Problem Interoperabilität

Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Kabitzsch

Fakultät Informatik Institut für Angewandte Informatik, Professur Technische Informationssysteme

Intelligent Systems

Intelligent

Embedded Systems

Maschine Auto

Waschmaschine Haus

Intelligent & Cooperative

Embedded Systems

Systems of Systems

Cyber Physical Systems3. Problem: Interoperabilität der Komponenten

Interoperabilität=Kooperation=Funktion=wichtigste Eigenschaft eines CPS

(alle anderen Eigenschaften wie Security, Safety, Performance,

Energieverbrauch sind egal, wenn schon die Funktion fehlt)

Bisher: Standardisierung

Neu: Selbst-Optimierung

CPS-Entwurf: Probleme & Paradigmen

Folie 2

Bereits heute verteilte Systeme aus einer großen Zahl eingebetteter

Rechnerknoten üblich

Beispiel „Smart Building“

Folie 3

Sensor

Sensor

Sensor

Aktor

Aktor

Aktor

Heizventil

Node 1Controller

Controller

Node 3

Aktor

Sensor

Sensor

sensor

sensor

sensor

Aktoractuator

Aktoractuator

Aktoractuator

HeizventilHeizventil

controller

Node 2

Node 6

Node 4

Node 5

Controllercontroller

Aktoractuator

sensor

Node 7sensor Node 8

Sensor

Sensor

Sensor

Aktor

Aktor

Aktor

Heizventil

Controller

Controller

Aktor

Sensor

Sensor

sensor

sensor

sensor

Aktoractuator

Aktoractuator

Aktoractuator

HeizventilHeizventil

controller

Controllercontroller

Aktoractuator

sensor

sensor

über das Netz räumlich auf

viele Rechnerknoten verteilt

komplex vermaschte

Daten-, Steuer- und

Kommandoflüsse

Die „Anschlüsse“

(Schnittstellen) der vielen

Softwarebausteine müssen

zusammenpassen, egal

von welchem Hersteller sie

programmiert wurden !

Interoperabilität

Folie 4

Vision „Cyber Physical Systems“

„Things“ – über das Internet verbunden

Folie 5

WER soll das WIE entwerfen ?

WER ?

Informatiker / Ingenieur ?

Facharbeiter / Handwerker ?

Kunde / Bewohner ?

Self-X ?

WIE ?

Programmieren ?

Komponieren ?

Self-X ?

Vision „Cyber Physical Systems“

Folie 6

WER soll das WIE entwerfen ?

WER ?

Informatiker / Ingenieur ?

Facharbeiter / Handwerker ?

Kunde / Bewohner ?

Self-X ?

WIE ?

Programmieren ?

Komponieren ?

Self-X ?

Vision „Cyber Physical Systems“

Kombination

„arbeitsteiliger Mix“

Kombination

„Wiederverwendung durch

wissensbasierten Entwurf“

Folie 7

Wie sieht das kommerzielle Angebot aus ?

Folie 8

Leuchte

Schalter

Bewegungs-

melder

Beleuch-

tung

Heizventil

Temperatur-

sensor

Bewegungs-

melder

Heiz-

ung

Viele gute Einzellösungen

Folie 9

Leuchte

Schalter

Bewegungs-

melder

Beleuch-

tung

Heizventil

Temperatur-

sensor

Bewegungs-

melder

Heiz-

ung

Kühlventil

Temperatur-

sensor

Bewegungs-

melder

Kühl-

ung

Jalousie

Schalter

Bewegungs-

melder

Jalousie,

Einbruch

Viele gute Einzellösungen

Folie 10

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Viele gute Einzellösungen

Folie 11

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Chipkarten-

leser

Kamera

Bewegungs-

melder

Viele gute Einzellösungen

Folie 12

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Chipkarten-

leser

Kamera

Bewegungs-

melder

Situations-

erkennung

Not-

ruf

Herd-

sensor

Beweg.-

melder

med. Vital-

parameter

EKG

Blut-

druck

Bewegungs-

melder

Viele gute Einzellösungen

Folie 13

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

noch

viel mehr

……

……

Kommunikation

Fernsehen

Rundfunk

Video / Audio

Telemedizin

Haushalts-Dienst-

leistungen

……

……

Viele gute Einzellösungen

Folie 14

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Frage: Wer hat Überblick über die Vielfalt der Lösungskonzepte, Einzelprodukte, Komponenten ?

