basis lassen sich auch Impaktanalysen durchführen und Störungen und Ausfällen auf den Grund gehen.

Graph-Plattform für Breitbandverbindungen

Ein Beispiel wie Graphtechnologie als Plattform für Smart Home-Anwendungen genutzt wird ist Telia. Der Telekommunikationskonzern und Mobilfunknetzbetreiber aus Schweden nutzt die Graphdatenbank Neo4j für das Backend-Management seiner routerbasierten Plattform für Breitband-Internet-Anwendungen. Miteinander verbundenen Geräte, Systeme und Apps sind als Knoten im Graph hinterlegt, die APIs, über die der Nutzer verschiedene Einstellungen und Services abrufen kann, werden als Beziehungen zwischen den Knoten gespeichert.

Im Durchschnitt erreichen einen Router 10 Requests pro Tag und internetfähiges Gerät. Bei elf Geräten pro Haushalt und 1,2 Millionen Haushalten müssen allein auf Router Seite über 132 Millionen Requests verarbeitet werden. Neue Verknüpfungen und APIs können je nach Bedarf hinzugefügt werden. Diese hohe Flexibilität und Skalierbarkeit ist für die Smart Home-Architekten essentiell, da Telia heute noch nicht vorhersagen kann, welche APIs in Zukunft entwickelt werden müssen.

 

Routerbasierte Plattform für Breitband-Internet-Anwendungen - und damit auch Smart Home (Quelle: Telia)

Momentan wird das digitale Ecosystem von über 1,2 Millionen Haushalten genutzt. Weitere 930.000 Haushalte sollen in Kürze folgen. Die graphbasierte Netzwerktopologie unterstützt unterschiedlichste Anwendungen, die z. B. erkennen, wenn jemand die Wohnung betritt oder verlässt und Heizung und  Beleuchtung regeln. Auch Unterhaltungsfunktionen sind konfigurierbar. So bietet Telia zum Beispiel in Kooperation mit Spotify eine smarte Musikmanagement-Plattform, mit der automatische Playlisten erstellt und im passenden Moment abgespielt werden.

Angesichts der wachsenden Datenmenge in Smart-Home-Szenarien, ist eine kohärente, übergreifende Steuerung des IoT-Netzwerks dringend nötig. So rechnet beispielsweise Telia in naher Zukunft mit bis zu 13 Millionen Geräten mit 20.000-30.000 Events pro Sekunde, die es zu unterstützen gilt. Mit dieser Größenordnung vor Augen bietet ein graphbasiertes IoT-Management den schnellsten Weg zum Smart Home der Zukunft.

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