Barkhausen Institut

Smart Home Testbed Platform

Introduction

1.IoT devices for SmartHomes gain a lot of attention in recent years. From smart speakers from amazon and google to smart windows, fridges, lights, etc. They use their own communication technology (Wifi, Bluetooth, ZigBee, ...) and their own protocols to integrate in your smart home.

2.There are many open questions in that regard. Security, privacy, resourcefulness, lifecycle management, etc. Two Questions we focused on were

  1. What wireless communication technologies are currently available and what are their benefits, shortcomings and limitations?
  2. Is it possible to integrate products from multiple vendors using different communiation technologies into ONE network/SmartHome system? And how?

Available Technologies

When deciding on a certain brand from an IoT vendor, they usually settled on using one or two different communication technologies. We focused on the wireless transmission, as there are solutions with many different characteristics. This is usually power consumption, robustness against interference, achievable data rate, latency, network scaling and others. Since each application has its own communication requirement and the environments may differ, no technology fits them all. For that reason we researched about available techs, their properties as well as where and how there are embedded in various products.

Innerhalb eines Smart Home kommunizieren und agieren eine Vielzahl von IoT Sensoren und Aktuatoren wie Bewegungsmelder, Türöffnerkontakte, Beleuchtung und Thermostate gemeinsam, unter Verwendung verschiedenster drahtloser Protokolle. Ein intelligentes Steuerungssystem erlaubt eine weitgehende Automation verschiedenster Vorgänge im Haushalt. Zum Beispiel können zum Energiesparen Geschirrspül- und Waschmaschine so programmiert werden, dass sie erst laufen, wenn genügend Energie von einer hauseigenen Solaranlage bereit gestellt wird. Natürlich entstehen durch eine solch weitreichende Automatisierung große Potentiale für Sicherheitslücken. Es ist von außerordentlicher Wichtigkeit, diese Lücken zu erforschen und grundlegend zu schließen.

 

Am Barkhausen Institut haben wir einen Demonstrator entwickelt, welcher einfache Zusammenhänge und Möglichkeiten der Heimautomation aufzeigt. Dazu sind in einem Flur verschiedene kommerzielle Geräte wie Bewegungsmelder, farbige Beleuchtung, Mediengeräte und RFID-Leser vernetzt. Diese Geräte sind in verschiedene Prozesse integriert. So kann zum Beispiel nur ein befugter Benutzer den Süßigkeitenautomat benutzen. Neben diesem illustrativen Aspekt des Aufbaus, dient die Installation als Basis und Kontext für weitere Demonstratoren im Bereich des IoT und ermöglicht Forschung an Sicherheits- und Privatsphärekonzepten.

 

 

Zur Planung haben wir eine 3D-Darstellung des geplanten Aufbaus erzeugt. Dadurch konnten wir uns bereits während der Planung ein Bild vom Aufbau machen und mögliche Anwendungsfälle und Demonstrationen veranschaulichen.

 

 

Innerhalb des aktuellen Aufbaus sind eine Vielzahl von Geräten und Funkstandards vernetzt, welche im Blockdiagramm dargestellt sind.