Smart Home Funkstandards in der Übersicht | Offene & proprietäre Protokolle

Smart Home Funkstandards für die Hausautomatisierung in der Übersicht

Damit Smart Home Geräte und Systeme verschiedener Hersteller miteinander und untereinander kommunizieren können, existieren Funkstandards. Einige davon wurden extra für die Anwendung im Smart Home Bereich entwickelt, die anderen wurden dahingehend verbessert, und weitere wiederum nutzen einfach bestehende und bekannte Protokolle für smarte Geräte.

Hier, in der Übersicht, zeigen wir Dir die wichtigsten und bekanntesten, offenen und geschlossenen Smart Home Technologien.

Das offizielle Logo von der Z-Wave Alliance
Z-Wave Funkstandard Logo (© Z-Wave Alliance)

Z-Wave ist einer der bekanntesten internationalen Funkstandards für Smart Home, mit, mittlerweile, über 450 Herstellern, die ca. 1700 Geräte für unterschiedliche Bereiche mit dem Z-Wave oder Z-Wave Plus Zertifikat produzieren. 

Angefangen hat alles mit zwei dänischen Ingenieuren, die 2001 eine Lösung für Hausautomatisierung entwickelt haben. Später dann, im Jahr 2005, wurde eine Z-Wave Allianz gegründet von der Firma Sigma Designs. 

In Europa nutzen die Geräte die Frequenz von 868,42 MHz (mittlerweile auch 2,4 GHz), Funkreichweite beträgt dabei im Freien bis zu 200 Meter, im Gebäude, in Abhängigkeit von den verwendeten Baumaterialien, bis zu 30 Meter. 

Mit Baumaterialien sind die Decken und Wände gemeint, die entweder aus Stahlbeton, Porenbeton, Kalksandstein oder Holz und Gipsplatten bestehen, das alles nimmt Einfluss auf die Reichweite der Geräte.

Der Z-Wave Funkstandard nutzt ein vermaschtes Netzwerk (Mesh-Topologie). Jedes Modul, das vom Stromnetz betrieben wird, kann zu einem anderen Modul im Netz, und hier ist es dann egal, ob es Batterie betrieben wird oder ebenfalls vom Stromnetz, das Signal weiterleiten. Das heisst, je mehr Z-Wave Module dazu kommen, die mit Strom betrieben werden, desto stabiler wird das Funknetz. Die Kommunikation verläuft dabei verschlüsselt (AES Verschlüsselung mit 128 Bit) und bidirektional, das ist die sogenannte Zweiwege-Kommunikation.

Im Video siehst Du als Beispiel ein umfangreiches Z-Wave Smart Home System von Fibaro.

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Smart Home Funkstandard ZigBee

ZigBee Alliance Logo - Smart Home Funkstandard
ZigBee Funkstandard Logo (Screenshot: © ZigBee Alliance)

ZigBee ist ähnlich aufgebaut wie Z-Wave und wird als direkter Konkurrent zu diesem Funkstandard gesehen. ZigBee benutzt auch ein vermaschtes Netzwerk und ist ebenfalls ein energieeffizienter Funkstandard. Die Allianz wurde im Jahr 2002 gegründet, bestehend, mittlerweile, aus 400 Herstellern und nutzt die 2,4 GHz Frequenzbänder weltweit, in den USA 915 MHz und in Europa noch die 868 MHz.

Der Funkstandard nutzt sogenannte ZigBee Profile, wo die Voraussetzungen bestimmt werden. „ZigBee Light Link (ZLL),“ zum Beispiel, dient zur Steuerung von der Lichttechnik und das Profil „ZigBee Home Automation (ZHA)“, wie der Name es schon vermuten lässt, für die Steuerung der Geräte im Smart Home. Dieses Profil kann aber wiederum auch zur Steuerung der Lichttechnik genutzt werden.

Die bekanntesten Hersteller, die ZigBee Funkstandard unterstützen, sind, zum Beispiel, Philips, Ikea und Osram mit deren LED Leuchten Serien „Philips HUE“, „Osram Lightify“ und „Ikea Tradfri“.

Die Kommunikation läuft hier ebenfalls verschlüsselt, ist aber in drei Sicherheitsstufen eingeteilt. Die dritte Stufe hat eine 128 bit AES Verschlüsselung.

ZigBee 3.0

ZigBee  ist nicht gleich ZigBee, das bedeutet, dass ZigBee durch die vielen existierenden Profile zu sehr aufgeteilt wurde und ist. Damit aber alle ZigBee Profile unter einen Hut kommen, wurde ZigBee 3.0 eingeführt, so sollen, unter anderem, die Nachteile dieser Fragmentierung ausgemerzt werden.

