Funksteckdosen mit Köpfchen

Forschung Kompakt / 1.8.2012

Von unterwegs per Smartphone die Waschmaschine starten, weil die Photovoltaikanlage auf dem Dach gerade viel Strom liefert – solchen Komfort wünschen sich viele Hausbewohner. Dank intelligent vernetzter Steckdosen können Verbraucher künftig ihre Haushaltsgeräte fernbedienen und so nebenbei ihre Energiekosten senken.

Picture: Smartphone
© Foto Fraunhofer ESK

The table lamp can be switched on and off by means of a smartphone app – thanks to the HexaBus wireless power outlet.

Beleuchtung und Haushaltsgeräte lassen sich künftig komfortabel per Smartphone oder PC steuern, spezielle Fernbedienungen braucht man nicht mehr. Möglich wird dies durch internetfähige Funksteckdosen, die das neue Internetprotokoll IPv6 unterstützen. Forscher an der Fraunhofer-Einrichtung für Systeme der Kommunikationstechnik ESK in München haben die Steckdosen in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und der embedded brains GmbH entwickelt. »Es ist uns gelungen, Steckdosen mit IPv6-fähigem Funk zu vernetzen«, sagt Günter Hildebrandt, Ingenieur an der ESK. »Alle daran angeschlossenen Haushaltsgeräte lassen sich über IPv6-fähige Endgeräte wie Smartphones oder Laptops ein- und ausschalten – auch von unterwegs.«

Die Funksteckdosen sind Bestandteil des Hausautomatisierungssystems HexaBus vom ITWM, das im Projekt »mySmartGrid« (www.mysmartgrid.de) entwickelt wurde. »Mit den HexaBus-Komponenten wird das Smart Home der Zukunft Wirklichkeit. Mit ihnen steuern wir Haushaltsgeräte so, dass der Energieverbrauch optimiert oder gesenkt wird. Zum Beispiel können Hausbewohner die Waschmaschine dann starten, wenn der Strom billig ist oder ihre Spülmaschine betreiben, wenn die Photovoltaikanlage auf dem Dach entsprechend viel Strom produziert«, sagt Mathias Dalheimer, Wirtschaftsingenieur am ITWM in Kaiserslautern, mySmartGrid-Projektleiter und -Chefprogrammierer.

Strom intelligent steuern und messen

Das HexaBus-System besteht neben der Funksteckdose aus einem eigens entwickelten USB-Stick, der sich an einen handelsüblichen Router anschließen lässt. Den Befehl zum Einschalten gibt der Verbraucher über den Webbrowser oder eine Android-kompatible Smartphone-App, anschließend leiten Router und Stick die Daten an die Steckdose weiter. Umgekehrt kann diese an das Smartphone funken, wieviel Strom Tiefkühltruhe und Co. aktuell verbrauchen. Der Nutzer hat so die Möglichkeit, seinen Stromkonsum zu optimieren. »Die Kombination vom parallelen Steuern und Messen von Strom ist ein Novum. Keine Funksteckdose vereint bislang diese beiden Funktionen«, sagt Hildebrandt.

Da das HexaBus-System zum Datenaustausch IPv6 nutzt, erhält jede einzelne Steckdose – und somit jedes Gerät – eine eigene IP-Adresse. Dadurch lässt sie sich direkt ansprechen. Doch wie ist es den Forschern gelungen, die Funksteckdosen und USB-Sticks internetfähig zu machen? Hierfür haben Hildebrandt und sein Team eine spezielle Protokollsoftware entwickelt und das Betriebssystem Contiki um das Kommunikationsprotokoll 6LoWpan erweitert, kurz für IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network. Contiki ist ein Open-Source-Betriebssystem für Mikrocontroller, die auf den Steckdosen und USB-Sticks laufen. Über ein weiteres Protokoll können Anwender im Webbrowser jede einzelne Steckdose mit einem eigenen Namen versehen – etwa »waschmaschine.keller«.
Datensicherheit gewährleistet

Um die Sicherheit ihrer Daten müssen sich die Verbraucher nicht sorgen – die Informationen werden verschlüsselt übertragen. Hierfür haben die Experten das Betriebssystem Contiki mit einer AES-128-Verschlüsselung (Advanced Encryption Standard) ausgestattet. Gefunkt wird im 868MHz-Frequenzband. »Damit erhält der Konsument die Möglichkeit, weiträumig verteilte Geräte an- und abzuschalten. Die Reichweite zwischen Steckdose und Router kann durchaus 30 Meter betragen«, erläutert Hildebrandt.

Die HexaBus-Steckdosen sind mittlerweile einsatzbereit. Für die Hardwareentwicklung sowie die Serienfertigung von Steckdosen und USB-Sticks ist der Industriepartner embedded brains GmbH verantwortlich. Doch die Forscher haben schon neue Ideen: Im nächsten Schritt wollen sie ihr System um eine Multihop-Vernetzung erweitern: Mehrere Steckdosen sollen sich dann miteinander verknüpfen lassen, so dass der Router Nachrichten von einer Steckdose zur nächsten weiterleiten kann, um so die Reichweite des Systems zu erhöhen – ein interessantes Szenario für Büroanlagen und Industrieflächen.