SmartHome Funkstandards Überblick - Vergleich

Lichtszenen über das Smartphone aktivieren, Schalter nachrüsten, die Heizung steuern, Temperatur und Luftfeuchtigkeitsdaten aufzeichnen oder darauf reagieren. Wer sein Heim um bestimmte Smart-Home-Funktionen erweitern will, kann zwischen verschiedensten Hersteller und Techniken wählen. Mangels einheitlichem Standard gibt es dafür reichlich Auswahl: Der Markt im SmartHome-Segment wird förmlich überschwemmt. Einige Hersteller setzten dabei auf offene Standards, andere kochen ihre eigene Suppe, binden deren Geräte an deren Cloud an und verlangen neben hohen Anschaffungskosten dafür ev. sogar noch monatliche Gebühren. Wer hingegen auf offene Standards setzt, legt sich vermutlich nicht auf einen Hersteller und dessen Launen fest. Die wohl bekanntesten herstellerübergreifenden Funk-Standards fürs Smarthome sind ZigBee und Z-Wave.  

ZigBee

ZigBee ist ein offener Standard (IEEE 802.15.4) für die drahtlose Kommunikation von SmartHome-Geräten und findet seinen primären Einsatz in der Beleuchtungstechnik. Offen heißt, dass der Standard niemanden gehört und von jedem ohne Lizenzgebühr verwendet werden kann. Namhafte Hersteller, wie zum Beispiel Philips (Hue), Osram (Lightify) oder Ikea (TRÅDFRI) verwenden in deren smarten Beleuchtungen ZigBee als Funkprotokoll. ZigBee ist WLAN-ähnlich, verbraucht aber wesentlich weniger Energie und ist somit ideal für kleine batteriebetriebene Geräte die jahrelang autark ihren Dienst verrichten. ZigBee-Geräte verbinden sich, im Gegensatz zu WLAN, direkt miteinander um die Reichweite und Verfügbarkeit zu erhöhen: Mesh-Netzwerk. Für die Steuerung ist eine zentrale Steuereinheit notwendig. Als Frequenz wird weltweit 2,4GHz verwendet, die Reichweite liegt bei ca. 10-15 Meter. Verfügbare ZigBee-Devices sind meist kostengünstig.

Z-Wave

Z-Wave ist, ähnlich ZigBee, ein Mesh-Funk-Standard für die Heimautomation für private Wohnungen und Häuser. Z-Wave-Produkte werden von der Z-Wave Allianz, ein Zusammenschluss verschiedener Hersteller, entwickelt und hergestellt, entsprechend ist Z-Wave kein offener Standard. Z-Wave benötigt etwas mehr Energie als ZigBee, hat dafür aber eine höhere Reichweite und eine Vielzahl unterstützter Geräte, zum Beispiel im Gegensatz zu ZigBee auch eine größere Auswahl in Richtung Heizungssteuerung. Für die Steuerung ist eine zentrale Steuereinheit notwendig. Als Frequenz wird in Nord Amerika 908,42Mhz und in Europa 868,42Mhz verwendet, die Reichweite liegt bei 100 Metern. Verfügbare Z-Wave-Devices sind meist etwss teurer als vergleichbare Zigbee-Devices.

WLAN / WiFi

WLAN ist in nahezu jedem Haushalt vorhanden, wurde aber nicht auf den Einsatz in der Hausautomation optimiert und ist somit kein wirklicher Standard für eine Hausautomatisierung. Der Vorteil von WLAN liegt in beim Transport großer Datenmengen. Der wesentliche Nachteil von WLAN im Vergleich zu den optimierten Funk-Techniken ist der höhere Stromverbrauch. Nicht nur für batteriebetriebene Geräte ist WLAN weniger geeignet, bei einer Vielzahl an eingesetzter Sensoren oder Aktoren summiert sich der gesamte Stromverbrauch im Haus und erhöht dadurch den Standby-Stromverbrauch wesentlich. Bei nur wenigen Aktoren, ohne Zentrale Einheit kann WLAN dennoch eine billige und einfache Lösung bieten.

Thread

Thread verwendet IPv6 Adressen und IEEE 802.15.4 als Funk-Standard und wird von der Thread Group verwaltet. Thread gehört nach Übernahme des ursprünglichen Herstellers Nest mittlerweile zu Google. Neben Thread hat Google auch OpenThread als Open-Source-Implementierung von Thread veröffentlicht, um die Entwicklung zu beschleunigen.Thread verwendet für die Kommunikation ein Mesh-Netzwerk und bietet Support für niedrig Energie und batteriebetriebene Geräte. Der Vorteil beim Einsatz von IP besteht darin, dass Geräte leichter über das lokale Netzwerk oder Internet angesprochen werden können: als Beispiel die Kommunikation von einem Smart-Phone direkt mit einem Geräte ohne entsprechende zentrale Steuereinheit. Auch Thread verwendet das 2,4Ghz Frequenz-Band.

EnOcean

EnOcean hat seinen Schwerpunkt bei Geräten die möglichst ohne Batterien oder externer Stromquelle auskommen. Durch "Energy Harvesting" kann z.B. ein Schalter durch kinetische Energie, rein durch die mechanische Kraft beim Drücken auf den Taster, genügend Energie erzeugen um ein Funksignal abzusetzen. EnOcean verwendet die Frequenzen 868,3 Mhz für Europa,902 Mhz für Nordamerika und 928Mhz für Japan.

Bluetooth

Durch die Einführung von Bluetooth Low Energy (BLE) bzw. Bluetooth 5.0 wird Bluetooth grundsätzlich für den Einsatz als Funk-Standard für Smart-Homes interessant. Gut möglich, dass in Zukunft Bluetooth auch mehr für die Hausautomatisierung eingesetzt wird.

HomeMatic IP

Für die HomeMatic IP - Produkte wird der von der eQ-3 AG entwickelte Funkstandard BidCoS verwendet. eQ-3 ist ein deutsches Unternehmen und entstand von der ELV Elektronik AG. Auch die HomeMatic-Geräte verbinden sich über ein Mesh-Netzwerk, für die Datenübertragung wird das 868 Mhz Band verwendet.

Fazit

Die für den Einsatz im Smart-Home optimierten Funk-Protokolle verwenden ein Mesh-Netzwerk, haben einige Gemeinsamkeiten, sind untereinander mangels Standard aber dennoch nicht direkt kompatibel. Für das Zusammenführen der hier vorgestellten Funk-Protokolle gibt es verschiedene Hersteller die neben deren Protokoll mit unter auch andere Protokolle unterstützen. Zum Beispiel bieten einige Smart-Home-Zentralen zusätzlich ZigBee als Funkprotokoll an.

Für all jene die sich die Option für einen alternativen Funk-Standard offen lassen wollen, gibt es einige Open-Source-Plattformen mit dessen Hilfe es möglich ist z.B. auf einem Raspberry Pi oder einer NAS mit entsprechenden Empfängern verschiedenste Standards von einem zentralen Rechner zu steuern. Was beim Verbinden der verschiedenen Funk-Standards bleibt ist, dass jedes Ökosystem sein eigenes Mesh-Netzwerk bildet, diese sich dann gegenseitig nicht unterstützen, sondern im Gegenteil, stören könnten. Eine Übersicht über verschiedene Smart-Home-Plattformen, sowie ein konkretes Beispiel, gibt es in folgendem Artikel: Smart-Home-Plattform.

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