Der grösste Vorteil bei ZigBee 3.0 zertifizierten smarten Geräten sollte auch sein, dass der Endverbraucher auch nur auf diese eine Zertifizierung und nicht mehr auf die vielen zusätzlichen Profile achten muss.

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Smart Home Funkstandard EnOcean

Das offizielle Logo von EnOcean Alliance
EnOcean Funkstandard Logo (© EnOcean Alliance)

Batterielose Funktechnologie, das zeichnet besonders den EnOcean Funkstandard aus. Dieser Funkstandard wurde ebenso, wie Z-Wave und ZigBee, für den Smart Home Bereich entwickelt, hinter der Technologie steht keine geringere als die Siemens AG.

Gegründet wurde die EnOcean GmbH mit Sitz in Oberhaching im Jahr 2001 und gilt als der Erfinder und dementsprechend Halter von Patenten. Die EnOcean Alliance wurde demnach erst 2008 gegründet und 2012 zum internationalen Funkstandard erklärt.

Da für die Funksignale eine geringe Menge an Energie für die Auslösung unterschiedlicher Befehle erforderlich ist, wird diese aus den Solarzellen mit Piezoelektrizität oder mit Peltier-Elementen gewonnen. Das heisst also, die Energie wird aus der Umgebung, wie Bewegung, Licht oder Temperaturunterschiede gewonnen.

Diese, zum grössten Teil, batterielose EnOcean Technologie ist auch der grösste Vorteil gegenüber dem Z-Wave oder ZigBee Funkstandard.

In Europa wird die Frequenz mit 868,3 MHz verwendet, die Funkreichweite beträgt dabei im Gebäude bis zu 30 und im Freien bis zu 300 Meter. Die verschlüsselte Datenübertragung geschieht dabei, mittlerweile, bidirektional, also in beide Richtungen. Die Verschlüsselung lässt sich bei EnOcean, übrigens, optional aktivieren und so vor vielen Angriffsarten schützen.

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 WLAN Funkstandard im Smart Home Bereich

WiFi Logo
WiFi Logo (Screenshot © wi-fi.org)

WLAN – „Wireless Local Area Network“ ist jedem bekannt, schließlich nutzt es fast jeder, um sich, zum Beispiel, mit dem DSL-Router drahtlos zu verbinden und somit komfortabel im Internet mit seinem PC, Laptop, Tablet oder Smartphone zu surfen.

Eigentlich wäre dieser Funkstandard gerade wegen seiner großen Verbreitung und Bekanntheit das Idealste für das Smart Home, wenn da nicht der hohe Stromhunger wäre. Aber die WLAN Technologie wurde bekanntermassen entwickelt, um hohe Datenmengen, und das in einer kurzer Zeit über Funk zu übertragen.

Das Frequenzband wird mit dem gebräuchlichsten 2,4 GHz oder mit dem 5 GHz und einer Bandbreite von 22 MHz bis 160 MHz benutzt. Wegen dem Stromhunger vom WLAN Funk kommen, eigentlich, nur Geräte in Frage, die vom Stromnetz gespeist werden.

Mittlerweile existieren auch einige smarte Geräte mit WLAN Anbindung wie Lichtschalter, Steckdosen und sogar Unterputz-Module.

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Bluetooth LE | Optimiert für Smart Home und IoT

Bluetooth LE - Funkstandard optimiert für Smart Home
Bluetooth LE Logo (Screenshot © bluetooth.com)

Bluetooth sollte, genauso wie WLAN, jedem geläufig sein, da es in nahezu jedem Smartphone, Smart Speaker und sehr vielen anderen Geräten seit langer Zeit seine Anwendung findet.

BLE – (Bluetooth Low Energy) wurde, aber, extra für das „Internet der Dinge“ entwickelt und stellt somit eine besonders stromsparende Bluetooth Version dar. Die Bluetooth Classic Reichweite beträgt bis zu 10 Metern und ist im Vergleich zu den anderen Funktechnologien, aber, eher gering. Dank Bluetooth LE sollte sie bei einer Sendeleistung von 10 mW, aber, auf bis zu 40 Meter gesteigert werden können.

Zudem benutzt der Bluetooth LE Funkstandard eine Stern-Topologie, wo eine Zentrale die Datenpakete an alle Geräte verteilt, und somit die Belastung sehr hoch ausfällt. BLE nutzt, wie auch schon die Bluetooth Classic Version, das 2,4 GHz Frequenzband.

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DECT ULE: Mit „Ultra Low Energy“ zum Smart Home Funkstandard

DECT-ULE Logo - Funkstandard
ULE Logo (Screenshot © ulealliance.org)

Digital Enhanced Cordless Telecommunications – kurz DECT. Es handelt sich hier um einen Telekommunikationsstandard, der ursprünglich für Schnurlostelefone entwickelt, und im Jahr 1993 eingeführt wurde.

