Leuchten als IoT-Enabler Lichtindustrie entwickelt datenbasierte Geschäftsmodelle

Erst wurde sie netzwerkfähig, nun bekommt sie Sensorik und Rechenleistung. Lichtkonzerne bauen Beleuchtung zur IoT-Infrastrukturkomponente aus. Das bedeutet großflächige Umstrukturierungen für die Unternehmen, datenbasierte Dienst­leistungen für die Anwender und neue Chancen für Cyberkriminelle.

Die kommerziell nutzbare elek­trische Beleuchtung ist etwa 140 Jahre alt. Über einen Großteil dieser Zeit ist aus technischer Sicht recht wenig passiert: Nach der Erteilung des Basispatents für eine Glühlampe mit Kohleglühfaden im Jahr 1880 und den Patenten für die Fluoreszenzlampe um 1926 musste die Beleuchtungsindustrie fast weitere 70 Jahre auf den nächsten großen Entwicklungsschritt warten. Der geschah, als die damals noch kleine japanische Firma Nichia die erste Leuchtdiode auf Basis von Galliumnitrid (GaN) präsentierte, auf der heute so gut wie alle Weißlicht-LEDs basieren.

Beleuchtung als IoT-Infrastruktur

Mittlerweile treibt die Beleuchtungsindustrie technische Neuerungen deutlich schwungvoller voran. Und daran hat der Einzug der LED einen großen Anteil. Bereits 2014 haben Analysten des Marktforschungsunternehmens IHS darauf hingewiesen, dass die lange Lebensdauer der LED zwar ein gutes Verkaufsargument darstellt, den Herstellern dadurch aber auch das immens wichtige Ersatzteilgeschäft verlustig gehen wird. Als Kompensation dafür verändern Lichtkonzerne ihr Geschäftsmodell und wollen zu Infratstrukturanbieterm für das IoT werden.

Bei einer installierten Basis von weltweit etwa 40 bis 42 Milliarden Lichtpunkten haben sie dafür eine denkbar günstige Ausgangsposition. »Beleuchtung ist das weltweit größte Netzwerk aus stromversorgten Geräten«, sagt Guido van Tartwijk, Geschäftsführer des österreichischen Leuchtenherstellers Tridonic (Bild 1). »Und mit dem Übergang zur LED wird dieses Beleuchtungsnetzwerk digital und erlaubt Sensoren und Beacons einen einfachen Zugriff auf Strom und Konnektivität.«

Die Beleuchtungs-Infrastruktur, sowohl die im Gebäude als auch die in der Stadt, soll zum Rückgrat des Internet of Things (IoT) werden. Die Leuchten selbst fungieren in diesem Szenario als Sen­sor-Hubs, dienen also nicht allein der Unterbringung und Stromversorgung von Sensoren, sondern erhalten perspektivisch auch Rechenleistung durch Embedded-PCs. Damit können sie Sensordaten auslesen, vorverarbeiten und an die Cloud übermitteln, wo die weitere Datenanalyse und Visualisierung stattfindet.

Diesen Kurs verfolgen nicht nur die rund 1.600 Tridonic-Mitarbeiter, sondern auch große Teile der Beleuchtungs­industrie. Im September 2017 übernahm zum Beispiel Osram das mittelstän­dische Software-Unternehmen Digital Lumens für eine Summe im Bereich von 50 Millionen Euro. Mit dem eingekauften Fachwissen will der Konzern seine Position bei »lichtsystembasierten IoT-Anwendungen« ausbauen, so der Wortlaut im Geschäftsbericht.

Damit führt die Industrie das Konzept der intelligenten Beleuchtung, das häufig unter dem Schlagwort Smart Lighting auftaucht, näher an die tatsächliche Wortbedeutung heran. Aktuell unterscheidet sich der Großteil der als »smart« beworbenen Leuchten von Standardprodukten durch Netzwerk- und Internetfähigkeit, Ansteuerung per Smartphone-App sowie die Möglichkeit von Statusabfragen und Konfiguration von Lichtszenarien.

Speziell im Heimbereich geht das Mehr an Funktionen aber auf Kosten der Benutzerfreundlichkeit, denn die Steuerung über das Smartphone ist deutlich aufwendiger als der Griff zum Lichtschalter. Fred Maxik (siehe Textkasten: Sechs Kriterien für eine gute Beleuchtung) betont, dass ein Beleuchtungssystem nicht smart genannt werden sollte, wenn es dem Anwender mehr Arbeit bereitet.

