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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum automatisierten An- und Ausschalten von Netzwerkfunktionen von Geräten, insbesondere von Smart-Home-Endgeräten.
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Smart-Home-Lösungen sind heutzutage aus vielen Haushalten nicht mehr wegzudenken. Nicht nur Smartphones, Tablet, PCs, Laptops und Router sind mit dem Internet bzw. einem Heimnetzwerk verbunden, sondern auch viele weitere Geräte, die Nutzern das Leben einfacher und komfortabler machen. Häufig werden die Smartphones oder Tablets der Nutzer, die sich im selben Netzwerk befinden, zum Steuern dieser Geräte verwendet und dienen quasi als ein Interface für die Endgeräte. Solche Endgeräte sind beispielsweise Fernseher, Receiver, IP-Kameras, Kühlschränke, Kaffeemaschinen, Waschmaschinen, Alarmanlagen und noch einige andere. Diese Endgeräte weisen typischerweise eine Netzwerkfunktionalität auf und sind über ein Netzwerk, zumeist ein Heimnetzwerk, direkt oder mittelbar miteinander verbunden. Das Heimnetzwerk kann wiederum über einen entsprechenden Router mit dem Internet verbunden sein, sodass der Nutzer seine Smart-Home-Endgeräte prinzipiell von allen Orten aus Steuern und Überwachen kann. Hierdurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die Alarmanlage detektiert, wenn die Waschmaschine eine Fehlfunktion aufweist und Wasser ausläuft. Über das Internet kann die Alarmanlage den Nutzer, beispielsweise über sein Smartphone, über diesen Alarmfall informieren und dieser kann die an das Netzwerk angebundene Waschmaschine abschalten.
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Der steigende Komfort bietet für den Nutzer durch die Vernetzung einer Vielzahl von Endgerät nicht nur Vorteile, sondern auch Risiken. Je größer die Anzahl der vernetzten Endgeräte ist, desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass eines der Endgeräte für Schadsoftware oder Schadprogramme aus dem Internet anfällig ist. Man bedenke nur wie aufwendig es sein kann, ein einzelnes Gerät sicherheitstechnisch auf dem neuesten Stand zu halten. Insbesondere wenn einzelne Endgeräte keine Sicherheitsupdates mehr erfahren, erweisen sich diese als anfällig. Somit bietet also jedes vernetzte Endgerät ein potentielles Einstiegstor für Angreifer. Die größten Botnetze bestehen heute nicht mehr aus PCs, sondern aus Internet-of-Things (IoT) Geräten.
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Mirai konnte mit tausenden von IP-Cams DDoS Angriffe im Tera-Bit-Bereich durchführen. IoT-Geräte sind nicht nur wegen ihrer Konnektivität interessant für Angreifer. Im Gegensatz zu Desktopcomputern oder Smartphones verfügen sie häufig über kein User-Interface, setzen veraltete Software ein, sind nicht erweiterbar und nur schlecht abgesichert. Bei den meisten Nutzer-Endgeräten ist nicht auf den ersten Blick erkennbar, ob diese abgeschaltet, im Stand-by-Modus oder gerade aktiv sind. Beispielsweise sieht ein Einbau-Kühlschrank wegen der äußeren Verkleidung in all diesen Zuständen auf den ersten Blick zumindest ähnlich aus. Im Falle eines Fernsehers ist die primäre Erkennung die Aktivität des Bildschirms. Allerdings können selbst bei abgeschaltetem Bildschirm Updates des Betriebssystems des Fernsehers durchgeführt oder Aufnahmen getätigt werden, wobei der Fernseher auf das Heimnetzwerk zugreifen kann.
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Für Nutzer, die auf die computertechnische Sicherheit ihres Netzwerks und ihrer Endgeräte bedacht sind, bleibt bisher nur die Möglichkeit einer kompletten Sperrung der Netzwerkfunktionalität, sodass Angreifer im Stand-by-Modus nicht auf ihre Endgeräte zugreifen können. Bekannt wurde beispielsweise der Fall, dass externe Angreifer über mit dem Internet verbundene Webcams Nutzer gegen ihren Willen ausgespäht haben, wobei die Nutzer dachten, dass die Webcams ausgeschaltet seien. Eine komplette Sperrung der Netzwerkfunktionalität dieser Geräte ist allerdings wenig komfortabel, da der Nutzer jedes Mal bei der Benutzung die Sperre wieder deaktivieren und bei jeder Abschaltung wieder aktivieren müsste. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Aufwand, der zudem sehr fehleranfällig ist, da zu erwarten sein wird, dass der Nutzer des Öfteren die Aktivierung der Sperre vergisst oder aus Zeitgründen nicht durchführt.