Die Reichweite in Gebäuden beträgt zwischen 30 und 50 Meter, und im Freien können bis zu 300 Meter erreicht werden. DECT-ULE , ULE steht dabei für Ultra Low Energy, ist die energiesparende Variante von DECT und wurde 2011 vorgestellt.

Somit wurde der Weg geebnet für die Anwendung im Smart Home Bereich. AVM ist ein Hersteller, der die sehr bekannte und weit verbreitete FRITZ!Box herstellt, setzt, zum Beispiel, auf den DECT-ULE Standard.

Das geschützte Frequenzband, was nur für DECT reserviert ist, wird von 1890 – 1900 MHz genutzt. Die Geräte sollen demnach mehrere Jahre ohne einen Batteriewechsel auskommen.

Die bekanntesten Hersteller, die DECT-ULE für ihre smarten Geräte nutzen, sind, zum Beispiel, die Telekom (Magenta Smart Home) und die, oben schon erwähnte, AVM.

DECT-ULE besitzt aber noch eine Erweiterung namens „HAN-FUN“, die für „Home Area Network Funktional Protocol“ steht. Wichtig, zum Beispiel, für die Fritz!Box, sie unterstützt Geräte nur mit dieser Erweiterung.

Im Video siehst Du ein Beispiel zur Einrichtung und Anwendung der AVM DECT-ULE Geräten.

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KNX als Funkstandard?

KNX Standard hat doch nichts mit einem Funkstandard zu tun, würde der ein oder andere jetzt denken. Das ist auch vollkommen richtig so. KNX wurde bereits in den Neunzigerjahren entwickelt und ist ein herstellerübergreifender und kabelgebundener Smart Home Standard (Bussystem).

KNX-RF ist somit als eine Erweiterung oder Ergänzung zu verstehen, RF steht hier nämlich für Radio Frequency. Dank KNX-RF wird es ermöglicht, eine, bereits vorhandene, KNX Installation ohne die Wände wieder aufzustemmen, einfach nachzurüsten oder zu erweitern.

KNX-RF Technologie verwendet die 868,3 MHz Frequenz in Europa. Da hier die Funkfrequenz unter 1 GHz liegt, wie bei einigen anderen Funkstandards auch (z.B. Z-Wave Funkstandard), können verschiede Baumaterialien aus denen Wände, Decken u.s.w. bestehen, besonders gut durchdrungen werden.

Ebenso ist die Reichweite mit dem Z-Wave Funkstandard gut vergleichbar, sie liegt in Gebäuden bis zu 30 Meter weit, und im freien Feld kommt sie auf bis zu 120 Meter.

Auf die Sicherheit wurde bei KNX-RF natürlich auch Wert gelegt. Die Kommunikation ist durch die AES 128 Verschlüsselung abgesichert, diese Technologie wird auch „KNX RF Secure“ genannt.

Angebunden werden die KNX Funkkomponenten an den KNX Steuerungsbus über einen, sogenannten, Medienkoppler, der auch gleichzeitig als ein Repeater zur Erhöhung der KNX-RF Reichweite dienen kann.

Die verschieden Sensoren, Bewegungsmelder, Schalter und Taster e.t.c werden meistens mit Batterie- oder auch Solarbetrieben.

BidCos Protokoll: Ein Smart Home Funkstandard von eQ3

HomeMatic, eQ3 und ELV, davon hast Du bestimmt schon mal gelesen oder zumindest darüber etwas gehört, von BidCos wiederum wahrscheinlich (noch) nichts. Aber, eins nach dem anderen, die Namen gehören nämlich alle zusammen.

ELV ist ein Elektronik-Versandhändler **, ein Fachverlag und dazu noch ein Hersteller, dem die Firma eQ3 AG gehört, die wiederum stellen Smart Home Geräte her unter der Bezeichnung HomeMatic und MAX!.

Extra dafür hat die eQ3 ein Smart Home Protokoll namens BidCos entwickelt und wird deswegen auch als proprietärer Funkstandard bezeichnet (proprietär = Herstellergebunden). BidCos steht dabei, übrigens, für  „Bidirectional Communication System“ und ist, wie der Name es schon verrät, ein bidirektionales Funkprotokoll.

Das Protokoll benutzt die Frequenz 868,3 MHz und überträgt dabei die Signale mit AES Verschlüsselung mit 128 Bit.

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Quellen: wikipedia.de | zwave.de | zigbee.org | enocean-alliance.org 

Hier noch eine Infografik mit den Highlights zu den verschiedenen Funkstandards (Darf gerne mit einem Link zu www.smarthomechecker.de geteilt werden)

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