Der EEBus und wie Interoperabilität im IoT funktioniert

Autor / Redakteur: Hendrik Härter / Nico Litzel

Über den EEBus kommunizieren Geräte, wenn es um Energieeffizienz geht. Doch das Internet of Things nimmt erst langsam Gestalt an und Strukturen entwickeln sich. Was das für den EEBus bedeutet und welche Perspektiven dieser hat, zeigt der Beitrag.

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Energie steuern im Internet der Dinge: Der EEBus vernetzt Geräte, die kommunizieren. Er entwickelt sich aus einer reinen Heim- und Gebäudeanwendung in Richtung eines Smart Grid.
Energie steuern im Internet der Dinge: Der EEBus vernetzt Geräte, die kommunizieren. Er entwickelt sich aus einer reinen Heim- und Gebäudeanwendung in Richtung eines Smart Grid.
(Bild: EEBus.org)

Wenn zwei Geräte unterschiedlicher Hersteller und Branchen miteinander über den intelligenten Einsatz von Energie kommunizieren, dann tun sie das über den EEBus-Standard.

Mit diesem Satz, oder dem noch kürzeren Slogan „Speak Energy!“ lässt sich die Mission der EEBus-Initiative auf den Punkt bringen: Heizungen, Wärmepumpen, Haushaltsgeräte mit hohem Stromverbrauch, E-Auto-Ladetechnik, Photovoltaikanlagen, Hausspeicher wie auch Energiemanager und Smart-Home-Systeme können mit dem im Standard EEBus verankerten Kommunikationsregeln über Hersteller- und Branchengrenzen hinweg kommunizieren, und tun das schon heute in existierenden Produkten. Perspektivisch entwickelt sich der EEBus-Standard aus der reinen Heim- und Gebäudeanwendung heraus weiter in Richtung Smart Grid.

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Damit echte Interoperabilität möglich wird

Um echte Interoperabilität zu gewährleisten, sind zwei Dinge nötig: Die Kommunikation zwischen Geräten in verschiedenen Bereichen der Haustechnik muss für alle beteiligten Komponenten verständlich sein. Und sie muss mit allen Vernetzungsstandards nutzbar sein – ähnlich einem Text, der sich als Brief, in einer E-Mail oder als Sprachmeldung übertragen lässt. Entscheidend ist, dass der Inhalt nicht verändert wird. Daher ist EEBus so konzipiert, dass der Standard seine universelle Sprache für Energie über alle wichtigen vorhandenen oder zukünftigen Smart-Home-Kommunikationsstandards transportieren kann und dabei keinen Netzwerkstandard und kein Übertragungsmedium vorgibt.

Um diesen Anspruch einzulösen, stellt EEBus verschiedene Werkzeuge für die Kommunikation zwischen Geräten auf verschiedenen Protokollebenen bereit und lässt sich in bestehende Netzwerkstandards einbinden. Grundsätzlich orientiert sich EEBus an dem von der EU beauftragten „Smart Grid Architecture Model“ (SGAM, EU Mandat M490, 2012) und dem daraus abgeleiteten „Home and Building Architecture Model“ (HBAM) der Deutschen Kommission für Elektrotechnik (DKE). EEBus greift die für die Interoperabilität wichtigsten Protokollebenen heraus und bietet darin Lösungen für Energie-Anwendungen (Bild 1).

Zuoberst geht es um geschäftliche Belange: Wie kann beispielsweise die Warmwasser-Anlage auf Energie zugreifen, wenn sie am günstigsten oder wenn genügend Energie von der Photovoltaikanlage verfügbar ist? Es geht darum, Energie möglichst intelligent und effizient zu nutzen. Aus solchen sehr abstrakten Anforderungen auf Businessebene entstehen dann konkrete Use Cases.

Der Use Case entscheidet, was standardisiert wird

Der Use Case kommt in der Entwicklung eines Standards für EEBus als Erstes. Die Mitgliedsfirmen erarbeiten in branchenübergreifenden Arbeitsgruppen die Anwendungsfälle. Dazu gehört etwa das Zusammenspiel zwischen Heizungs-, Photovoltaikanlagen, Energiemanagern und User Interface, wie Smartphones. Beschrieben wird vom einfachen Bedienen über ein Smart-Home-System bis zur Optimierung unter Energiegesichtspunkten. Dabei legen Marketing- und Produktmanager – und wohlgemerkt: nicht allein Entwickler – in natürlicher Sprache fest, welche Informationen für den jeweiligen Use Case zwischen den Systemen unterschiedlicher Hersteller ausgetauscht werden sollen, und welche Datensätze in der Hoheit der einzelnen Hersteller bleiben.