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Die
EP 1 296 147 B1 zeigt ein Verfahren sowie ein System zur „nicht-invasiven“ Messung des Stromverbrauchs von einem oder mehreren Haushaltsgeräten. Hierbei durchläuft das Verfahren zunächst eine Trainingsphase, wodurch Werte ermittelt werden können, die den durchschnittlichen Stromverbrauch der Haushaltsgeräte, insbesondere zu bestimmten Uhrzeiten, wiedergeben. Das System kann dann ermitteln, falls beispielsweise eine Abweichung zwischen dem gewöhnlichen Elektrizitätsverbrauch und dem aktuellen Elektrizitätsverbrauch vorliegt. Wird der gewöhnliche Elektrizitätsverbrauch zu stark überschritten, kann dies darauf hindeuten, dass beispielsweise vergessen wurde ein elektrisches Bügeleisen auszuschalten. Über das Internet kann ein Bewohner des Haushalts über diesen möglichen Alarmfall informiert werden. Nachteilig lehrt dieses Verfahren keine Möglichkeit Angriffe auf die Haushaltsgeräte aus dem Internet abzuwehren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, dass die Netzwerksicherheit von Endgerät, insbesondere von IoT-Geräten, auf komfortable Art und Weise erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit dem unabhängigen Anspruch 8.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum automatisierten An- und Ausschalten eine Netzwerkfunktionalität eines Endgeräts, insbesondere von Internet-of-Things-Geräten, angegeben. Hierbei ist das Endgerät in ein Netzwerk, insbesondere in ein Smart-Home-Netzwerk, integriert und die Netzwerkfunktionalität des Endgeräts wird von einem Netzwerkcontroller gesteuert. Ein Sensor dient zur Erfassung der elektrischen Leistungsaufnahme an einer Stromversorgung des Endgeräts. Wobei der Sensor die aktuelle Leistungsaufnahme des Endgeräts, insbesondere fortlaufend, misst.
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Der Kerngedanke der Erfindung ist nunmehr, dass mittels der aktuellen Leistungsaufnahme ein Übergang zwischen Betriebszuständen, insbesondere zwischen einem Stand-by-Modus und einem Arbeitsmodus, des Endgeräts festgestellt wird und dass der Netzwerkcontroller bei dem Übergang zwischen den betriebszuständen zumindest einen Datenkanal der Netzwerkfunktionalität abschaltet oder einschaltet. Diese Lösung basiert auf der Idee, dass Endgeräte die nicht aktiv benutzt werden, also sich beispielsweise in einem Stand-by-Modus befinden, nicht die volle Netzwerkfunktionalität benötigen. Wird in diesem Betriebszustand also zumindest der Datenkanal abgeschaltet über den Angreifer auf das Endgerät zugreifen können, wird die Sicherheit für den Nutzer beträchtlich erhöht. Falls es nötig sein sollte, kann die Netzwerkfunktionalität auch komplett abgeschaltet werden. Es wäre nun aber wenig komfortabel, wenn der Nutzer die Netzwerkfunktionalität wieder manuell aktivieren müsste, wenn das Endgerät wieder in den Betriebszustand „Arbeitsmodus“ wechselt. Das Verfahren löst dies, indem die Netzwerkfunktionalität vorteilhaft wieder automatisiert eingeschaltet wird.
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Bevorzugt wird die Netzwerkfunktionalität im Stand-by-Modus abgeschaltet oder einschränkt wird, wenn die Messwerte der Leistungsaufnahme einen vorgegeben Schwellenwert unterschreiten. Zweckmäßigerweise wird die Netzwerkfunktionalität aktiviert, wenn die Messwerte der Leistungsaufnahme den vorgegeben Schwellenwert oder einen anderen Schwellenwert überschreiten. Diese Lösung basiert auf der Idee, dass Endgeräte die nicht aktiv benutzt werden, also sich beispielsweise in einem Stand-by-Modus befinden, eine andere elektrische Leistungsaufnahme haben als Geräte, die aktiv benutzt werden. Hierbei liegt eine EU-Richtlinie sogar fest, dass die maximale Leistungsaufnahme im Stand-by-Modus 1 Watt nicht überschreiten darf. Diese Information wird genutzt, indem der Netzwerkcontroller die Netzwerkfunktionalität abschaltet, wenn die Messwerte den vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten. Im Hinblick auf die EU-Richtlinie würde dies bedeuten, dass der Schwellenwert jedenfalls unter 1 Watt liegt. Dies soll die Erfindung allerdings nicht auf diesen Schwellenwert beschränken. Prinzipiell lehrt die Erfindung, dass der Schwellenwert frei vorgegeben werden kann.
