AT515331A2

AT515331A2 - Method for server-based control of HVAC systems via the Internet

Info

Publication number: AT515331A2
Application number: ATA50102/2014A
Authority: AT
Inventors: Gerfried Dipl Ing Cebrat
Original assignee: Gerfried Dipl Ing Cebrat
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-15

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben mit dem über unsichere Kanäle eine sichere Kommunikation zwischen Controller und Server basierter Applikation erfolgt, mit dem Ziel eine Fernbedienung von HLK-Einheiten zu ermöglichen. Im vorgestellten System werden über semantische Informationen NutzerInnen in die Lage versetzt Regeln zu verfassen, wodurch mit verteilten Sensorinformationen und Anwesenheitsdaten zentral Informationen für den Betrieb von HLK-Einheiten generiert werden.A method is described which uses secure channels to establish secure communication between the controller and the server-based application, with the aim of enabling remote control of HVAC units. In the presented system, semantic information is used to authorize users to centrally generate information for the operation of HVAC units with distributed sensor information and presence data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Serverbasierten Steuerung von HLK-Anlagen über das Internet, wodurch durch Benutzerinnen gleichzeitig (dezentrale) mechanische Belüftung, Heizungsthermostate, Warmwasserbereiter o.ä. ansteuern können. Die Vereinfachung der Bedienung und die Möglichkeit der Ansteuerung von der Ferne wird zu einer Einsparung von Energie und Verringerung von Klima wirksamen Gasen führen.The invention relates to a method for server-based control of HVAC systems via the Internet, whereby at the same time by users (decentralized) mechanical ventilation, heating thermostats, water heater or the like. can control. The simplification of operation and the possibility of remote control will lead to energy savings and reduction of climate-effective gases.

Stand der Technik sind SNMP-gesteuerte Relais und mittels GET über TCP/IP steuerbare Controller, da bisher eine Umsetzung des POST-Verfahrens zur Datenübertragung mit den leistungsschwachen Systemen nicht möglich war. Für unstrukturierte Systemarchitekturen, die sich den SenML-Standard unterstützen, ist es möglich die Fähigkeiten der Ressourcen automatisch zu erfassen (US 2013/0094403 Al Electronics And Telecommunications Research Institute). Der SCXML-Standard wurde geschaffen um die vernetzten Geräte in Fahrzeugen oder Wohnungen in ein semantisches Netzwerk einzubinden, für ein verteiltes Sensornetzwerk sind Erweiterungen nötig [Sigüenza et al., Using SCXML for Semantic Sensor Networks 2010].The state of the art are SNMP-controlled relays and GET over TCP / IP controllable controller, as previously a conversion of the POST method for data transmission with the low-performance systems was not possible. For unstructured system architectures that support the SenML standard, it is possible to automatically capture the capabilities of resources (US 2013/0094403 Al Electronics And Telecommunications Research Institute). The SCXML standard was created to integrate the networked devices in vehicles or homes into a semantic network, extensions are needed for a distributed sensor network [Sigüenza et al., Using SCXML for Semantic Sensor Networks 2010].

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde - den Benutzerinnen einen Zugang zur Steuerung der HLK-Einheiten zu geben, ohne die Informationstechnik im Haus ändern zu müssen. - Abwesenheitszeiten für die Steuerung mehrerer HLK-Einheiten zu nutzen. - Additiv Abwesenheit und Schlafzeiten über Sensoren zu detektieren um mit diesen Informationen die HLK-Einheiten in den Nachbetrieb versetzen zu können.The invention is based on the object of giving users access to the control of the HVAC units without having to change the information technology in the house. - Use absences for the control of several HVAC units. - Additive to detect absence and sleep times via sensors in order to put the HVAC units into postoperative operation with this information.

Die Aufgaben sollen mit einer hohen Datensicherheit erledigt werden, d.h. sowohl ein unerwünschter Datenabfluss als auch eine gegebenenfalls unbemerkte Beeinflussung durch Unbefugte soll verhindert werden.The tasks should be done with a high data security, i. Both an undesired data outflow and an optionally unnoticed influence by unauthorized persons should be prevented.

Die gegenständliche Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Benutzerin über eine Webinterface (entweder HTML-Seite oder Applet) die HLK-Einheiten einzeln schalten kann und für jede HLK-Komponente eine logische Verknüpfung zwischen Abwesenheit und Betriebszustand herstellen kann.The objective is achieved by the user via a web interface (either HTML page or applet) can switch the HVAC units individually and can establish a logical link between absence and operating state for each HVAC component.

