Den Smart Home Wettbewerb bestimmen unterschiedliche Standards am Markt. Dennoch haben alle Smart Home Systeme ein gemeinsames Ziel – die Ansteuerung (aller) elektrischen Geräte über ein zentrales Gateway.

Smart Home Systeme

Smart Home StandardsGrundsätzlich gibt es bei Smart Home Systemen zwei Formen der Datenübertragung. Diese erfolgt entweder kabelgebunden oder per Funk. Bekannte Funkstandards sind WLAN, DECT, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth oder EnOcean. Dabei wird die lizenzfreie nutzbare Funkfrequenz auf dem 868 MHz Band am häufigsten verwendet.

Neben den verschiedenen Übertragungsmöglichkeiten der Daten im Smart Home System gibt es noch Unterscheidungen bei der Kompatibilität der Systemnutzung. Die Differenzierung erfolgt in offene und proprietäre Standards, die entweder eine weite herstellerunabhängige oder eine enge herstellerspezifische Systemnutzung ermöglichen.

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1 – Offene Systeme

Herstellerunabhängige Smart Home Systeme sind in der Lage, Sensoren und Aktoren unterschiedlichster Hersteller zu verwalten. Eine große Flexibilität bietet das System „homee“, welches durch seine verschiedenen „Kommunikations-Würfel“ Geräte verarbeiten kann, die auf bekannte Übertragungsstandards Z-Wave, ZigBee und EnOcean aufbauen.
Qivicon, die Smart-Home-Lösung der Telekom, bietet ebenso Möglichkeiten zur Integration der Smart Home Standards HomeMatic, HomeMatic IP, ZigBee und DECT-ULE.

2 – Geschlossene Systeme

Proprietäre oder geschlossene Smart Home Systeme sind oft auf den Schwerpunkt Sicherheit ausgelegt und auf ihre Hersteller beschränkt. Ein oft gelobter Mehrwert ist die Abstimmung der Komponenten, was kaum oder keine Verbindungsprobleme auftreten lässt.
Zum Beispiel nutzt AVM den offenen DECT-Standard (funkbasiert), verschließt sich mit dem Zusatz „HAN-FUN“ im Protokoll und ermöglicht es, nur AVM-Komponenten an der FRITZ!Box zu betreiben. Der Hersteller digitalSTROM zählt ebenso zu den geschlossenen Systemen, nutzt aber die Stromleitung als Bus-Leitung.

3 – Halb-offene Systeme

Hervorgegangen aus dem Wunsch der Nutzer nach mehr Flexibilität finden sich vereinzelt halb-offene Systeme mit ausgewählten Kooperationspartnern am Markt. Der Hersteller Loxone mit seinem namensgleichen Bus-System ist generell nur mit Loxone-Komponenten (draht bzw. funk) kompatibel. Zusätzlich lässt es mit entsprechender Hardware-Erweiterung den Funkstandard EnOcean zu. Das Smart Home System innogy unterstützt bspw. auch Lampen von Philips Hue oder Raumthermostate von Netatmo.

Smart Home Übertragungsstandard

 


Smart Home Übertragungsstandards

Selten ist ohne eine intensivere Erstrecherche klar, welche Smart Home Standards es gibt, ob funk- oder drahtbasiert oder in der Hybridform, was die Besonderheiten sind bzw. wo es Grenzen in der Technik gibt.

1 – Funkbasierte Smart Home Systeme

Unterschiedliche Technologien wie W-LAN, Z-Wave, EnOcean oder eNet werden als funkbasierende Systeme bezeichnet. Eine Unterscheidung wird über die unterschiedlichen Funkfrequenzen gemacht. Ein Großteil der Hersteller für Smart Home Systeme setzt auf diese Übertragungstechnik.

Vorteile
– einfache Installation, vor allem bei der Nachrüstung einer Smart Home Anlage
– vergleichsweise günstiger, herstellerabhängig

Nachteile
– Datenübertragung kann störanfällig sein
– begrenzte Reichweite, dadurch ist Repeater (Verstärker) notwendig
– bei batteriebetriebenen Systemen sind Batterien zu tauschen

2 – Drahtgebundene Smart Home Systeme

Drahtgebundene Smart Home Systeme lassen sich über das vorhandene 230V-Stromnetz, eine eigens dafür installierte zweiadrige Bus-Leitung oder ein Netzwerkkabel realisieren.