- der Kunde / Mieter ???

- der Händler ???

- der Handwerker ???

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 15

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Frage: Was macht man, wenn die verschiedenen Einzellösungen miteinander kooperieren

müssen ?

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 16

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Frage: Wie vermeidet man, viele Komponenten mehrfach kaufen zu müssen ?

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 17

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Antwort: Alle Komponenten durch EIN Netz verbinden !

Zutritts-

kontrolle

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 18

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Frage: Wie sichert man, dass alle Teile zusammenpassen, auch wenn sie von

unterschiedlichen Herstellern kommen ?

Zutritts-

kontrolle

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 19

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Frage: Wie sichert man, dass alle Teile zusammenpassen, auch wenn sie von

unterschiedlichen Herstellern kommen ?

Wie sichert man Passfähigkeit, wenn die Einzelteile im Laufe vieler Jahre je nach

Bedarf gekauft und angeschlossen werden sollen (Nachrüstung) ?

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Folie 20

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Zutritts-

kontrolle

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Frage: Wie sichert man, dass alle Teile zusammenpassen, auch wenn sie von

unterschiedlichen Herstellern kommen ?

Wie sichert man Passfähigkeit, wenn die Einzelteile im Laufe vieler Jahre je nach

Bedarf gekauft und angeschlossen werden sollen (Nachrüstung) ?

Folie 21

Beleuch-

tung

Heiz-

ung

Jalousie,

Einbruch

Kühl-

ung

Situations-

erkennung

med. Vital-

parameter

Zutritts-

kontrolle

Von der Einzellösung zum Gesamtsystem

Frage: Wie sichert man, dass alle Teile zusammenpassen, auch wenn sie von

unterschiedlichen Herstellern kommen ?

Wie sichert man Passfähigkeit, wenn die Einzelteile im Laufe vieler Jahre je nach

Bedarf gekauft und angeschlossen werden sollen (Nachrüstung) ?

Folie 22

Bisherige Lösungen zum Problem der Passfähigkeit

(Interoperabilität)

Folie 23

Interoperabilität von Geräten

Geräte in einem offenen Netzwerk sind

interoperabel, wenn Geräte verschiedener Hersteller

ohne zusätzlichen Entwicklungs- oder

Anpassungsaufwand installiert werden können.

Definition:

Folie 24

Stufen der Passfähigkeit

“Incompatible”

Compatible

Interconnectable

Interworkable

Interoperable

Interchangeable

“Substitutable”

“Compatible”

“Non functional” “Plug ‘n’ Play”

Folie 25

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Folie 26

Die Interoperabilitätspyramide

Netzwerkvariablen

SNVT's SCPT's

LonMark

OBJEKTE

FP's

Netzwerkvariablen als

Einrichtung zum

Datenaustausch

Netzwerkvariablentypen

zur Definition der

Datenstrukturen

LonMark Objekte zur

Definition der Bedeutung

Funktionsprofile zur

Beschreibung von

Anwendungen

Folie 27

Die Interoperabilitätspyramide

Netzwerkvariablen

SNVT's SCPT's

LonMark

OBJEKTE

FP's

Netzwerkvariablen als

Einrichtung zum

Datenaustausch

Netzwerkvariablentypen

zur Definition der

Datenstrukturen

LonMark Objekte zur

Definition der Bedeutung

Funktionsprofile zur

Beschreibung von

Anwendungen

Folie 28

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Folie 29

Kommunikation über Netzwerkvariablen (NV)