Ein Smart-Home-System kann mit Informationen zur An- oder Abwesenheit der Bewohner die Betriebsart der Heizungstherme beeinflussen. Oder eine Wärmepumpe kann mit dem Energiemanager einer Photovoltaikanlage aushandeln, wann sie ihren Warmwasserspeicher auflädt, um den Eigenverbrauchsanteil zu maximieren.

SPINE als technisches Rückgrat der Kommunikation

Im nächsten Schritt werden die für den jeweiligen Use Case benötigten Informationen in eine Syntax mit Datensätzen und Befehlen übersetzt. Dafür nutzt der EEBus-Standard sein technisches Gerüst SPINE = Smart Premises Interoperable Neutral Message Exchange. Das beudeutet sinngemäß übersetzt der „plattformunabhängige Austausch von Informationen zwischen vernetzten Geräten“. SPINE trägt nicht umsonst die Bezeichnung eines Rückgrats im Namen: Es definiert die Sprache aller Nachrichten, die im Rahmen der EEBus-Kommunikation zwischen Geräten ausgetauscht werden.

SPINE-Informationen umfassen drei Aspekte: Inhaltliche Nachrichten zwischen Geräten (Ressourcen-Daten), die Beschreibung der Eigenschaften von Geräten (Meta-Daten) sowie Steuerungsinformationen für die Kommunikation zwischen Geräten (Protokoll-Daten). Diese Informationsebenen werden in einzelnen Spezifikationen beschrieben.

Die Ressourcen-Daten beziehen sich ausschließlich auf die eigentlichen Gerätefunktionen. Sie sind so gestaltet, dass sie sich in IoT-Übertragungsstandards wie etwa KNX, OCF (Open Connectivity Foundation), Zigbee oder Modbus einfach einbinden lassen. Die EEBus-Initiative stellt dafür ihre Ressourcen-Daten allen zugehörigen Organisationen frei zur Verfügung. Ressource-Daten unterliegen einem von der EEBus-Inititave durchgeführten, strengen Release Management, um die Interoperabilität bei voller Abwärtskopmatiblität in allen Anwendungsbereichen zu garantieren. Meta-Daten lassen sich andererseits relativ frei innerhalb vorgegebener Formate von den Herstellern an heutige und künftige Funktionen von Geräten anpassen und optional mitsenden. Es obliegt den Herstellern von Managementsystemen, ob sie diese neben den verbindlichen Ressourcen-Daten nutzen wollen.

Die Protokoll-Daten schließlich sind von den einzelnen Geräten und Anwendungen unabhängig. Sie beschreiben, wie sich losgelöst vom Übertragungsweg und Vernetzungsstandard ein Netzwerk von SPINE-fähigen Geräten aufbauen lässt.

Sichere IP-Übertragung mit SHIP

Um die Anforderungen der Mitglieder und die hohen Sicherheitsanforderungen aus der Energiebranche optimal umzusetzen, haben die Mitglieder der EEBus-Initiative neben SPINE als gemeinsamem Datenmodell auch ein eigenes, durchgängiges IP-Übertragungsformat entwickelt. Die IP-Spezifikation „Smart Home IP“ (SHIP) ist aktuell zur Normierung eingereicht, damit auch sie frei verfügbar wird.

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SHIP bietet neben einer TCP/IP-basierten Punkt-zu-Punkt-Verbindung zusätzlich sichere, verschlüsselte Verbindungen gemäß der Guideline TR03109 für Energienetze und Smart Metering des BSI (Bundesamt für Informtionssicherheit). TLS Session Resumption und Websockets sorgen für einen zuverlässigen und schnellen Verbindungsaufbau in Heimnetzwerken wie auch in cloudbasierten Anwendungen.

