Mit sogenannten Smart-Home-Standards kann eine weite Verbreitung und nutzerfreundliche Anwendung der intelligenten Systeme garantiert werden. Aber was bedeutet der Begriff „Smart-Home-Standards” genau?

Im Artikel setzt sich Motorist mit Fragen wie: „Welche Funkstandards gibt es überhaupt? Soll der Kunde sich für ein offenes oder geschlossenes System entscheiden?“ auseinander .

Neben der Ressourcenknappheit und einem gesteigerten Umweltbewusstsein stellt auch der demografische Wandel neue Anforderungen an eine Wohnung. Smart-Home-Standards können dazu beitragen, dass ältere Menschen sicher und komfortabel so lange wie möglich in der eigenen Wohnung leben können.

Derzeit werden Systeme mit vielfältigen Ansätzen vertrieben und getestet. Darunter etwa Fußbodensensoren, um Stürze zu verhindern, Alarmsysteme für mehr Sicherheit im Haus und intelligente Türschlösser, die insbesondere bei einer Gehbehinderung den Alltag erleichtern. Durch gezielte Steuerung und Kommunikation von Geräten in Gebäuden kann Energie gespart und das Leben für Bewohner und Verwalter sowohl bequemer als auch sicherer gestaltet werden.

Generell werden beim Smart-Home Daten entweder über Funk oder per Kabel übertragen. Diese Verbindung kann dann entweder mit offenen oder geschlossenen Protokollen geschehen.

Geschlossene oder offene Systeme?

Systeme zur Hausautomatisierung lassen sich in offene und geschlossene Systeme unterscheiden. Was das genau bedeutet, wie sich beide Systeme voneinander unterscheiden und welche Vor- beziehungsweise Nachteile sich aus dem jeweiligen System ergeben:

Offene Standards sind Smart-Home-Systeme, die für jeden frei verfügbare Protokolle verwenden. Man könnte hier sagen, dass viele unterschiedliche Geräte die gleiche Signal-Sprache sprechen. Der Vorteil bei offenen Systemen liegt in der flexiblen Gestaltung der Gerätekomponenten. Geräte unterschiedlicher Hersteller können so miteinander kommunizieren und sind über eine Plattform steuerbar. Das bedeutet eine einfache Bedienung für den Endverbraucher.

Diese Verknüpfung wird als Interoperabilität bezeichnet. Sie ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg von Smart-Home-Anwendungen. Auf der einen Seite bietet sich hier dem Nutzer eine gewisse Freiheit bei der Auswahl der Geräte. Auf der anderen Seite können aber Probleme bei der Kommunikation von Steuermodul und Einzelgerät auftreten, da diese nicht aus einer Hand kommen und eventuell nicht optimal aufeinander abgestimmt sind.

Geschlossene Standards sind Smart-Home-Systeme, die verschlüsselte Protokolle verwenden. Sie werden oft von nur einem Unternehmen entwickelt und verwendet. Diese Systeme sind dann häufig nicht mit Geräten anderer Hersteller kompatibel. Man könnte hier sagen, dass die Geräte unterschiedlicher Hersteller verschiedene Sprachen sprechen und sich gegenseitig nicht verstehen.

Wer sich also für ein geschlossenes System entscheidet, ist daher einerseits bei der Auswahl der Geräte eingeschränkt. Andererseits sind die verwendeten Smart-Home-Standards optimal aufeinander abgestimmt. Sie kommunizieren und funktionieren perfekt untereinander, da sie vom selben Hersteller stammen.

Geschlossene Systeme sind vom Prinzip ähnlich wie Apple-Produkte: Wer Telefon, Laptop und Tablet von diesem Anbieter nutzt, kann ohne Weiteres Daten zwischen den Geräten austauschen und ist an die einheitliche Bedienung gewöhnt.

Offene Systeme sind vergleichbar mit dem Android-System von Google, welches von vielen verschiedenen Smartphone-Herstellern verwendet wird. Die Auswahl an Geräten und Anbietern ist zwar größer, die Recherche bei der Auswahl eines Produktes ist allerdings zeitintensiver, und bei Problemen gibt es unterschiedliche Ansprechpartner.