Durch den zusätzlichen Sparbetrieb bei höher gewichteten Informationen vom Sensor wird eineThe additional economy operation with higher weighted information from the sensor becomes a

Energieeinsparung erzielt. Wird als Anwesenheitssensor ein Lichtsensor verwendet, kann zumindest eine Nachterkennung durchgeführt und ein Sparbetrieb initiiert werden. Zusätzliche Sensoren in den Aufenthaltsräumen ermöglichen eine automatische Erkennung von An- oder Abwesenheit oder von Nachtperioden. Die Anwesenheit kann statistisch für jeden Wochentag und jede Uhrzeit ausgewertet werden, wodurch eine Prognose möglich ist. Das prognostizierte Anwesenheitschema kann der Nutzerin vorgeschlagen oder automatisch übernommen werden.Energy saving achieved. If a light sensor is used as the presence sensor, at least night detection can be carried out and a saving mode can be initiated. Additional sensors in the lounges allow automatic detection of presence or absence or of night periods. The presence can be evaluated statistically for each day of the week and every time, which makes a prognosis possible. The predicted presence pattern can be proposed to the user or automatically adopted.

Die Übertragung der von der Kundin eingegeben Daten kann gesichert über POST erfolgen. Die an den Server vom Controller übertragenen Messwerte oder Zeitstempel sind weniger sensibel, die von der Applikation am Server an die Controller zurück gesandten Steuerbefehle müssen aber über diesen ungesicherten Kanal verschlüsselt werden. Dabei muss mehr Entropie eingeführt werden, da die Verfolgung der immer gleich verschlüsselten Werte leicht Rückschlüsse auf den binäre Status über eine statistische Auswertung Steuerbefehle erlaubt. Der Einsatz eines rollenden Codes zur Ver- und Entschlüsselung der über HTTP GET übertragenen Daten erschwert ein Auslesen von Daten durch Unberechtigte, in dem der Ver- und Entschlüsselungsalgorithmus nur den beiden Kommunikationspartnern bekannt ist und der Ver- und Entschlüsselungsalgorithmus sich mit der Zeit ändert. Über einen semantische Beschreibung des Server basierten Dienstes ist es möglich, dass sich weitere eingebettete Controller von HLK-Einheiten aber auch Haushaltsgeräte der erfassten Daten bedienen. Wenn die Identitäten der anfragenden Geräte bekannt gegeben werden, kann auch eine bevorzugte Einschaltlogik mitgeliefert werden. Dieser Anwendungsfall könnte auch so abgebildet werden, dass die Abwesenheit an kontextsensitive Geräte kommuniziert wird. Hier wird dies aus Sicherheits- und Effizienzgründen umgekehrt. Eine für die unterbrochene Stromversorgung und schlafende Controller geeignete Systemarchitektur erfordert eine Abfragemöglichkeit durch die Geräte selbst. Für eine Nutzung der der Serverapplikation bekannten Nutzerpräferenzen und Sensordaten ist es nötig einen Ontologie-Ebene einzuziehen die die semantischen Daten bzw. Regeln erzeugt. Controller müssen jedoch eine eigene Inferenzmaschine besitzen um Regeln generischer Fomulierung abarbeiten zu können. Die Implementierung sollte trotz Constrained Application Protocol (CoAP) möglich sein. Sinnvoll ist es zuerst für jede Anwendung Szenarien zu definieren, die sowohl Controller als auch Applikation bekannt sind:The transfer of data entered by the customer can be secured via POST. The measured values or time stamp transmitted to the server by the controller are less sensitive, but the control commands sent back to the controllers by the application on the server must be encrypted via this unsecured channel. In this case, more entropy must be introduced, since the tracking of always identical encrypted values allows easy conclusions about the binary status via a statistical evaluation control commands. The use of a rolling code for encrypting and decrypting the data transmitted via HTTP GET makes it difficult to read out data by unauthorized persons, in which the encryption and decryption algorithm is known only to the two communication partners and the encryption and decryption algorithm changes over time. Through a semantic description of the server-based service, it is possible that other embedded controllers of HVAC units but also household appliances use the collected data. If the identities of the requesting devices are disclosed, a preferred power up logic may also be included. This use case could also be mapped so that the absence is communicated to context sensitive devices. Here, this is reversed for safety and efficiency reasons. A system architecture suitable for the interrupted power supply and dormant controllers requires a polling capability by the devices themselves. To utilize the user preferences and sensor data known to the server application, it is necessary to collect an ontology level that generates the semantic data or rules. However, controllers must have their own inference engine to handle rules of generic formulation. The implementation should be possible despite Constrained Application Protocol (CoAP). It makes sense to first define scenarios for each application that are familiar to both controller and application:

Aufgabe der Systemarchitektur ist es die Regeln umzusetzen ohne dass die Logik im Controller des Gerätes bzw. der HLK-Einheit implementiert ist. Ein möglicher generischer Ansatz ist eine Vorgabe einer Zielgröße bzw. Prozessgröße (Leistung, Endzeit, Nutzung von Alternativen). Sinnvollerweise kommuniziert der Controller die beeinflussbaren Größen und die Applikation am Server stellt auf der Basis damit verknüpfte Regeln Zielwerte für die Größen zur Verfügung (siehe Fig 3).The task of the system architecture is to implement the rules without the logic being implemented in the controller of the device or the HVAC unit. A possible generic approach is a specification of a target variable or process variable (performance, end time, use of alternatives). The controller sensibly communicates the influenceable variables and the application on the server provides target values for the variables on the basis of associated rules (see FIG. 3).