Taster-Knoten(Sensor)

nvoSchalter

Leuchten-Knoten(Aktor)

nviLampe

Folie 30

Die Interoperabilitätspyramide

Netzwerkvariablen

SNVT's SCPT's

LonMark

OBJEKTE

FP's

Netzwerkvariablen als

Einrichtung zum

Datenaustausch

Netzwerkvariablentypen

zur Definition der

Datenstrukturen

LonMark Objekte zur

Definition der Bedeutung

Funktionsprofile zur

Beschreibung von

Anwendungen

Folie 31

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Folie 32

Standard-Netzwerk-Variablen-Typen (SNVT)

dienen der Normung des Datenaustauschs über

Netzwerkvariablen zwischen Knoten verschiedener

Hersteller

zusammengefasst in der LonMark-SNVT-Master-List

http://www.lonmark.org

derzeit über 150 verschiedene Typ-Definitionen

Jede Typ-Definition umfasst

Name des Typs Anwendungsbereich des Typs Gesamtlänge in Bytes Angaben, wie die Werte zu interpretieren sind

(Wertebereich von … bis, Schrittgröße / Auflösung)

Größere Typdefinitionen sind möglich:sog. Strukturen verbinden mehrere Einzelwerte zu einem Datenblock (struct)

Folie 33

Standard-Netzwerkvariablen-Typen (SNVT) – Beispiele –

Name des Typs

SNVT_temp

Anwendungs-

bereich des

Typs

Temperaturallgemein

Basistyp(en)unsigned

long(integer)

Gesamtlänge

in Bytes2 Byte

Wertebereich

von..bis-274 °C...

+6279,5 °C

Schrittgröße /

Auflösung0,1 °C

Beispiel

Messwert0 °C

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

2740

Folie 34

Temperatur-Sensor

nvoMesswert

Typ: SNVT_temp

Raumtemperatur-Regler

nviSollTemp

Typ: SNVT_temp

M

nviIstTemp

Typ: SNVT_temp

Gemessene

Raumtemperatur:

20 °C

Übertragener

Zahlenwert:

2940(= 2740 + 20 °C : 0,1 °C)

Empfangene

Temperatur-

information:

20 °C

Folie 35

Standard-Netzwerkvariablen-Typen (SNVT) –Beispiele

Name des Typs

SNVT_lev_cont SNVT_temp SNVT_temp_p SNVT_lux

Anwendungs-

bereich des

Typs

ProzentwerteTemperaturallgemein

Temperatur fürHeizung, Lüf-

tung und KlimaHelligkeit

Basistyp(en)unsigned short

(integer)

unsignedlong

(integer)

signed long(integer)

unsignedlong

(integer)

Gesamtlänge

in Bytes1 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte

Wertebereich

von..bis0 % ...100 %

-274 °C...+6279,5 °C

-273,17 °C...+327,66 °C

0 lux ...

65535 lux

Schrittgröße /

Auflösung0,5 % 0,1 °C 0,01 °C 1 lux

Beispiel

Messwert10 % 100 % 0 °C -10 °C 100 °C 500 lux

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

20 200 2740 -1000 10000 500

Folie 36

Standard-Netzwerkvariablen-Typen (SNVT) –Beispiele

Name des Typs

SNVT_lev_cont SNVT_temp SNVT_temp_p SNVT_lux

Anwendungs-

bereich des

Typs

ProzentwerteTemperaturallgemein

Temperatur fürHeizung, Lüf-

tung und KlimaHelligkeit

Basistyp(en)unsigned short

(integer)

unsignedlong

(integer)

signed long(integer)

unsignedlong

(integer)

Gesamtlänge

in Bytes1 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte

Wertebereich

von..bis0 % ...100 %

-274 °C...+6279,5 °C

-273,17 °C...+327,66 °C

0 lux ...

65535 lux

Schrittgröße /

Auflösung0,5 % 0,1 °C 0,01 °C 1 lux

Beispiel

Messwert10 % 100 % 0 °C -10 °C 100 °C 500 lux

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

20 200 2740 -1000 10000 500

Welches Problem könnte

speziell mit diesen beiden

Typen auftreten ?