Vorteile
– bei Neubau einfache Verlegung bei Elektrogrundinstallation
– Datenkabel stellt „wirkliche“ Verbindung dar, sichere Datenübertragung
– je nach System lässt sich das 230 V Stromnetz als Basis bei Nachrüstungen nutzen

Nachteile
– hoher Aufwand bei nachträglicher Installation einer zusätzlichen Bus-Leitung
– deutlich höhere Kosten, wenn nachträglich und als Zusatz zur bestehenden Elektroverkabelung
– detaillierte Planung bei anspruchsvollen Lösungen notwendig

3 – Hybride Smart Home Systeme

Hybride Smart Home Lösungen können mit drahtgebundenen und drahtlosen Protokollen umgehen. Dabei muss aber beachtet werden, welche Art der Kompatibilität vorherrscht. In der Regel werden nur ausgewählte Protokolle, maximal ein oder zwei, unterstützt.


Smart Home Protokolle

Die Fülle an unterschiedlichen Protokollen ist lang. Ein gewisses Basiswissen zu den bekanntesten und relevantesten Smart Home Standards ist daher unerlässlich.

1 – Z-Wave-Protokoll

Z-Wave Logo
Z-Wave Logo

Z-Wave ist ein Funkstandard, der auf dem 868 MHz Band arbeitet, teilweise auch schon auf dem 2,4 GHz Band.

Hersteller wie Danfoss, TechniSat oder Fibaro müssen ihre entwickelten Produkte auf Z-Wave oder Z-Wave Plus zertifizieren lassen. Im Ergebnis können sich alle Z-Wave zertifizierten Sensoren und Aktoren bzw. Geräte untereinander vernetzen lassen. Über die Mesh-Technologie, wo jedes Z-Wave Gerät dazu beiträgt, die Kommunikation untereinander zu verbessern, entsteht so ein stabiles Funknetz. Die Datenübertragung erfolgt über AES-Verschlüsselung mit 128 Bit und in beide Richtungen, auch bekannt als bidirektional oder 2-Wege-Kommunikation.

2 – ZigBee-Protokoll

Der Name ZigBee ist in den vergangenen 1,5 Jahren deutlich bekannter geworden. Dazu haben große Unternehmen wie Philips mit der HUE-Reihe, IKEA mit Tradfri oder auch der Leuchtenhersteller Osram beigetragen.
Wie das Z-Wave-Protokoll ist auch ZigBee ein energieeffizienteres Protokoll als WLAN. ZigBee überträgt die Daten ebenfalls verschlüsselt auf 868 MHz. Oft wird das Protokoll mit Glühlampen oder anderen Beleuchtungsmöglichkeiten in Zusammenhang gebracht. Beim Kauf sollte darauf geachtet, dass es sich um den aktuellen ZigBee 3.0 Standard handelt. In den Anfängen wurde ZigBee in verschiedene Profile (ZLL und ZHA) unterteilt, die untereinander nicht kompatibel waren. In ZigBee 3.0 ist beides zusammengefügt.

3 – EnOcean-Protokoll

EnOcean Pi GPIO-Port
EnOcean Pi aufgesteckt auf einem Raspberry Pi

Der Funkstandard EnOcean wurde in verschiedenen Beiträgen im Blog behandelt. Zuletzt mit dem EnOcean Pi mit FHEM. Hinter der Technologie vom EnOcean-Protokoll steht die Siemens AG. Seit 2012 ist EnOcean ein internationaler Funkstandard und wird ähnlich wie Z-Wave von einer EnOcean-Allianz weiterentwickelt.