Deswegen sollte bei der Entscheidung zwischen einem geschlossenen oder offenen System genau abgewogen werden, welche Art von System am besten zu den Anforderungen passt.

Smart-Home-Standards im Überblick

Innerhalb der Smart-Home-Standards gibt es Protokolle zur Datenübertragung. Dies sind Kommunikationsprotokolle für den Austausch von Daten. Das ist vergleichbar mit einem Wörterbuch, welches unterschiedliche Sprachen übersetzt und bei der Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten hilft. Dienen diese Geräte der Hausautomation, werden sie auch als Smart-Home-Geräte bezeichnet.

Offen – Funk

Die verschiedenen Smart-Home-Standards lassen sich den einzelnen offenen oder geschlossenen Systemen zuordnen. Unter den offenen Technologien zur Vernetzung von Geräten im Smart Home sind vor allem die Funkstandards WLAN und Bluetooth zu nennen. WLAN ist die bekannteste Technologie für kabellose Datenübertragung und fast schon zu einem Synonym für das Internet geworden.

Bluetooth beziehungsweise Bluetooth Low Energy (BLE) hingegen findet viel Verwendung bei der Verknüpfung von Smartphone und zum Beispiel Freisprechgeräten oder mobilen Lautsprechern. Beide Funkstandards gehören zu den Smart-Home-Standards, jedoch sind sie in diesem Bereich noch nicht so verbreitet, weil sie nur einzelne Geräte statt Systeme einbinden. Es werden aber mehr und mehr Produkte für den Smart-Home-Bereich über WLAN vernetzt.

LTE-M ist Teil der 5G-Serie von Mobilfunkverbindungen. Sie kann in bereits existierende LTE-Basisstationen mithilfe eines einfachen Firmware-Updates eingesetzt werden. Die Technik wurde zwar nicht speziell für loT- (Internet of Things) oder M2M- (Machine to Machine) Anwendungen konzipiert, da sie aber existierende Infrastruktur verwendet, ist das Einführen des Standards sehr einfach. Typische Geräte kommen aus dem mittleren Leistungsbereich, wie zum Beispiel ein kleiner Ventilator. LTE-M wird von den großen Funkzellenherstellern wie Qualcomm und Huawei unterstützt. Aktuell gibt es allerdings noch keine Smart-Home-Geräte, die LTE-M nutzen.

Einer der vielversprechendsten Funkstandards im Smart-Home-Bereich ist der NB-IoT - (Narrow Band – Internet of Things) Standard. Der Vorteil bei diesem Funkstandard ist der extrem niedrige Energieverbrauch bei einer sehr hohen Sicherheit und weniger Störsignalen als zum Beispiel bei Lora (siehe weiter unten im Text). Durch 3GPP-Standards ist die Gebäudedurchdringung hoch. Mit einer Batterie können die Module zehn bis 20 Jahre betrieben werden. Hinzu kommt, dass es neben bestehenden 2G- und LTE-Netzwerken betrieben werden kann, da es nur eine Bandbreite von 200 kHz benötigt. Über die Zwei-Wege-Kommunikation sind Firmware-Updates ganz einfach per Funk möglich. Ein weiteres sinnvolles Einsatzgebiet ist Smart Metering, da Strom- und Wasserzähler häufig in Kellern untergebracht sind. Die Verbreitung ist derzeit noch gering, allerdings vermutlich bis 2020 voll verfügbar.

Sigfox bietet extrem niedrige Bandbreiten für Geräte, die Einweg-Kommunikation (zukünftig Zweiwege-Kommunikation) haben und eine geringe Datenmenge senden. Sigfox ist ein klassisches Beispiel für ein LPWA- (Low Power Wide Area) Netzwerk. Typische Daten sind zum Beispiel Zählerablesungen oder das Nachverfolgen von Geräten wie beispielsweise Alarmanlagen.