Folie 37

Standard-Netzwerkvariablen-Typen (SNVT) –Beispiele

Name des Typs

SNVT_lev_cont SNVT_temp SNVT_temp_p SNVT_lux

Anwendungs-

bereich des

Typs

ProzentwerteTemperaturallgemein

Temperatur fürHeizung, Lüf-

tung und KlimaHelligkeit

Basistyp(en)unsigned short

(integer)

unsignedlong

(integer)

signed long(integer)

unsignedlong

(integer)

Gesamtlänge

in Bytes1 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte

Wertebereich

von..bis0 % ...100 %

-274 °C...+6279,5 °C

-273,17 °C...+327,66 °C

0 lux ...

65535 lux

Schrittgröße /

Auflösung0,5 % 0,1 °C 0,01 °C 1 lux

Beispiel

Messwert10 % 100 % 0 °C -10 °C 100 °C 500 lux

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

20 200 2740 -1000 10000 500

Welches Problem könnte

speziell mit diesen beiden

Typen auftreten ?

Die Quelle einer Verbindung

nutzt SNVT_temp , die Senke

nutzt SNVT_temp_p

NICHT interoperabel !

Folie 38

Die Interoperabilitätspyramide

Netzwerkvariablen

SNVT's SCPT's

LonMark

OBJEKTE

FP's

Netzwerkvariablen als

Einrichtung zum

Datenaustausch

Netzwerkvariablentypen

zur Definition der

Datenstrukturen

LonMark Objekte zur

Definition der Bedeutung

Funktionsprofile zur

Beschreibung von

Anwendungen

Folie 39

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Folie 40

Standard-Netzwerkvariablen-Typ

Name des Typs

SNVT_temp

Anwendungs-

bereich des

Typs

Temperaturallgemein

Basistyp(en)

unsignedlong

(integer)

Gesamtlänge

in Bytes2 Byte

Wertebereich

von..bis

-274 °C...+6279,5 °C

Schrittgröße /

Auflösung0,1 °C

Beispiel

Messwert0 °C

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

2740

Variablen-Typ

Ist das nicht schon hinreichend viel „Bedeutung“ ?

Folie 41

Standard-Netzwerkvariablen-Typ

Name des Typs

SNVT_temp

Anwendungs-

bereich des

Typs

Temperaturallgemein

Basistyp(en)

unsignedlong

(integer)

Gesamtlänge

in Bytes2 Byte

Wertebereich

von..bis

-274 °C...+6279,5 °C

Schrittgröße /

Auflösung0,1 °C

Beispiel

Messwert0 °C

entspr.

Übertragung

(Roh-Daten)

2740

Variablen-Typ

Ist das nicht schon hinreichend viel „Bedeutung“ ?

Temperatur

Raum-Innen-T.

Außen-T. (Fassade)

Vorlauf-T. (Heizung)

Rücklauf-T. (Heizung)

Wasser-T. (Kessel)

Brenner-T. (Brenner)

. . . . . . . .

Diese zusätzliche Semantik kann man nur

standardisieren, wenn man auch die Anwendungs-

funktionen (=Software) standardisiert !

Folie 42

Darstellung eines Objekts nach LonMark

node obj.

object 1

object 2

object n

Knoten

Hardware Ausgänge

(hardware outputs)

Objekt Name und Nummer

Obligatorische NV‘s

(mandatory nv)

Optionale NV‘s

(optional nv)

Konfigurations-

Eigenschaften

(Einstellungen, Parameter)

(Configuration Properties)

Hersteller-interner Bereich

(manufacturer defined section)

Hardware Eingänge

(hardware inputs)

nvi....

SNVT

_...

nvi....

SNVT

_...

nvo....

SNVT

_...

nvo....

SNVT

_...