Im Gegensatz zu Z-Wave und ZigBee basiert die EnOcean-Technologie (extern) größtenteils auf batterielose Komponenten. Die notwendige Energie wird über verschiedene Möglichkeiten gewonnen und kann in Form von Licht, Bewegung oder Temperaturunterschiede stattfinden. Auch die EnOcean-Technologie sendet auf der Frequenz von 868 MHz.

4 – DECT-ULE-Protokoll

ULE-LogoDECT-ULE ist am ehesten bekannt im Zusammenhang mit dem Unternehmen AVM und seiner FRITZ!Box. Ein Beispiel von AVM, wie DECT-ULE Verwendung findet, welche Vor- und Nachteile einhergehen, findet sich im Blog.
Das DECT-Protokoll war ursprünglich nur für die Kommunikation unter Telefonie-Geräten vorgesehen. Der Zusatz ULE kam 2011 hinzu und bedeutet „Ultra Low Energie“, was quasi die energiesparende Version davon ist. Gesendet wird mit DECT-ULE auf der Frequenz von 1890 bis  1900 MHz. Der eher unbekannte Funkstandard birgt mit dem Zusatz „HAN-FUN“ einen Stolperstein.

Die Telekom und AVM nutzen für ihre Sensoren und Aktoren DECT-ULE/HAN-FUN. Die Telekom mit dem Produkt „Magenta Smart Home“ hat viele Komponenten, basierend auf DECT-ULE, im Angebot, aber nur drei Geräte sind offiziell mit AVM kompatibel. Trotz gleichen Protokolls gibt es kein einheitliches Kommunikationsprofil zwischen den Sensoren und Aktoren.

5 – BidCos-Protokoll

MAX Heizkörperthermostat mit BidCos als Smart Home Standard
MAX! Heizkörperthermostat

Das auf 868 MHz basierende BidCos-Protokoll nutzt ausschließlich die Smart Home Komponenten von EQ3 und HomeMatic. Der Name BidCos wird kaum wahrgenommen, wenn sich nicht mit Smart Home Standards beschäftigt wird.

EQ3 ist ein Tochterunternehmen vom Elektronik-Fachverlag ELV. Das Unternehmen stellt Sensoren und Aktoren mit dem BidCos Protokoll her, was eigens dafür entwickelt wurde. Die Systeme HomeMatic und MAX! nutzen dieses proprietäre (herstellergebundene) bidirektionale Funk-Protokoll.

6 – Bluetooth LE-Protokoll

Bluetooth hat einen hohen Bekanntheitsgrad, wird es grundsätzlich in tragbaren Lautsprechern oder in Smartphones verbaut. Das Bluetooth Low Energie (BLE) wurde extra für das „Internet der Dinge“ entwickelt und hat eine deutlich geringere Energieaufnahme als das bisherige Bluetooth. Bluetooth LE nutzt das 2,4 GHz Band zum Senden seiner Datenpakete.

Der wohl bekanntes Smart Home Anbieter mit BLE ist Apple mit seiner HomeKit-Lösung. Hier dient als Basisstation ein iOS-Gerät (Bspw. Apple TV4), welcher alle Smart Home Geräte verwaltet. Erweitert wird das Sortiment durch die Hersteller Eve, Philips oder Netatmo, die HomeKit zertifizierte Geräte anbieten.

7 – WLAN Standard

Sonoff-Touch-Einbau-mit-Tasmota
Sonoff Wandtaster mit der Tasmota Software

Vermutlich ist die WLAN-Technologie zur Übertragung von Signalen der bekannteste Standard. WLAN ist fast schon zu einem Synonym für das Internet geworden. Vorrangig dient WLAN zur schnellen Datenübertragung von großen Datenmengen. Aufgrund der hohen Verbreitung wäre dies als Smart Home Standard sehr gut vorstellbar.

Das Frequenzband, auf dem das WLAN arbeitet, ist auf 2,4 GHz und 5,0 GHz definiert, wobei die 2,4 GHz verbreiteter sind. Unabhängig auf welcher Frequenz das WLAN funkt, es benötigt viel mehr Energie als andere Smart Home Standards. Wer in Sachen Energie Abstriche macht, kann mittlerweile auch Smart Home Komponenten für WLAN nachrüsten.

