Pictures of the Future Herbst 2002
Internet – Allgegenwärtige Computer
Die Vision des alles umfassenden Netzes
Internet, wie wir es kennen, ist nur der Anfang. Ziel vieler Forscher ist ein alles umfassendes Netz kommunizierender Dinge – Computer- und Kommunikationstechnik stecken dann in jedem Alltagsgegenstand: Der Computer wird allgegenwärtig und verschwindet zugleich.
Im Wohnzimmer von morgen, so sagen Forscher, kommuniziert der Kühlschrank mit dem Notebook, der Stuhl mit der Stereoanlage, der Pullover mit dem Reinigungsroboter: "Things that think" (Quelle: Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik)
"Warum sollen wir nicht digitale Informationen aus unserer Umgebung beziehen, aus Dingen, die uns vertraut sind? Ich glaube wirklich, dass sehr bald unsere Uhren übers Internet miteinander reden werden, unsere Einrichtungsgegenstände, unsere Stühle. Das große Problem ist, dass heute noch alles über den PC läuft, über diesen engen Kanal zwischen Bildschirm, Tastatur und Maus. Das ist unnatürlich", sagte Mark Weiser, der geistige Vater des ubiquitous oder pervasive computing – des allgegenwärtigen Computers – vor einigen Jahren in einem Interview.
Der amerikanische Wissenschaftler, der Anfang der 90er Jahre im Palo Alto Research Center von Xerox als Cheftechnologe gearbeitet hatte, wollte "Dinge, die denken" um sich haben – wie es Nicholas Negroponte, einer der Vordenker des Massachusetts Institute of Technology, einst ausdrückte. Bestückt mit Mikrochips sollten sie drahtlos miteinander kommunizieren. Die kleinen Helfer sollten in Kleidungsstücken ebenso stecken wie in Buchdeckeln, Lichtschaltern oder Eierkochern. Der 1999 verstorbene Weiser stellte jedoch eine Forderung, die nicht leicht zu erfüllen ist: "Die beste Technologie ist die, die unsichtbar ist."
Siemens richtet intelligenten Besprechungsraum ein
Siemens, München-Perlach, Juli 2002: Jochen Sauter von Corporate Technology (CT) hat zu einem Vortrag geladen. Der Forscher von der Abteilung Software- und Systemarchitekturen hält seinen PDA (Personal Digital Assistant) in der Hand, begrüßt die Gäste und tippt kurz auf das Display seines elektronischen Assistenten. Sofort gehen die Jalousien herunter, das Licht aus, die Präsentationswand leuchtet auf. Sauter beginnt mit seinem Vortrag, und die Besucher schauen sich verwundert um. Der Raum ist konventionell eingerichtet, aber offenbar ein Paradebeispiel für allgegenwärtige Intelligenz. Wer hat das Licht aus- und die Klimaanlage eingeschaltet? Wo ist Sauters Notebook, wo seine Power-Point-Präsentation hinterlegt, wo steckt der Projektor? Wenig später lüftet Sauter das Geheimnis. "Sie befinden sich in unserem intelligenten Besprechungsraum", erklärt der Forscher. Mit seinem PDA, der ein integriertes Funkmodul besitzt, kann er den Präsentationsserver im Nebenraum steuern. Auf diesem hat er vorher seine elektronischen Unterlagen und eine Liste mit den Kommunikationsdaten der Teilnehmer gespeichert. Damit ist es für Sauter ein Leichtes, auf Knopfdruck die verwendeten Unterlagen drahtlos an die Computer der Teilnehmer weiterzugeben. Zudem ist auf dem Server ein Vortrags- (Licht aus, Jalousien runter, Präsentationswand an) oder ein Diskussionsszenario (Licht an) hinterlegt. Der Raum selbst verfügt über eine Instabus-Verkabelung: Über diese Datenleitung für die Haustechnik lassen sich die Heizung einschalten, die Jalousien betätigen, die Klimaanlage regulieren oder die entsprechende Licht-Stimmung erzeugen – alles von Sauters PDA aus gesteuert. Sein Fazit: "Einen Raum so einzurichten, ist mit heutiger Technik bereits möglich. Und vor allem: Dies ist auch für ein mittelständisches Unternehmen erschwinglich."
Bei der drahtlosen Kommunikation ist man gar nicht so weit davon entfernt. Die nötigen Technologien existieren bereits: Bluetooth, DECT, Wireless-LAN oder für größere Reichweiten die Mobilfunknetze der zweiten und dritten Generation (GSM, GPRS, UMTS – siehe Beitrag Datenraten im Mobilfunk in Pictures of the Future, Frühjahr 2002). Auch das Internet befindet sich auf dem besten Weg zum allgegenwärtigen Kommunikationsmedium. Dank der Internet-Standards (siehe Kasten im Beitrag Netz ohne Grenzen) können Nutzer weltweit miteinander kommunizieren.