Lora ist eine Technologie, die eine adaptive Modulation anbietet, um die Reichweite zu erhöhen. Wenn Geräte in der Nähe von einem Lora-Zugang sind, können sie von mittleren Bandbreiten profitieren und transportieren Zweiwege-Verbindungen. Je weiter sich die Geräte von dem Lora-Zugang entfernen, verlieren sie auch an Bandbreite, bis die Verbindung ähnlich der von Sigfox ist. Diese Verbindungstechnologie wird von Semtech bereitgestellt. Lora wird von den Technikschwergewichten Cisco und IBM unterstützt.

Geschlossen – Kabelgebunden

Auch bei den proprietären Technologien gibt es eine Lösung, die über die Stromleitung Daten verschickt. Diese Lösung heißt LCN (Local Control Network). Dieses System wurde erstmalig 1992 vorgestellt und wird seit 1993 serienmäßig produziert.

Smart-Home-Protokolle

Mittlerweile ist eine Vielzahl von Protokollen auf dem Markt, die konkret für den Einsatz im Bereich Smart Home beziehungsweise Home Automation konzipiert wurden. Sie sind spezialisierter als die oben genannten Technologien und in der Regel geeignet, Produkte verschiedener Hersteller miteinander zu verbinden.

Offen – Funk

Die Enocean-Technologie ist ein Smart-Home-Standard, der sich in einem Punkt stark von den anderen Technologien unterscheidet. Der Enocean-Funkstandard benutzt das Prinzip des „energy harvesting“, wodurch die Sensoren und Schalter keine Energiequelle wie Akkus oder Batterien benötigen. Die Technologie verbraucht für das Senden von Signalen nur kleinste Mengen von Energie. Diese Energie erzeugen Solarzellen oder Energiewandler, die aus Bewegungsenergie elektrischen Strom erzeugen. Da keine Batterien verwendet werden müssen, ist diese Technologie besonders wartungsarm.

Ein weiterer Funkstandard in der Hausautomation ist die Zigbee-Technologie . Sie wurde von einem Verbund verschiedener Unternehmen entwickelt und ist auf kurze Reichweiten von zehn bis 100 Metern spezialisiert, wodurch sie sich sehr gut für Hausautomatisierung eignet. Im Gegensatz zu Bluetooth-Verbindungen beispielsweise ist ein Zigbee-Netzwerk auch aus der Ferne über das Internet ansprechbar. Philips Hue, Osram Lightify und über 2.000 weitere Produkte nutzen bereits diesen Standard.

Die größte Verbreitung unter den Funkstandards in der Hausautomatisierung ist die Z-Wave-Technologie . Sie wurde 2001 von dänischen Ingenieuren entwickelt und ist mit mehr als 1.400 zertifizierten Produkten die weltweit größte Systemplattform interoperabler funkbasierter Produkte.

Innerhalb der Hausautomation ist der Homematic-Funkstandard für Smart-Home-Systeme weit verbreitet. Er wird unter anderem von Qivicon, der Smart-Home-Lösung der Telekom, genutzt. Mit Qivicon lässt sich Schritt für Schritt das eigene Zuhause in ein Smart Home umwandeln. Weitere Funkstandards lassen sich hier auch nachträglich integrieren.

6LoWPAN ist ein Standard zur Datenübertragung per Funk, der sich vor allem durch seinen niedrigen Energieverbrauch auszeichnet. Er wurde speziell für kleine Geräte mit niedrigem Stromverbrauch entwickelt, die auch Teil des IoT werden sollten. Kiwi nutzt diesen Standard mit 868 Mhz für den digitalen Türzugang.

Offen – Funk, Kabelgebunden

Der KNX-Smart-Home-Standard zählt auch zu den offenen Systemen und ist eine Technologie, die in Variationen sowohl per Funk als auch kabelgebunden Daten übermittelt. Sie ist eher für kurze Strecken geeignet und hat eine Reichweite von circa 20 Metern.

Ein weiteres einfaches System, mit dem die Hausautomatisierung beginnen kann, ist das schlüssellose Türzugangssystem von Kiwi . Über aktives RFID lässt sich die Tür über den Türsummer automatisch und sicher öffnen. RFID steht für Radio Frequency Identification. Dabei geschieht die Identifikation mithilfe von elektromagnetischen Frequenzen.