Sechs Kriterien für eine gute Beleuchtung
Fred Maxik ist Gründer und Technikvorstand der Lighting Science Group, dem größten nordamerikanischen Hersteller von LED-Leuchten und Beleuchtungssystemen. In seiner Keynote auf dem LED Professional Symposium (LPS) 2017 legte er sechs Punkte vor, die eine gute Beleuchtung ausmachen:
  • Eine Leuchte muss dann leuchten, wenn es der Nutzer will.
  • Sie verdient die Bezeichnung »smart« nicht, wenn sie dem Anwender mehr Arbeit macht.
  • Beleuchtung sollte nur dann vernetzt werden, wenn der Anwender dadurch Mehrwert erhält.
  • Eine Leuchte sollte keine negativen biologischen Effekte erzeugen.
  • Falls möglich, sollte sie das Wohlbefinden steigern. Falls möglich, sollte eine Beleuchtung ästhetisch und dem natürlichen Sonnenlicht nachempfunden sein.

Trotzdem lag 2017 der weltweite Umsatz mit smarter Beleuchtung und Steuerungen für konnektive Leuchten bei rund acht Milliarden US-Dollar. Nun soll echter Mehrwert durch die Ein­bindung von Sensorik und datenbasierte Geschäftsmodelle entstehen. Und vermutlich nicht zuletzt durch das Bestreben der Lichtkonzerne, damit zum Anbieter von IoT-Infrastruktur und -Dienstleistungen zu werden, prognostiziert IHS bereits in vier Jahren eine Umsatzverdoppelung.

Lichtindustrie braucht IT-Kompetenzen

Zumtobel, der Mutterkonzern von Tridonic, hat dafür bereits eine konzernweite Umstrukturierung vorgenommen. Mit der Zumtobel Group Services (ZGS) existiert seit kurzem ein neuer Geschäftsbereich, der auf Planung und Umsetzung von schlüsselfertigen Beleuchtungssystemen und datenbasierten Dienstleistungen spezialisiert ist.

Hier werden Sensorik, Kommunikationsmodule, Cloud-Technologien und Applikationssoftware entwickelt und integriert. Im Gegenzug schrumpfen die Bereiche Lichterzeugung und Leistungselektronik. Ähnlich sieht es in anderen Konzernen aus. Allein ist dieser Kompetenzwandel nur sehr langsam möglich, daher wird entweder IT-Fachwissen eingekauft oder eine Partnerschaft mit Software- und Systemhäusern geschlossen.

IoT-fähige Beleuchtung: Anwendernutzen und Pilotprojekte

Die ersten Systeme für datenbasierte Dienstleistungen wurden für Mieter von Gewerbegebäuden und den Einzelhandel konzipiert. Sie erhalten vom Lichtanbieter ein schlüsselfertiges System zum Beispiel mit integrierten Präsenzdetektoren. Es aggregiert die Sensordaten, leitet daraus die tatsächliche Raumauslastung ab und visualiert die Daten auf einem Dashboard – alles aus einer Hand und mit wenig Verkabelungsaufwand. In größeren Städten mit teurem Wohnraum sind diese Informationen bares Geld wert. Statusabfragen von der Leuchte und eine Protokollierung der Brenndauer zur vorausschauenden Wartung sind ebenfalls möglich.

Erste Pilotprojekte mit diesen Systemen laufen bereits. Im Bürogebäude
St Martin Tower in Frankfurt wurde in acht Konferenzräumen ein Beleuchtungs-/Sensorik-Netzwerk installiert, bei dem jedes Element über eine eigene IP-Adresse (IPv6-Standard) erreichbar ist. Die Stromversorgung erfolgt über gewöhnliche Netzstromkabel oder Power-over-Ethernet (PoE), die drahtlose Einbindung von Sensorik geschieht per Thread-Protokoll. Sensordaten gelangen über eine offene Schnittstelle zur Cloud.

Neben der Entwicklung einzelner Systeme legt die Lichtindustrie auch grundlegende Strukturen, um datenbasierte Geschäftsmodelle anbieten zu können. Osram und Philips stellten auf der diesjährigen Light+Building ihre offenen IoT-Plattformen »Lightelligence« und »Interact« vor. Damit bieten zwei der marktführenden Hersteller ihren jeweiligen Partnern einen Entwickler-Baukasten an, um Software zum Sammeln und Auswerten von Licht- und Sensordaten zu erstellen. Das Know-how des Lichtanbieters steckt dabei in den Micro-Services, die ein Entwickler als Funktionsblock einbinden kann. Grundlegende Aspekte der Sensor­datenaufbereitung werden ihm damit vom Lichtanbieter abgenommen. Hard- und Software von Drittanbietern ist über lizenzierte APIs oder Standardschnittstellen integrierbar.