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Die Erfindung ermöglicht es demnach vorteilhaft, dass die Netzwerkfunktionalität genau dann automatisiert ausgeschaltet wird, wenn das Gerät nicht aktiv verwendet wird. Hierdurch wird das Zeitfenster, in welchem Angreifer über das Internet auf das Endgerät zugreifen können, deutlich eingeschränkt. Angreifer können also nur noch auf das Gerät zugreifen, wenn dieses aktiv verwendet wird, was gleichzeitig bedeutet, dass der Nutzer viel besser bemerken kann, wenn Cyberattacken vorgenommen werden. Dieses Verfahren kann es demnach beispielsweise verhindern, dass Nutzer unbemerkt über ihre Webcams ausspioniert werden. Wird die Netzwerkfunktionalität des Gerätes lediglich eingeschränkt anstatt komplett abgeschaltet, bleiben definierte Kommunikationsmöglichkeiten mit dem Endgerät bestehen, die jedenfalls so ausgelegt sein sollen, dass keine unerwünschten Cyberattacken auf das Endgerät ausgeführt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schwellenwert der elektrischen Leistungsaufnahme von dem Hersteller und/oder von einem Nutzer des Endgerätes festgelegt. Dies ermöglicht auf die verschiedenen Charakteristika der einzelnen Endgeräte einzugehen. Es kann mitunter vorkommen, dass die Leistungsaufnahme im Stand-by-Modus eines Endgeräts der Leistungsaufnahme eines sehr energiesparenden Endgeräts im aktiven Modus entspricht. Dadurch, dass der Schwellenwert für jedes Endgerät individuell festgelegt werden kann, wird sichergestellt, dass beide Geräte trotz ihrer unterschiedlichen Leistungsaufnahme zuverlässig im Stand-by-Modus die Netzwerkfunktionalitäten deaktivieren.
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Vorzugsweise wird die Netzwerkfunktionalität automatisch aktiviert, wenn das Endgerät aus dem Stand-by-Modus in den Arbeitsmodus erwacht. In diesem Fall detektiert der Sensor eine erhöhte Leistungsaufnahme des Arbeitsmodus, die über dem festgelegten Schwellenwert liegt und übermittelt die erhöhte Leistungsaufnahme an den Netzwerkcontroller, welcher die Netzwerkfunktionalität als Folge wieder aktiviert. Für den Nutzer wird hierdurch der Komfort deutlich erhöht, da er die Netzwerkfunktionalität nicht wieder „aktiv“ manuell zuschalten muss, was für eine Vielzahl von Endgeräten einen unzumutbaren zeitlichen Aufwand darstellen würde.
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Bevorzugt erwacht das Endgerät mittels einer manuellen Aktivierung durch den Nutzer, insbesondere durch einen Tastendruck, in den Arbeitsmodus. Bei einem Fernseher ist es bspw. unmittelbar einleuchtend, wie dies zu verstehen ist. Der Fernseher befindet sich in einem Stand-by-Modus mit ausgeschalteter Netzwerkfunktionalität. Mit dem Fernseherschalter oder mit dem Schalter an dem Gerät, kann der Nutzer den Fernseher manuell anschalten. Beim Anschalten des Fernsehers erhöht sich wiederum dessen Leistungsaufnahme, die der Sensor detektiert und an den Netzwerkcontroller sendet. Diese stellt fest, dass sich die Leistungsaufnahme des Fernsehers nunmehr wieder über dem Schwellenwert befindet und aktiviert automatisch die zuvor abgeschaltete Netzwerkfunktionalität. Für andere Endgeräte gilt dies analog.