Netzwerk-

Eingangs-

Variablen

Netzwerk-

Ausgangs

-Variablen

Folie 43

Liste der Standardobjekte

Standard Objects Application

Node Object Requesting object modes and reporting status of objects

within a node

Open Loop Sensor Object For sensing devices that report absolute values and for

devices that require no feedback (e.g. temperature sensors)

Closed Loop Sensor Object For sensing devices with feedback, for controlling a

common actuator by multiple sensors

Open Loop Actuator Object For actuators without feedback (e.g. motors, valves)

Closed Loop Actuator

Object

For actuators with feedback

Controller Object Control algorithms

Folie 44

Sensor mit Rückkopplung

Closed Loop Sensor

Object Type #2

Obligatorische NVs

(mandatory nv‘s)

Location Label (Text Knoten-

Ortsangabe)

Max Range (Maximalbereich)

Min Range (Minimalbereich)

Gain (Verstärkung)

Send on Delta

MaxSendTime (Zeit für Heartbeat)

MinSendTime (minimales

Sendeintervall)

Default Output

Override Behaviour

Override Value

...

nviValueFb

SNVT_xxx

nviPresetFb

SNVT_prese

t

nvoValue

SNVT_xxx

nvoRawHw

Data

SNVT_count

nvoPreset

SNVT_preset

Optionale NVs

(optional nv‘s)

Optionale

Konfigurations-

Eigenschaften

(optional

configuration

properties)

Folie 45

Die Interoperabilitätspyramide

Netzwerkvariablen

SNVT's SCPT's

LonMark

OBJEKTE

FP's

Netzwerkvariablen als

Einrichtung zum

Datenaustausch

Netzwerkvariablentypen

zur Definition der

Datenstrukturen

LonMark Objekte zur

Definition der Bedeutung

Funktionsprofile zur

Beschreibung von

Anwendungen

Folie 46

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Folie 47

Auch Funktionsprofile gehören noch zur Passfähigkeits-Stufe

„Interoperabilität“. Sie legen nur die Funktion noch viel genauer

fest, z.B. Temperatursensor, CO2-Sensor, Feuchtesensor ….

Folie 48

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Ist die letzte Passfähigkeitsstufe

praktisch realisierbar ?

Folie 49

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Ist die letzte Passfähigkeitsstufe

praktisch realisierbar ?

Reglerparameter, Filterkonstanten,

Abtastzeitkonstanten, Verstärkungen,

Kalibrierung von Sensoren ….

Folie 50

Was muss für eine Passfähigkeits-Stufe

jeweils erfüllt sein ?Compatible Inter-

connectable

Inter-

workable

Inter-

operable

Inter-

changeable

Dynamics

behaviorequal

Application

functionequal equal

Meaning of

the variablesequal equal

Definition of

the variablesequal equal equal

Access to

variablesequal equal equal equal

Protocol

mappingequal equal equal equal

Protocol

(Layer 1-7)equal equal equal equal equal

Ist die letzte Passfähigkeitsstufe

praktisch realisierbar ?

Reglerparameter, Filterkonstanten,

Abtastzeitkonstanten, Verstärkungen,

Kalibrierung von Sensoren ….

NEIN, weil diese Werten an jedem

realen Einbauort anders sein müssen!

Blinder Komponenten-Tausch ist

NICHT praktikabel !

Folie 51

Bisher ungelöste Probleme mit der Passfähigkeit

(Interoperabilität)

Folie 52

Idee: Vereinheitlichung von Geräten

Probleme:

• es gibt zu viele Standards mit unterschiedlichen Protokollen (auf allen

Schichten)

• viele Hersteller implementieren kleine Unterschiede, so dass ihre Produkte

den jeweiligen Standard nur „zu 95%“ erfüllen

• die Standards können die mögliche (und notwendige) Vielfalt gar nicht komplett

beschreiben (spezielle die Applikationen auf Schicht 7 und ihre Semantik)

Das Problem mit der Passfähigkeit

Folie 53

Gescheiterter Lösungsansatz: Standardisierung von Komponentenprofilen

Idee: Vereinheitlichung von Komponenten

Ursachen der Probleme:

• niemand will Einheitsgeräte bzw. –gebäude

• solche Standards bremsen den technischen Fortschritt (z. B. AAL, Funk)

• Hersteller wollen sich am Markt vom Wettbewerber differenzieren

(statt Preiskampf)

Das Problem mit der Passfähigkeit

Folie 54

Kabel-Chaos

ein Feldbus für

alle Komponenten:

Plug&Play

Feldbus-Chaos

Bus BusBus

eine Middleware

für alle Feldbusse:

Plug&Play

Middleware-Chaos

Gescheiterter Lösungsansatz: Vereinheitlichung von Produkten

?

Das Problem mit der Passfähigkeit

Folie 55

Das Problem mit der Passfähigkeit

Kabel-Chaos

ein Feldbus für

alle Komponenten:

Plug&Play

Feldbus-Chaos

Bus BusBus

eine Middleware

für alle Feldbusse:

Plug&Play

Middleware-Chaos

Neuer Lösungsansatz: Wissensbasierter Entwurf

Folie 56

Das Problem mit der Passfähigkeit

• Das Interoperabilitätsproblem auf den unteren Protokoll-

Schichten ist lösbar bzw. gelöst

• Offen bleibt die „Semantische Interoperabilität“ (Semantik

der Anwendungen)

• Hier fehlen noch Standards (Beschreibungsmittel, vor allem

aber konkrete Branchen-Semantiken)

• Auch auf dieser Ebene kann Einheitlichkeit nicht vom Staat

„verordnet“ werden. Er kann aber Marktmechanismen

fördern, durch die sie sich „von selbst“ durchsetzt.

Neuer Lösungsansatz: Wissensbasierter Entwurf

Folie 57

Neuer Lösungsansatz:

Interoperabilität durch Suchen statt durch Vereinheitlichen

Folie 58

Neuer Lösungsansatz (1):

Interoperabilität durch Suchen statt durch Vereinheitlichen

Neue Ausgangslage:

Es gibt inzwischen eine große Komponentenvielfalt (Hard-/Software) am Markt

Neuer Ansatz:

Es ist gar nicht mehr nötig, dass alle Geräte / Dienste per se zusammenpassen.

Hauptsache, man findet überhaupt genug am Markt, die passen:

jetzt muss man diese nur noch effizient suchen und finden !

Neue Marschrichtung für die Standardisierung:

•Verzicht auf Einheitsprofile für Geräte / Dienste; Vielfalt ist erlaubt

•Allerdings muss nun jeder Hersteller sein Produkt exakt beschreiben

auf einheitliche Weise maschinenlesbar

•Wir brauchen in Zukunft nur noch Standards für Beschreibungsmittel !

Folie 59

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys)

„Google“

Folie 60

Kunden-Wünsche

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys) Folie 61

Kunden-Wünsche

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys) Folie 62

Kunden-Wünsche

Ausrüstungs-Know-Howin Form von Musterlösungen

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys) Folie 63

Kunden-Wünsche

Ausrüstungs-Know-Howin Form von Musterlösungen

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys)

für Nachrüstung:Informationen, was in der Wohnung schon vorhanden ist

Folie 64

Kunden-Wünsche

Ausrüstungs-Know-Howin Form von Musterlösungen

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys)

für Nachrüstung:Informationen, was in der Wohnung schon vorhanden ist

?

Folie 65

Kunden-Wünsche

Ausrüstungs-Know-Howin Form von Musterlösungen

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys)

für Nachrüstung:Informationen, was in der Wohnung schon vorhanden ist

vernetztes Automatisierungs-system (vollst. Entwurf)

Synthesealgorithmenfür Hardware & Software

& Netz

Es werden viele gute Entwürfe vorgeschlagen

Die letzte Auswahl trifft der Kunde

Folie 66

Neuer Lösungsansatz (2):

Einsatz automatischer Syntheseverfahren

Ausgangslage:

Das Finden optimaler Gerätekombinationen war eine schöpferische Arbeit.

