IoT Smart Home Grundlagen: Netzwerk Protokolle

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Smart Home Protokolle / Standards

Smart Home Technik benötigt für die Übertragung und Kommunikation natürlich irgendeine Technologie. Bei der Erstanschaffung eines Smart Home Systems ist daher die Frage auf welchen Standard man setzen möchte nicht ganz unwichtig. Jeder hat seine Vor- und Nachteile, jedoch bringt es nichts am Ende verschiedene Geräte im Haus zu haben, die sich alle mit unterschiedlichen Protokollen verständigen.

Die bekannteste ist hier wohl WLAN

WLAN

WLAN ist vor allem im Heimnetzwerk vertreten und weit verbreitet. Es arbeitet auf den Frequenzbändern 2,4 GHz und 5 Ghz. Vorteile sind unter anderem die Unterstützung für hohe Datenübertragungen, jedoch gibt es auch viele Nachteile, wodurch sich das Protokoll besonders für Smart Home Geräte weniger eignet. In erster Hinsicht ist das der Energieverbrauch, der bei WLAN vergleichsweise nicht gerade gering ausfällt. Ein weiterer Nachteil ist, dass man jedes Gerät im eigenen WLAN anmelden muss. Das ist bei einer großen Geräteanzahl nicht nur unkomfortabel einzurichten (besonders, wenn man irgendwann mal sein WLAN Passwort ändert und dies auf allen Geräten manuell nachholen muss) sondern wirkt sich auch negativ auf die Router/Netzwerkleistung aus. Auch wenn die Datenübertragung der Smart Home Geräte gering ist, muss ein Router regelmäßig Anfragen verschicken und die angemeldeten Geräte alle organisieren. Ab 25 WLAN Geräten kann es dann schon mal zu Leistungseinbrüchen oder Instabilität kommen.

Zigbee

Ein bekannter Smart Home Standard ist ZigBee, der bei einigen großen Firmen wie Philips oder Xiaomi die Basis ihrer Smart Home Systeme bildet. ZigBee hat den großen Vorteil, dass es sehr energieeffizient ist. Sensoren oder Schalter mit einer Batterie halten hier im Durchschnitt 2 Jahre durch, wohingegen bei WLAN bereits nach wenigen Tagen/Wochen die Batterie leer wäre. ZigBee überträgt die Daten verschlüsselt auf der Frequenz 868 MHz. Für den Betrieb ist jedoch eine sogenannte Bridge nötig, auf der man alle Zigbee Geräte anmeldet. Die Bridge wird dann an den Router angeschlossen und ermöglicht damit die Steuerung über Apps oder Internetdienste. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einer Repeaterfunktion wie es Philips Hue vormacht. Hier fungiert jede Lampe als Repeater und erhöht damit die Reichweite des ZigBee Netzwerkes.

Nachteil des ZigBee Standards sind neben der nötigen Bridge, dass nicht alle Hersteller von ZigBee Geräten untereinander kompatibel sind und somit bei Geräten mehrere Hersteller eventuell auch eine Bridge von jedem Hersteller nötig ist. Ein weiterer Nachteil ist die sehr geringe Übertragungsrate von ZigBee. Große Datenmengen zu übertragen ist nahezu unmöglich, daher eignet sich der Standard hauptsächlich um Sensordaten, RGB/(HSV)-Codes für Lampen oder Ein/Aus Befehle von Schaltern zu funken.

Z-Wave

Auch Z-Wave gehört noch unter den vertretesten Smart Home Protokollen und wird von Firmen wie TechniSat oder Fibaro genutzt. Ähnlich zu ZigBee bauen Z-Wave Geräte ein Mesh-Netzwerk auf und funken verschlüsselt mit AES-128 auf 868 MHz. Firmen müssen jedoch ihre Geräte zertifizieren, damit ihre Geräte unterstützt werden. Auch bei Z-Wave ist ein Gateway nötig auf dem man alle Geräte koppelt. Die Auswahl an Geräten hält sich momentan aber noch im Rahmen und häufig sind die Systeme auch nicht so günstig wie welche die auf WLAN oder ZigBee basieren.

EnOcean

Eher unbekannt ist der batterielose Standard EnOcean der nur sehr wenig Energie benötigt und diese aus Bewegungen, Licht oder Temperaturdifferenzen gewinnt. Das können z.B. Solarzellen, Piezoelemente oder Thermoelemente sein, die einen geringen Strom erzeugen können. Ich hatte hier zum Beispiel eine Türklingel, welche beim Drücken durch ein Piezoelement eine kleine Spannung erzeugt hat, die dann ausreichend war, um das Signal zu senden.

Der Vorteil dieses Systems ist ganz klar die Wartungsfreiheit und Zuverlässigkeit. Besonders bei Elementen die fest im Haus verbaut werden und eine Wartung hier schlecht möglich ist bzw. mit hohen Kosten verbunden ist, lohnt sich der Einsatz von EnOcean.

Bluetooth

Zu guter Letzt noch kurz erwähnt gibt es auch noch das bekannte Bluetooth Protokoll von dem ich jedoch nicht besonders begeistert bin und eher schlechte Erfahrungen gemacht habe im Smart Home Bereich. Auch Bluetooth hat eine relativ geringe Energieaufnahme und nutzt das 2,4 GHz Band für die Übertragung. Apple nutzt diesen Standard für seine HomeKit Lösung, wobei man an diesem Beispiel auch sehen kann, dass es auch über diesen Weg zuverlässig funktionieren kann.

Wahl des Systems

Die Auswahl ist groß und beim Einstieg in die Smart Home Welt ist es sehr wichtig sich vorher zu überlegen, was man den überhaupt möchte und in welchen Preisbereich man sich bewegen will. Möchte man soviel wie möglich steuern und messen, dann ist es oft nicht so einfach bei einem Hersteller und einem Funkstandard zu bleiben. Im Bereich Beleuchtung und Sensoren bin ich nach langem Probieren und Testen bei ZigBee geblieben und bis heute zufrieden mit dem Standard. Möchte man nur sehr wenige Smart Home Geräte nutzen und wenig Geld ausgeben, lohnt sich ein Auge auf WLAN Geräte zu werfen. Ich habe bei WLAN Geräten auf Dauer aber schlechte Erfahrungen bezüglich der Erreichbarkeit und Zuverlässigkeit gemacht, weswegen ich schließlich gewechselt bin. Auch eignet der WLAN Standard sich aufgrund dem hohen Energieverbrauch nicht für akkubetriebe/kabellose Sensoren oder Schalter.

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