Modelling a multi agent-system for smart homes

Abstract

Die Anzahl der Haushaltsgeräte steigt in modernen Häusern ständig. Um deren Kontrolle zu vereinfachen, wird Automatisierungstechnik eingesetzt. Durch die Integration zusätzlicher Geräte in die Steuerung/Regelung von Haustechniksystemen steigt jedoch die Komplexität des Systems weiter an. Zusätzlich wird die Energieeffizienz dieser Systeme immer wichtiger, unter anderen durch ökonomische Überlegungen sowie einem wachsenden Umweltbewusstsein.<br />Moderne Haustechnik erlaubt es, Geräte und Funktionen im Haus zu kontrollieren, ist aber komplex in Konfiguration und Bedienung. Dies macht es den Benutzern des Hauses schwer, Änderungen vorzunehmen und führt dazu, dass Einstellungen, wie Komforttemperatur, lediglich bei der Inbetriebnahme des Systems eingestellt, aber nie verändert werden. Um sicher zustellen, dass diese Systeme mit optimaler Effizienz arbeiten, ist somit ein autonomer Betrieb notwendig, bei dem die eingesetzten Systeme selbsttätig Aufgaben im Haus übernehmen und deren Umsetzung effizient gestalten.<br />In dieser Arbeit wird eine auf künstliche Intelligenz basierende autonome Steuerung/Regelung für ein Haus entwickelt. Der Systementwurf folgt einem Multi-Agenten Ansatz und wird mit Hilfe einer etablierten Agenten Methodik durchgeführt. Dabei sollen nicht nur klassische Haustechniksysteme wie Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen betrachtet werden, sondern alle Energieverbraucher sowie die Bewohner selbst in das System einbezogen werden. Dies wird mit Hilfe von Agenten, die auch die Bewohner repräsentieren, realisiert. Agenten vertreten die Interessen ihrer Abbilder und versuchen die Systeme im Haus so effizient wie möglich zu betreiben. Durch Ausnutzung des Multi-Agentenparadigmas und der Vorsehung von Kommunikationsbeziehungen zwischen Agenten wird ein dynamischer Betrieb ermöglicht, der parallel dazu die Einhaltung von Komfortparametern sicherstellt. Das System wird auf Basis einer detaillierten Spezifikation prototypisch umgesetzt und getestet.<br />

In future smart homes, the number of household devices will be constantly increasing. To simplify their control, automation technology can be used. When integrating additional devices in open/closed loop control systems dedicated to the domotics area, however, the complexity of the overall system continues to grow. In addition, the energy efficiency of the underlying systems and their energy efficient operation are becoming increasingly important -- among other reasons due to economic considerations as well as a growing environmental consciousness of our society. For control tasks, modern home automation technology already provides a solid base. Unfortunately, the present systems are usually complex to configure and operate. Typically, necessary adjustments are once done during the commissioning phase and seldom changed afterwards. To guarantee that the systems will later on operate at optimum efficiency, an autonomous operation together with automatic re-adjustment is necessary.<br />In this work, a smart home system based on artificial intelligence is developed. The system design follows a multi-agent approach resting upon an established agent development methodology. Besides the domotics area (heating, ventilation, air conditioning, lighting/shading) it also takes into account various energy consumers and residents. Agents represent dedicated actors of the smart home, some act as avatars for their inhabitants. Together these agents aim at achieving a common goal: to operate the smart home as energy efficient as possible while keeping comfort for their residents in mind. Based on a detailed system specification, the system has been prototypically implemented and tested.