Osram zielt bei seiner IoT-Plattform darauf ab, dem Anwender die Entwicklung von praktisch-funktionalen Anwendungen zu ermöglichen. Der Sicherheitsbeleuchtungshersteller RZB nutzt sie zum Beispiel, um die gesetzlich vorgeschriebene Prüfung der Beleuchtung von Fluchtwegkennzeichnungen nicht mehr durch einen Mitarbeiter vor Ort, sondern per Fernwartung durchzuführen. Philips stellt auch eine Möglichkeit zur Auswertung von Stimmungsbildern bereit: In die IoT-Plattform können Daten von berechtigten Drittanbietern eingespielt und analysiert werden, zum Beispiel Zeitungs­artikel oder Beiträge in den sozialen Medien, um daraus ein Stimmungsbild über ein kürzlich durchgeführtes Beleuchtungsprojekt einzufangen.

Ein ähnliches Projekt verfolgt Tridonic unter dem Namen »net4more«, die der Hersteller als Toolbox bezeichnet. Die Plattform besteht aus Hard- und Software und ermöglicht ebenfalls das Einbinden von Sensorik in ein Beleuchtungsnetzwerk. In einem Pilotprojekt wurden mit der Toolbox rund 200 Leuchten, Sensoren und Steuergeräte eines Bürogebäudes miteinander vernetzt (Bildergalerie unten). Sie liefern unter anderem Daten zum zeitlichen Verlauf der Luftqualität (CO2-Gehalt und Feinstaub­belastung), zur Raumauslastung und zur Beleuchtungsstärke.

Jenseits der Bürogebäude testet die französische Ein­zelhandelskette Leclerc aktuell eine Beleuchtung mit integrierter Indoor-Navigation, Push-Marketing-Funktion und virtueller Kundenbetreuung.

IoT-Technik zum Nachrüsten

Problematisch beim Zusammenspiel von Licht und Sensorik ist wieder einmal die lange Lebensdauer der LED. Genügt die Leuchte auch nach einigen Jahren noch den Ansprüchen, kann die inte­grierte Sensorik oder die IoT-Technik bereits veraltet sein.

Das Zhaga-Konsortium hat zu Jahresbeginn eine standardisierte mechanische und elektrische Schnittstelle für LED-Leuchten definiert (Bildergalerie unten), über die Sensorik und Kommunikation im Feld nachgerüstet werden kann. Sie betrifft zunächst allein die Außenbeleuchtung, wo Leuchten für Zeiträume von 20 Jahren und länger angeschafft werden. Eine ähnliche Standardisierung für die Innenbeleuchtung hat das Konsortium bereits angekündigt.

Bilder: 4

IoT-fähige Beleuchtung

Pilotprojekt und IoT-Technik zum Nachrüsten

Blinder Fleck IT-Sicherheit

Dass der Einstieg der Leuchtenhersteller in den IT-lastigen Bereich IoT nicht nur Nutzen, sondern auch Probleme mit sich bringen wird, macht Guido Körber deutlich, Geschäftsführer des LED-Treiber-Herstellers Code Mercenaries. Seit vielen Jahren habe die IT-Branche mit Viren, Würmern und Trojanern zu kämpfen. Doch Unternehmen, die sich erst seit kurzer Zeit mit vernetzten Geräten befassten, fehle diese Erfahrung [1]. Und IT-Sicherheit lässt sich nicht nachträglich integrieren. Dafür muss es von Anfang an eine Möglichkeit für das kontinuierliche Einspielen von Sicherheitsupdates geben und Software-Support über einen angemessenen Zeitraum geleistet werden. Nur so lassen sich bekannt gewordene Sicherheitslücken schließen und von denen ist kein Softwareprodukt frei.

Offen bleibt auch die Frage nach der Anwenderfreundlichkeit: Wie lange dauert ein Sicherheitspatch für ein industrielles Beleuchtungssystem? Funktioniert die Beleuchtung während des Update-Vorgangs noch und ist es – vor allem dem Heimanwender – vermittelbar, dass er entweder sei­-ne Beleuchtung als
Teil einer IT-Struktur be­greifen und entsprechend administrieren muss oder alternativ mit einer Anfälligkeit gegen Cyberattacken zu leben hat?

Heute existieren Bot-Netzwerke, die aus einer Armada von Embedded-PCs bestehen, zum Beispiel gekaperten DSL-Routern wie im Fall des Mirai-Netzwerks, deren Betreiber zur Rechenleistung der Embedded-PCs in smarten Leuchten sicherlich nicht nein sagen würden. Die Partnerschaften zwischen Lichtindustrie und Software-Unternehmen zeigen das Problembewusstsein, aber ob das ausreicht, wird sich erst noch zeigen müssen.

Literatur

[1] Körber, G.: Sicherheit im Internet der Dinge: Die smarte Leuchte als Doppelagent. Elektronik 8, 2017, S.38–41.