Ein Beispiel kann die Nutzung des smarten Wandschalters von Sonoff sein, welcher mit der Open Source Software Tasmota geflasht wurde. Am Markt sind auch Unterputz-Aktoren oder WLAN-Steckdosen erhältlich.

8 – PowerLAN/Powerline

Die digitalSTROM Lüsterklemme als ein Smart Home Standard
Lüsterklemmen von digitalSTROM

PowerLAN, oder auch Powerline (PLC) genannt, ist eine Alternative zur Bus-Leitung. Die Datenübertragung erfolgt dabei zwischen den Teilnehmern über das vorhandene 230V Stromnetz. Eine zusätzliche Datenleitung ist daher nicht notwendig.

Der Hersteller digitalSTROM setzt auf diese Technologie und verwendet Elemente, die einerseits die Funktion einer herkömmlichen Lüsterklemme besitzen als auch die Intelligenz für Schaltvorgänge.

9 – Ethernet/Netzwerk

netzwerkkabelEthernet-Verbindungen (RJ45) werden hauptsächlich in lokalen Netzwerken angewendet. Die Datenübertragung erfolgt dabei über Netzwerkkabel, meist CAT5 oder CAT6, mit allen kompatiblen Geräten (PC, Drucker, Netzwerkradio, NAS). KNX bietet mit „KNX-IP“ eine Möglichkeit,  Smart Home Signale über das Netzwerkkabel zu senden.

10 – Bus-Leitung

Die verdrillte Bus-Leitung gehört zu den am häufigsten verwendeten Datenübertragungsleitungen für niedrige Datenraten. Die Installation dieses Systems ist nur bei Neubauten empfehlenswert. Eine nachträgliche Verlegung einer Bus-Leitung ruft erhebliche Mehrkosten auf. Die Systeme KNX und Loxone basieren auf einer zusätzlichen Bus-Leitung, lassen sich aber mittlerweile auch über Funk einbinden.

11 – Loxone Standard

Loxone besitzt eine Kompatibilität zu KNX-Komponenten und lässt sich nachträglich ohne eine vorhandene drahtgebundene Bus-Leitung nachrüsten. Der Hersteller bietet mit zwei Gateways verschiedenen Einstiegsmöglichkeiten, die sich je nach Anforderungen erweitern lassen. Eine zusätzliche Integration von Funkstandards wird mit dem Protokoll von EnOcean erreicht.

12 – KNX Standard

Beim KNX System handelt es sich um ein Bus-System, welcher als Nachfolger vom „Europäischer Installationsbus“ (EIB) 1999 geschaffen wurde. Die Kompatibilität zwischen Geräten mit dem EIB-Logo und dem KNX-Logo ist durch den Zusammenschluss fortwährend gewährleistet. Der KNX-Bus ist vorrangig in der drahtgebundenen Variante über eine separate Bus-Leitung bekannt. Eine Übertragung über das vorhanden 230 V Netz (KNX Powerline) ist ebenso möglich, wie eine Übertragung per Funk (KNX Radio Frquency) oder über das Ethernet-Kabel (KNX IP). KNX-Systemintegratoren, wie das Unternehmen CASAIO, helfen bei der Planung und Umsetzung des Smart Home Standards.

ETS-Programmierung CASAIO Besuch
ETS-Programmierung bei CASAIO

Smart Home Hersteller

Es gibt unzählige Smart Home Hersteller am Markt, die mit Lösungen und Anwendungsszenarien locken. Dabei wird oft das Thema Sicherheit mit Angst gespielt, wie ein Smart Home eine präventive Rolle einnehmen kann. Einbruchsschutz und Komfort-Funktionen sind zwei von mehreren Anwendungsfällen.

Smart Home Systeme im Überblick

Die nachfolgende Infografik kann mit einem kurzen Vermerk zum Blog verwendet werden. Am Ende der Übersicht steht ein Direktlink zum Speichern per Rechtsklick der Grafik zur Verfügung. Interessenten können bei Nachfragen die Kontaktmöglichkeit nutzen.

Überblick Smart Home Systeme

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