Figurenbeschreibungfigure description

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Systemarchitektur, Fig. 2 ein vereinfachtes Sequenzdiagramm. Die Server basierte App wird durch den Controller abgefragt. Beide kennen einen rollenden Ent-und Verschlüsselungscode um die übertragenen Daten zu sichern und eine Authentizität der Kommunikationspartner zu gewährleisten. Eine im Eigentum eines Nachbarn befindlicher Controller kann ebenso Daten an den Server übertragen, ggf. mit einem anderen rollenden Code. Der im eigenen Bereich operierende Controller erhält bei der Übertragung von Daten zum Server, den vom Nutzer eingestellten Anlagenbetriebszustand verschlüsselt zurück übermittelt. Die Übertragung der Daten erfolgt in einem Zyklus der ausreicht um den Anlagenbetriebszustand ausreichend im Normalfall nachführen zu können. Für den Fall dass unmittelbar vor der Heimreise aus der Arbeit eine Änderung des Anlagenbetriebszustandes erfolgen soll, kann im Controller das Kommunikationsintervall optional für bestimmte Tageszeiträume verkürzt werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment according to the drawings. Fig. 1 shows the system architecture, Fig. 2 is a simplified sequence diagram. The server based app is queried by the controller. Both know a rolling decryption and encryption code to secure the transmitted data and to ensure authenticity of the communication partners. A neighbor owned controller may also transfer data to the server, possibly with a different rolling code. The controller, which operates in its own area, receives an encrypted transmission back of the user-set system operating state when transmitting data to the server. The transmission of the data takes place in a cycle which is sufficient to be able to track the plant operating state sufficiently in the normal case. In the event that a change in the plant operating state should take place immediately before the trip home from work, the communication interval in the controller can optionally be shortened for certain time periods of the day.

Eine Übertragung des Verfahrens auf eine via HTTPS gesicherte Kommunikation mittels POST ist sinnvoll, wobei keine Rückgabe vorgesehen ist und die HTTP Statuszeile nach RFC 2616 für die Übermittlung von Steuerdaten an die Controller verwendet werden kann.Transferring the method to HTTPS secured communication via POST makes sense, with no return provided and the HTTP status line as per RFC 2616 can be used to transfer control data to the controllers.

Fig. 3 zeigt eine Anfrage einer Waschmaschine an die am Server laufende Applikation, wobei vorausgesetzt wird, dass diese die Information besitzt, den Server ansprechen zu können. D.h. bei der Konfiguration des Gerätes muss ein URI der Serverapplikation eingegeben werden.3 shows a request from a washing machine to the application running on the server, assuming that it has the information to be able to address the server. That When configuring the device, a URI of the server application must be entered.

Claims

Claims 1. A method for controlling HVAC units, characterized in that a. users can make settings via the Internet, while being inside and outside the firewall-protected private area where the HVAC units are located. b. The at least one controller for HVAC units actively polls its operating state over the Internet via the HTTP GET command from a server located outside the firewall-protected private area in which the controller itself resides. c. the data returned via the GET command from the application running on the server to the controllers for controlling the HVAC units is encrypted on the application level via a rolling code.

2. A method for controlling HVAC units, according to claim 1, characterized in that the transmitted to the application status data of the controller are encrypted via a rolling code.

3. A method for controlling HVAC units, according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of data are transmitted in response to a GET command from the application on the server to the controller, wherein integrates a checksum, which is from the original individual Data and not from the data already assembled into a character string.

4. A method for controlling HVAC units, according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the rolling code controlled by an algorithm changes at different time intervals.

5. A method for controlling HVAC units, according to one of claims 1 to 4, characterized in that the GET commands between the controller and server at least over HTTPS, but advantageously via HSTS (RFC 6797) are encrypted.

6. A method for controlling HVAC units, according to one of claims 1 to 5, characterized in that the controllers query the system operating state at certain times of the day more often.

7. A method for controlling HVAC units, according to one of claims 1 to 6, characterized in that the controller automatically limits the return values received from the server to safe values up and down.

8. A method for controlling HVAC units, according to one of claims 1 to 7, characterized in that the application interrogates other servers on the server to obtain additional data for the controller.

9. A method for controlling HVAC units, according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the controller after the first connection tell the server beinflussbare body sizes, the user creates rules that link the target variables with data and the controller during the process Query the manipulated variables in the application at the server.

10. A method for controlling HVAC units, according to one of claims 1 to 9, characterized in that the application on the server from the historical data a proposal for the absence of lying in the future days derives and offers as a default schedule of purposeful lump sum of the user can be accepted.