Neuer Ansatz:

Nutzung moderner Optimierungsalgorithmen: zielgerichtetes Ausprobieren

immer besserer Entwürfe

Folie 67

VERERBUNG:

Zwei Eltern-Individuen vererben ihre Eigenschaften

auf eine neue Generation von Nachkommen

MUTATION:

Die Erbanlagen der neuen Generation werden

anschließend nach dem Zufallsprinzip willkürlich

verändert

SELEKTION:

Sind die Eigenschaften der neuen Generation nun

besser als die der Eltern, so wird sie überleben.

Sind sie schlechter, wird sie aussterben.

Folie 68

VERERBUNG:

Zwei Eltern-Individuen vererben ihre Eigenschaften

auf eine neue Generation von Nachkommen

MUTATION:

Die Erbanlagen der neuen Generation werden

anschließend nach dem Zufallsprinzip willkürlich

verändert

SELEKTION:

Sind die Eigenschaften der neuen Generation nun

besser als die der Eltern, so wird sie überleben.

Sind sie schlechter, wird sie aussterben. Entwurfsmethode:

Zielgerichtete, schrittweise

Verbesserung der Entwürfe

Folie 69

Kunden-Wünsche

Ausrüstungs-Know-Howin Form von Musterlösungen

„Google“

bundesweite Hardware / Software-Produkt-

Datenbank (vgl. App.-Store für Handys)

für Nachrüstung:Informationen, was in der Wohnung schon vorhanden ist

vernetztes Automatisierungs-system (vollst. Entwurf)

Synthesealgorithmenfür Hardware & Software

& Netz

Es werden viele gute Entwürfe vorgeschlagen

Die letzte Auswahl trifft der Kunde

Folie 70

Folie 71

Neuer Lösungsansatz (1):

Interoperabilität durch Suchen statt durch Vereinheitlichen

Kabel-Chaos

ein Feldbus für

alle Komponenten:

Plug&Play

Feldbus-Chaos

Bus BusBus

eine Middleware

für alle Feldbusse:

Plug&Play

Middleware-Chaos

?

Folie 72

Neuer Lösungsansatz (1):

Interoperabilität durch Suchen statt durch Vereinheitlichen

Kabel-Chaos

ein Feldbus für

alle Komponenten:

Plug&Play

Feldbus-Chaos

Bus BusBus

eine Middleware

für alle Feldbusse:

Plug&Play

Middleware-Chaos

?eine Beschreibung

für alle Komponenten:

Produkt-Google

Folie 73

Lichtaktor

A

Licht_stell

Licht stellen

Lichtbedien

UI

Helligkeitsmessung

Helligkeit

S

Präsenz- und helligkeitsabhängige

Lichtsteuerung

Licht_stell

Par_zeit_an

Präs_status

Hell_raum

Licht_man

Par_hell

Par_zeit_aus

Präsenzerkennung

Präsenz

S

Par_zeit_halt

Anwesenheit

Beleuchtungsstärke

Licht

Licht

Komponenten-Hersteller: beschreibt seine Produkte

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Anlagen-Errichter: formuliert seine Wünsche

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Komponenten frei kombinierbar

Markt:

Schaufenster

Produkt-Plattform

VDI 3813:

Standardisierung von

Integrationsprofilen: Klammer für

gemeinsames Verständnis der

Funktion (Semantik) zwischen allen

Marktteilnehmern

Vergleichen

&

Suchen

Folie 74

Komponenten-Hersteller: beschreibt seine Produkte

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Anlagen-Errichter: formuliert seine Wünsche

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Komponenten frei kombinierbar

Markt:

Schaufenster

Produkt-Plattform

Problem:

Ein ähnlicher Vergleich war auch

bisher immer (manuell, informal)

notwendig.

Mit Integrationsprofilen wird er

einfacher, weil formal möglich.

So einfach, dass ihn ein Rechner

automatisch ausführen kann.