Die bloße Erreichbarkeit allein ist aber für ein universelles Netz nicht ausreichend. Ebenso wichtig ist die Unterstützung der jeweiligen Datenströme über Technologie- und Providergrenzen hinweg. Verkehrsstaus in einzelnen Netzknoten oder durch Funktechnologie verursachte Fehler können zum Datenverlust oder zu Verzögerungen bei der Zustellung führen. Bei manchen Anwendungen – wie dem Laden von Musikdateien – mag dies noch gehen, bei anderen ist es nicht tolerierbar. Ein Beispiel aus der Telemedizin verdeutlicht das Problem: Hier sollen künftig Sensoren des so genannten Body-Area-Networks Parameter wie Blutdruck, Atmung oder Herzfrequenz erfassen. Die Daten, so die Vorstellung der Forscher, werden per Funk im Krankenhaus, Altersheim oder daheim erfasst, aufbereitet und an die Leitzentrale, den Arzt oder einen Provider via Festnetz oder Satellit übermittelt. All dies setzt aber eine sichere Datenübertragung voraus.
Die Vielfalt optimal nutzen. Eine weitere Herausforderung ist die Vielzahl an Endgeräten, die für bestimmte Anwendungen konzipiert sind und bislang nur eingeschränkt miteinander interagieren können, angefangen von Sensoren über Handys, Organizer bis zu Multimedia-Rechnern. "Es geht darum, die bestehenden heterogenen Netztechnologien ohne Brüche zu nutzen", erklärt Joachim Sokol, der sich bei Siemens Corporate Technology (CT) in München mit multimedialen Anwendungen befasst, die unabhängig vom Endgerät bestmöglich durchs Netz unterstützt werden. Handlungsbedarf sieht der Informatiker vor allem bei folgenden Punkten:
Jederzeit online: tragbare Kommunikationsgeräte, Rechner und Displays sollen künftig auch von unterwegs eine komfortable Verbindung zu Heim, Büro oder Fahrzeug herstellen
- Die bisherigen Netze unterstützen die Anwendungen nicht optimal. In Zukunft sollte z.B. automatisch die Bildgröße angepasst werden, wenn ein Nutzer eine Videosequenz auf sein Mobilfunkgerät lädt.
- Den heutigen Datenautobahnen fehlen intelligente Leitsysteme, die Flaschenhälse umgehen und einen schnellen Datentransport garantieren (siehe Beitrag Netz ohne Grenzen).
- Die Netze sind heterogen und arbeiten isoliert. Ein Manko, das u.a. zu unterschiedlichen Abrechnungssystemen und mangelnder Transparenz führt.
- Nutzerfreundlichkeit ist nicht gegeben. Wünschenswert wäre, wenn ein Handybesitzer etwa bei einem Netzübergang vom Mobilfunk- zu einem WLAN über die Tarife und Gebühren informiert würde.
"Wir müssen also geeignete Schnittstellen schaffen, um diese Barrieren zu überwinden", meint Sokol, der davon überzeugt ist, dass "die ubiquitäre Vernetzung unser Leben vereinfachen wird". Sie werde aber, sagt der Forscher, nicht schlagartig kommen, sondern "viele kleine Entwicklungen führen da hin".
