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Konvergenz der Gebäudeautomation und IT-Welt

Gebäudeautomation in Zeiten des Internet der Dinge (IoT).

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Themen

BACnet, IoT, Java, Websockets, X.509-Zertifikate

Ziel

Pilot-Implementierung und Validierung des aktuell entstehenden Kommunikationsstandards BACnet/IT

Ausgangslage

Die Digitalisierung ist bei der Steuerung und Überwachung von Heizung, Klima und Beleuchtung in grossen Geschäftsgebäuden bereits weit vorangeschritten. Damit digitale Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können, gibt es standardisierte Bus-Systeme mit eigenen Übertragungsprotokollen, oft basierend auf eigenen Kabeln. Eines davon ist BACnet.

Eine Version davon, BACnet/IP, verwendet anstelle teurer eigener Kabelstandards massengefertigte Standardkomponenten aus der Internet-Technologie. Um die Kosten weiter zu reduzieren und gleichzeitig neue Möglichkeiten zu eröffnen, sollen zukünftig nicht nur die gleiche Kabeltechnologie sondern sogar dieselben Kabel verwendet werden, die auch den Gebäudenutzern für den Internet-Zugang zur Verfügung stehen. Voraussetzung ist, dass auch die Übertragungsprotokolle der Gebäudeautomation der Zukunft etablierte Internet-Standards verwenden, um nicht mit dem IT-Netzwerkmanagement der Gebäudenutzer in Konflikt zu geraten.

Ergebnis

Zusammen mit Fachleuten von Siemens Building Technologies hat eine Forschungsgruppe des IMVS die Entwicklung des Standards BACnet/IT unterstützt, der den Geräten der Gebäudeautomation BACnet-kompatible Kommunikation auf der Basis von Internet-Kommunikationsprotokollen bietet. Während im internationalen Standardisierungskomitee der ASHRAE an den Definitionen gearbeitet wurde, wie BACnet-Geräte zukünftig über das Internet kommunizieren werden, hat das Projektteam diese Definitionen mit eigenen Umsetzungen erprobt und mit eigens entwickelten Testwerkzeugen vermessen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse konnten so in die Standardisierungsarbeiten zurückfliessen.

Zunächst nicht vorgesehen war beispielsweise die Verwendung eines Pools von Websockets als Übertragungskanäle. Mit Websockets kann man bidirektionale Verbindungen durch Firewalls aufbauen und Kommunikation mit niedriger Latenzzeit realisieren. Letztere ist wichtig, denn anders als bei vielen sonstigen Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) müssen verschiedene Gebäudeautomationsgeräte rasch und ohne Verzögerungen direkt miteinander kommunizieren können. Konformität zu Regeln des IT-Netzwerkmanagements ist wichtig, da in Zukunft Gebäude-Automation und Büro-Automation die gleiche Netzwerkinfrastruktur nutzen werden.

Sind Geräte grundsätzlich aus dem weltweit offenen Internet erreichbar, muss Sicherheit explizit berücksichtigt werden. Die Geräte dürfen nur Befehle von authentifizierbaren vertrauenswürdigen Partnern ausführen. In Zusammenarbeit mit Forschern der Hochschule Luzern wurde deswegen ein Sicherheitskonzept entwickelt, das auf der Basis von X.509-Zertifikaten End-to-End-Sicherheit ermöglicht.

Die vom IMVS in Java programmierte Implementierung eines Kommunikations-Stacks für den neuen Standard BACnet/IT ist als Open Source Projekt erhältlich und steht der Industrie zur Entwicklung eigener standardkonformer Geräte zur Verfügung (github.com/fhnw-BACnet-IT).

Projekt-Information

Auftraggeber Siemens Building Technologies, ASHRAE SSPC 135
Ausführung Institut für Mobile und Verteilte Systeme FHNW,  Institut für Automation FHNW
Projektpartner Hochschule Luzern - Technik & Architektur
Förderung Kommission für Technologie und Innovation
Projektteam Prof. Dr. Wolfgang Weck, Prof. Dr. Jürg Luthiger, Thomas Dobler, Artem Khatchatourov

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