Lösung:

Entwicklung von Planungs- und

Konfigurationswerkzeugen für Planer,

Handel, Endanwender

Lichtaktor

A

Licht_stell

Licht stellen

Lichtbedien

UI

Helligkeitsmessung

Helligkeit

S

Präsenz- und helligkeitsabhängige

Lichtsteuerung

Licht_stell

Par_zeit_an

Präs_status

Hell_raum

Licht_man

Par_hell

Par_zeit_aus

Präsenzerkennung

Präsenz

S

Par_zeit_halt

Anwesenheit

Beleuchtungsstärke

Licht

Licht

Folie 75

Komponenten-Hersteller: beschreibt seine Produkte

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Anlagen-Errichter: formuliert seine Wünsche

mit Hilfe von Integrationsprofilen

Komponenten frei kombinierbar

Markt:

Schaufenster

Produkt-Plattform

Planungs- und Konfigurationstool:

- Spezifikation der Kundenwünsche

- Suche nach passenden Produkten

- Zusammenfügen zu Anlagen

Lichtaktor

A

Licht_stell

Licht stellen

Lichtbedien

UI

Helligkeitsmessung

Helligkeit

S

Präsenz- und helligkeitsabhängige

Lichtsteuerung

Licht_stell

Par_zeit_an

Präs_status

Hell_raum

Licht_man

Par_hell

Par_zeit_aus

Präsenzerkennung

Präsenz

S

Par_zeit_halt

Anwesenheit

Beleuchtungsstärke

Licht

Licht

Folie 76

Plattform

“Automatisierter Einkaufs- und Entwurfsberater

für das Smart Building”

Folie 77

Produkthersteller

Verbraucher

Mobiles Endgerät

Multimediales Informationsterminal

PC-Applikation„Smart Home“-Berater

OntologiebasierteProduktdatenbank

OntologiebasierteProduktbeschreibungen

Zentraler Online-Server

Internet

Internet

Drahtlose Empfangsstation

WLANBluetoothUMTS

Automatische Entwurfsberatungs-algorithmen

Internet

„Google“

Folie 78

Produkthersteller

Verbraucher

Mobiles Endgerät

Multimediales Informationsterminal

PC-Applikation„Smart Home“-Berater

OntologiebasierteProduktdatenbank

OntologiebasierteProduktbeschreibungen

Zentraler Online-Server

Internet

Internet

Drahtlose Empfangsstation

WLANBluetoothUMTS

Automatische Entwurfsberatungs-algorithmen

Internet

Folie 79

Produkthersteller

Verbraucher

Mobiles Endgerät

Multimediales Informationsterminal

PC-Applikation„Smart Home“-Berater

OntologiebasierteProduktdatenbank

OntologiebasierteProduktbeschreibungen

Zentraler Online-Server

Internet

Internet

Drahtlose Empfangsstation

WLANBluetoothUMTS

Automatische Entwurfsberatungs-algorithmen

Internet

Informationsabfrage zu Produkten: Wenn ein Kunde ein Produkt im Laden sieht, über dessen Handy, durch den Barcode des Produkts (Handy-Kamera)

Suche nach Produkten: Eingabe: Krankheit o.a. Problem des Kunden. Ausgabe: Produktvorschläge mit guten Lösungen. Welches Produkt zu welchem Zweck ?

Vergleich von Produkten: Ähnlichkeiten und Unterschiede, Stärken und Schwächen auf einen Blick

Prüfung der Passfähigkeit von Produkten: Passen zwei Produkte zusammen ? Passt ein Produkt zu denen, die sich schon in meiner Wohnung befinden ?

Vorschläge zur Neuausrüstung der Wohnung: Welche Kombination erfüllt die Wünsche des Kunden am besten ? Es werden viele gute Entwürfe vorgeschlagen. Die letzte Auswahl trifft der Kunde.

Vorschläge zur Nachrüstung der Wohnung: Wie kann ich meine vorhandene Wohnungsausstattung funktionell erweitern, was passt dazu ?

Folie 80