Um Kiwi nutzen zu können, muss nur ein kleiner Türsensor nachgerüstet werden, der auf 2,4 GHz mit dem RFID-Tag kommuniziert. Die Kommunikation erfolgt mittels 6LoWPAN-Standard und einer 868-Mhz-Frequenz. Zusätzlich werden Kiwi-Gateways etwa alle 100 Meter angebracht, um ein stadtweites Netzwerk aufzubauen. Kiwi-Gateways kommunizieren über einen Mobilfunkmast mit den cloud-basierten Kiwi-Servern. Die wiederum schicken Signale an die (mobilen) Endgeräte der Nutzer.

Diese Infrastruktur ist entscheidend, um alle Türen sicher miteinander zu vernetzen und Zutrittsrechte in Echtzeit zu managen. Hierbei wird größter Wert auf Sicherheit und Datenschutz gelegt. Das Netzwerk von Kiwi zeichnet sich durch eine hohe Bandbreite bei gleichzeitig weiter Reichweite aus. Zusätzlich ist es ein robustes Netzwerk, welches gegen Angriffe sehr gut geschützt ist. In Zukunft soll die Infrastruktur auch für Drittanbieter geöffnet werden, die mit weiteren Services die Städte der Zukunft noch smarter machen können. Die Integration von Kiwi in andere Plattformen ist ebenfalls einfach über die Kiwi API-Schnittstelle möglich.

Gemeinsam Herausforderungen meistern

Interoperabilität, also die Verknüpfung einzelner Geräte miteinander, bleibt eine der größten Herausforderungen in der Smart-Home-Welt. Je nach Anwendungsfall eignen sich unterschiedliche Netzwerke und Standards. Es gibt aber vermehrt offene Plug-and-Play-Plattformen, die Geräte mit unterschiedlichen Kommunikationsstandards intelligent vernetzen. Um das Problem der Interoperabilität zu reduzieren, sind Partnerschaften ein wichtiges Mittel. So kooperiert Kiwi zum Beispiel unter anderem mit Innogy, einer Tochtergesellschaft des deutschen Energieversorgers RWE, um die Wohnungen vieler Menschen smarter zu gestalten.

Auch Aareon hat Kiwi in ihr Portfolio von Aareon Smart World aufgenommen. Seit Ende 2017 ist die Kiwi-Funktion in das Service-Portal für Handwerker namens Mareon integriert. Damit wird der Prozess der Auftragsvergabe an Handwerker noch ein Schritt digitaler.

Neben der Sicherheit der Netzwerke ist die Nutzerfreundlichkeit ein entscheidender Faktor für die Verbreitung von Smart-Home-Geräten und -Plattformen. Daher besteht eine Kooperation zwischen Kiwi und dem Prop-Tech-Unternehmen Allthings. Sie statten jedes Gebäude mit den passenden digitalen Lösungen aus und vereinen die Bedienung unterschiedlicher Smart-Home-Geräte in einer einzigen, übersichtlichen Plattform. So werden die oft versteckten Kosten der Gebäudeverwaltung erheblich reduziert.

Im November 2018 gründete Kiwi gemeinsam mit führenden Akteuren der Immobilienbranche die „Initiative Digitaler Türzugang”, kurz IDiT. Diese setzt sich für Standards beim digitalen Türzugang ein. Sie fordert mehr Aufklärung, Normen und Schnittstellen für digitale Zugangssysteme. Digitaler Türzugang ist dabei Teil des Smart Home. Mithilfe der Initiative wollen sie das Problem der fehlenden Interoperabilität intelligenter Anwendungen in der Immobilienbranche angehen.

Karsten Nölling ist CEO der KIWI.KI GmbH, dem digitalen Türzugang für Mehrfamilienhäuser. Kiwi ist das schlüssellose Zugangssystem für Haus- und Wohnungstüren. Über das Kiwi-Portal können Zutrittsberechtigungen zentral verwaltet werden. Hausverwaltern bleiben so unnötige Wege erspart. Über 77.000 Wohneinheiten sind an die Kiwi-Infrastruktur angeschlossen, und mehr als 550 Wohnungsunternehmen gehören zu den Kiwi-Kunden.