Neben SHIP können SPINE-Informationen über alle relevanten Vernetzungsstandards übertragen werden. Sie lassen sich über Übertragungs- bzw. Transportprotokolle wie etwa http-, MQTT und den von Google ins Leben gerufenen Funkstandard Thread austauschen oder in Standards wie KNX, Zigbee oder Modbus einbinden. Der EEBus-Standard ist so offen für alle möglichen Netzwerkformen und Übertragungsvarianten im Smart Home und im Internet of Things.

Das ist nicht nur wichtig, weil es viele unterschiedliche Übertagungsstandards gibt. Es ist auch überaus sinnvoll, für batteriebetriebene, per Funk verbundene Geräte besonders energieeffiziente Übertragungsprotokolle wie etwa Zigbee oder Thread einzusetzen, während etwa netzgestützte Geräte im Heimbereich mit KNX, Ethernet oder WIFI vernetzt werden. EEBus überlässt jedem Hersteller und damit auch dem Anwender die Freiheit, sich für das Smart-Home-System seiner Wahl zu entscheiden, ohne dabei auf die Interoperabilität verzichten zu müssen.

EEBus und der Einsatz von Energie

Bei übergreifender Betrachtung über die verschiedenen IoT-Standards ergibt sich obendrein eine sinnvolle Arbeitsteilung: EEBus regelt schwerpunktmäßig alle Fragen rund um den Einsatz von Energie, während etwa der UPnP-Standard oder die Open Connectivity Foundation (OCF) ihren Schwerpunkt im Entertainment-Netzwerk haben und KNX eine führende Rolle im Gebäudemanagement innehat.

Mit diesen Vernetzungsstandards pflegt die EEBus-Initiative einen aktiven Austausch und stellt sicher, dass sich ihr Datenprotokoll SPINE in alle führenden Vernetzungsstandards integrieren lässt. Denn echte Interoperabilität – bei EEBus eben eine übergreifende Sprache für Energie – beginnt dort, wo die Inhalte der Kommunikation nicht mehr an die physikalischen Formate eines Übertragungsstandards gebunden sind.

Technik und Geschäft gehen Hand in Hand

Der Aufbau des EEBus-Standards bildet das Selbstverständnis des Vereins als Non-Profit-Organisation und Firmen-Netzwerk ab. Use Cases in den verschiedenen Anwendungsbereichen entstehen stets aus praktischen wie auch geschäftlichen Anforderungen der EEBus-Mitgliedsfirmen in einem demokratischen Prozess zwischen den verschiedenen Branchen.

Die technische Umsetzung wird in gemeinsamen Untersuchungen zwischen den Systemen und Geräten der verschiedenen Hersteller, den so genannten Plugfests, überprüft. Aus technischen Weiterentwicklungen entstehen im Laufe der Zeit wieder neue Use Cases, die den bestehenden Standard ergänzen (Bild 2). So ist EEBus kein statischer Standard, sondern ein dynamischer Prozess, der immer wieder neue Anwendungen für den effizienten Einsatz von Energie im IoT definiert.

In der praktischen Arbeit der EEBus-Initiative spiegelt sich der Anspruch an die Interoperabilität in Kooperationen mit allen großen Netzwerk-Organisationen wieder. Mit der Open Connectivitiy Foundation, kurz OCF, teilt EEBus seine Datenmodelle ebenso wie mit dem von Google getriebenen Smart-Home-Netzwerkprotokoll „Thread“ und bietet sie ebenfalls den Smart-Home-Standards KNX, EnOcean und Zigbee an. Auch mit der von Whirlpool und weiteren Unternehmen gegründeten IoT-Allianz „Energy at Home“ pflegt die EEBus-Initiative eine sehr enge Partnerschaft, in deren Rahmen etwa gemeinsam das Datenmodell für SPINE verabschiedet wurde und so auch deren Produkte Teil des EEBus-Netzwerk im Haus sind. Längst hat die EU den EEBus als Bestandteil des europäischen Referenz Framework aufgenommen.

Mit dem EEBus zum smarten Energiemanagement

Das IoT kann nur dann erfolgreich sein, wenn die Geräte untereinander reibungslos kommunizieren. Auf unserem Smart-Home-Kongress am 13. September wird Josef Baumeister von der EEBus Initiative einen Vortrag über das Energiemanagement mit dem EEBus halten. Wie im Beitrag gezeigt, entwickelt sich EEBus vom reinen Smart-Home-Bus zu einem Smart Grid.

Details zum Programm und die Anmeldung finden Sie hier.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

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