Das Altenheim mit Rundumüberwachung
Am weitesten bei smart homes ist wohl Elite Care Oatfield Estates, ein luxuriöses Altenheim in Milwaukie (Oregon, USA). Hier wurde die Vision des ubiquitären Computers verwirklicht – wenn auch vielleicht in fragwürdiger Perfektion. Die Elite-Care-Leitung sieht darin jedoch "eine Hilfe für ältere Menschen und ein Frühwarnsystem, das Unglück verhindern kann". Jede der 120 Spezialwohnungen verfügt über zahlreiche Speicherchips und Sensoren. Greift jemand zu einem Glas Wasser, wird dies mit Sensoren am Glas registriert, die Uhrzeit und Wassermenge an die Zentrale weitergegeben, um die Person vor Dehydrierung zu schützen. Da alle Heimbewohner elektronische Anhänger tragen, lässt sich im Notfall der Standort einer Person auf einem digitalen Flurplan lokalisieren. Auch die Betten besitzen Sensoren. Sie überwachen das Gewicht und registrieren, wie oft sich jemand bewegt und dreht. Sobald ein Bewohner das Bett verlässt, wird das Licht eingeschaltet. Dies kann auch so programmiert werden, dass jemand mit Blasenschwäche nachts geweckt wird, um die Toilette aufsuchen zu können. Und selbst auf der Toilette gilt das Prinzip der Rundumüberwachung: Im Toilettendeckel messen Sensoren Puls und Temperatur, und stellen fest, ob der Benutzer zu wenig getrunken hat. www.elite-care.com
Kleine Objekte mit großer Intelligenz. Dank Mikrosystemtechnik lässt sich heute große Rechenleistung mitsamt Sensoren und Aktoren bereits in den kleinsten Dingen verwirklichen. Zudem lassen sich vollwertige Computer auf einem wenige Quadratmillimeter großen Chip inklusive einiger Kilobyte Speicher – was ein einfaches Betriebssystem ermöglicht – sehr billig herstellen. Diese Technik wird für Chipkarten, aber auch für die so genannten embedded systems (eingebettete Systeme) verwendet. Das sind Prozessoren, die für Steuerungsaufgaben in beliebige Geräte eingebaut werden. Sie stecken in Fahrerassistenzsystemen, in der digitalen Telefonvermittlung oder in Industrieanlagen. Bald könnten sie auch in Schmuck, Haushaltsgegenständen oder Kleidung zu finden sein.
Ein gutes Beispiel für die Kompaktheit eingebetteter Systeme ist der intelligente Toaster, den Siemens-Forscher in Roke Manor, England, entwickelt haben. Ausgestattet mit einem Web-Server von wenigen Kilobyte Speicher lässt er sich dank eines einfachen Browsers via Internet ein- und ausschalten. So mancher Kritiker hat über diese Entwicklung geschmunzelt und sie als sinnlos abgetan. "Der Toaster steht aber eigentlich für etwas anderes", stellt Joachim Sokol klar. "Unsere Kollegen haben gezeigt, dass man mit einer IP-Adresse jeden noch so kleinen Alltagsgegenstand internetfähig machen kann." Auf diese Weise lässt sich z.B. aus der Ferne die vergessene Herdplatte ausschalten oder die Waschmaschine steuern. Nun muss aber nicht jedes Gerät mit einer Internet-Adresse versehen werden. Es reicht aus, einem Haus oder Siedlungsknoten eine zu geben. Der Zugriff auf die häusliche Einrichtung lässt sich über ein Gateway bewerkstelligen.
Eine gemeinsame Sprache. Doch die Realisierung übergreifender Systeme ist alles andere als einfach. "Es mangelt an Standards, die festlegen, wie die Geräte miteinander kommunizieren", erläutert Holger Küfner. Dabei meint der Embedded-systems-Experte von Siemens CT nicht nur Hausgeräte, sondern auch den großen Bereich der Industrie. Die Siemens-Entwickler müssen sich hier durch ein Dickicht an Prozessoren, Speicherbausteinen, Bus- und Betriebssystemen kämpfen. Meist existieren individuelle Software- und Hardware-Lösungen, für die aber nicht unbedingt Standard-Komponenten verwendet wurden. Hinzu kommen die ständigen Leistungssprünge, die zu immer mehr Funktionen führen und die Komplexität erhöhen. "Uns fehlt es an einer gemeinsamen Embedded-systems-Sprache", stellt Küfner fest.
Kein Gag: ein Toaster mit eingebautem Web-Server
Aber nicht nur das: Es gilt auch, Sicherheitsaspekte zu bedenken. Denn vernetzte Sensoren und Prozessoren ermöglichen eine umfangreiche Erfassung der Privatsphäre. Mit ubiquitous computing könnte künftig ein detailliertes Bild der Interessen und Neigungen, aber auch der Schwächen einer Person gezeichnet werden. Heute ist die informationstechnische Überwachung klar abgrenzbar: Sie kann nur über die Nutzung von PC, Chipkarten und Internet erfolgen. Wie aber lässt sich in einer Welt voll smarter, kommunikationsfreudiger Gegenstände eine Unterscheidung zwischen Online und Offline treffen? Wie kann gewährleistet werden, dass sich der Mensch aus dem allgegenwärtigen Netz ausklinken kann? Wie lässt sich Missbrauch verhindern? Wie eine effektive Identifizierung der Nutzer erreichen? All diese Herausforderungen müssen nach Ansicht von Joachim Sokol die beteiligten Provider, Hersteller und Dienste-Anbieter in den nächsten Jahren gemeinsam meistern.
Evdoxia Tsakiridou