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Dem Endgerät kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Aufwachsignal zugesendet werden, dass über Infrarot, Bluetooth und/oder Nahfeldkommunikation übertragen wird, sodass das Endgerät in den Arbeitsmodus erwacht. Typischerweise sendet beispielsweise eine Fernbedienung ihre Signale mit Infrarot. Da eine solche Infrarotstrahlung durch optische Hindernisse, beispielsweise eine Hauswand, geblockt wird, kann verhindert werden, dass das Gerät von außerhalb wieder aktiviert wird. Sowohl Bluetooth als auch die Nahfeldkommunikation sind auf die unmittelbare Umgebung zu dem Endgerät beschränkt und verhindern, dass das Endgerät aus dem Internet heraus wieder aktiviert werden kann.
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Es ist vorzugsweise möglich die Geräte über IP aufzugeweckt. (Wake on LAN, WoL) oder auch über Ethernet mittels der Stromversorgung (Power over Ethernet, PoL). Damit der WoL-Fall funktioniert, sollte zweckmäßig eine Option vorhanden sein, so dass der Netzwerkcontroller ganz bestimmte Protokolle und Befehle „noch“ zulässt. Der Netzwerkcontroller schließt also den Datenkanal/ blockt die Kommunikation mit der Ausnahme bestimmter Protokolle/Befehle und Nachrichten. Der Netzwerkcontroller kann die Kommunikation auch nur einseitig zulassen - also bspw. von Fernbedienung/Smartphone zum Fernseher. Der Fernseher soll aber nicht mit dem Smartphone kommunizieren können.
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Vorzugsweise ermöglicht das Verfahren, dass der Nutzer vermittels des Internets aus der Ferne mit seinem Endgerät im Stand-by-Modus, mit deaktivierter Netzwerkfunktionalität, kommunizieren kann. Dies kann dadurch realisiert werden, dass dem Endgerät eine smarte Steckdose mit Netzwerkfunktionalität zugeordnet wird. An diese smarte Steckdose, die eine aktive Netzwerkfunktionalität aufweisen muss, kann der Nutzer aus der Ferne ein Signal senden, sodass diese einen Stromimpuls ausgesendet, der dazu führt, dass der Sensor eine Leistungsaufnahme über dem Schwellenwert detektiert, was dazu führt, dass der Netzwerkcontroller die Netzwerkfunktionalität im Stand-by-Modus wieder aktiviert. Nun kann der Nutzer auch aus der Ferne wieder auf sein Endgerät zugreifen und beispielsweise eine Heizung aus der Ferne steuern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung angegeben, die zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren geeignet ist.
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Der Netzwerkcontroller kann einem Smart-Home-fähigen Router, einem internen Chip des Endgeräts und/oder einer Netzwerksteckdose zugeordnet sein. Ist der Netzwerkcontroller dem internen Chip des Endgeräts zugeordnet, kann das Endgerät, ohne dass der Nutzer hierfür weitere Anschaffungen tätigen muss im Sinne der Erfindung verwendet werden. Auf der anderen Seite ermöglicht ein Netzwerkcontroller, der einem Smart-Home-fähigen Router oder einer smarten Netzwerksteckdose zugeordnet ist, dass auch Geräte im Nachhinein noch für das erfindungsgemäße Verfahren in Gestalt der angegebenen Vorrichtung nachgerüstet werden können. Im Allgemeinen dürfte es auch einfacher sein, insbesondere den Smart-Home-fähigen Router, mit Updates auf dem neuesten Sicherheitsstand der Technik zu halten. Zusätzlich oder alternativ kann die Netzwerkfunktionalität auch durch einen Software Algorithmus auf dem Endgerät geregelt sein.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Figur erläutert:
- 1: zeigt grafisch den Verlauf der Leistungsaufnahme und der Aktivität einer Netzwerkfunktionalität eines Endgeräts unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Nachfolgend werden zahlreiche Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen ausführlich erläutert. Die vorliegende Offenbarung ist dabei nicht auf die konkret genannten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr lassen sich die hier genannten Merkmale beliebig zu erfindungsgemäßen Ausführungsformen kombinieren, sofern dies nachfolgend nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung lassen sich in verschiedenen Formen realisieren.
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In einer ersten Ausführungsform wird ein Smart-Home-fähiger Router in Kombination mit einer smarten Steckdose verwendet. Hierbei überträgt die smarte Steckdose fortlaufend die aktuelle Leistungsaufnahme des Endgeräts an den Router. Wird der Schwellenwert überschritten, so aktiviert der Smart-Home-fähige Router die Netzwerkfunktionalität des Endgeräts, wird der Schwellenwert der Leistungsaufnahme jedoch unterschritten, deaktiviert der Smart-Home-fähige Router die Netzwerkfunktionalität des Endgeräts. Hierbei versteht es sich, dass der Sensor zur Leistungsaufnahme der smarten Steckdose zugeordnet ist und dass die smarte Steckdose ebenfalls über das Netzwerk mit dem Smart-Home-fähigen Router kommuniziert. Allerdings kann die Netzwerkfunktionalität der smarten Steckdose eingeschränkt werden, indem sie lediglich die gemessene Leistungsaufnahme überträgt, sodass von ihr keine wesentliche Gefahr für Cyberattacken ausgeht. Der Sensor kann also in das in das Smart-Home Netzwerk integriert sein und mit dem Netzwerkcontroller oder einer Steuereinheit kommunizieren. Die Steuereinheit kann die Daten des Sensors auslesen und dem Netzwerkcontroller mitteilen, ob ein Datenkanal geschlossen werden soll. Der Sensor kann prinzipiell auch in die Schalterlogik implementiert werden. In einer speziellen Variante ist der Sensor sowohl die Netzwerksteckdose und stellt Strom zur Verfügung, als auch Netzwerk über ein weiteres Interface. Unter einer Netzwerkfunktionalität kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise verstanden werden, dass ein Netzwerk an-/ausgeschaltet wird, das Internet an-/ausgeschaltet wird, ein Empfangen bzw. Senden an-/ausgeschaltet wird, Protokolle an-/ausgeschaltet werden, DatenVerkehr an-/ausgeschaltet wird.
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1 zeigt an einem Ausführungsbeispiel wie das erfindungsgemäße Verfahren die Netzwerkfunktionalität abhängig von der Leistungsaufnahme 1 als Funktion der Zeit 2 aktiviert bzw. deaktiviert.
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In dieser Darstellung ist die aktivierte Netzwerkfunktionalität als IP „on“ 3 und die deaktivierte Netzwerkfunktionalität als IP „off“ 4 bezeichnet. Befindet sich das Endgerät im normalen Arbeitsmodus „on“ 6, so liegt die von einem Sensor gemessene Leistungsaufnahme über einem Schwellenwert 7 und die Netzwerkfunktionalität des Endgerätes ist aktiv. Dieser Schwellenwert 8 liegt insbesondere in einem geeigneten Abstand über dem Stand-by-Level 9 der Leistungsaufnahme des Endgeräts. Im Stand-by-Modus 7 kann es nämlich zu leichten Schwankungen 10 der Leistungsaufnahme des Endgerätes kommen, welche dazu führen können, dass der Schwellenwert 8 im Stand-by-Modus ansonsten unabsichtlich überschritten wird.
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Wird das Endgerät in den Stand-by-Modus 7 versetzt, fällt die Leistungsaufnahme unter den Schwellenwert 8 und die Netzwerkfunktionalität wird ausgeschaltet. Steigt die Leistungsaufnahme wieder infolge eines Anschaltens des Geräts, wird die Netzwerkfunktionalität wieder aktiviert, wenn die Leistungsaufnahme über dem Schwellenwert 8 liegt.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzlicher Chip an dem Endgerät vorgesehen, welcher die Leistungsaufnahme misst und die Netzwerkfunktionalität steuert. Alternativ kann der Chip auch Informationen an eine Steuerinstanz, insbesondere den Smart-Home-fähigen Router, senden, der darüber entscheidet, ob die Netzwerkfunktionalität aktiviert oder deaktiviert wird.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel wird eine Netzwerksteckdose verwendet, die die Leistungsaufnahme misst und die Netzwerkfunktionalität zur Verfügung stellt. Die smarte Netzwerkdose schaltet bei Erreichen der Schwellenwerte die Netzwerkfunktionalität des Endgeräts an oder aus.
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Als viertes Ausführungsbeispiel ist eine Software-Funktion in den Endgeräten vorgesehen. Diese Softwarefunktion steuert insbesondere die Netzwerkfunktionalität des Endgeräts und kommuniziert mit dem Sensor, welcher die Leistungsaufnahme misst, um entscheiden zu können wann die Netzwerkfunktionalität aus- bzw. angeschaltet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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