Schon in den 90ern versuchten namhafte Hersteller, die hausinterne Vernetzung von elektrischen Geräten durchzusetzen. Der Hype war riesig, das Interesse groß. Die praktischen Möglichkeiten waren allerdings sehr begrenzt, denn jedwede Verbindung musste über Kabel hergestellt werden. Jeder Teilnehmer wurde mit einem Steuerkabel angebunden, nur Verbraucher erhielten einen 230-Volt-Anschluss. Alle Kabel wurden typischerweise im Keller an der Position des bisherigen Sicherungskastens gebündelt. So kam die Einführung einer smarten Heimvernetzung eigentlich nur beim Neubau oder bei der Kernsanierung infrage. Und wie oft baut man schon neu oder kernsaniert sein Haus?

Neben dem Verkabelungserfordernis ergab sich das zusätzliche Problem, dass die einzelnen Komponenten zum einen prohibitiv teuer waren und zum anderen nicht jeder Hersteller alle vom Bauherrn gewünschten Komponenten auch liefern konnte. Kurz: Die Technik hatte seinerzeit keine Chance.

Das änderte sich mit der Verfügbarkeit von Funklösungen. WLAN, Bluetooth und einige weitere Standards nehmen den Verwendern die Kabellast von den Schultern und erlauben eine recht komfortable Vernetzung unterschiedlicher Geräte im Smarthome, ohne dass dafür Wände aufgestemmt werden müssten. Das klingt allerdings besser, als es ist.

Das Problem am Smarthome liegt in der Vielfalt konkurrierender Standards. Darunter finden sich zum Beispiel solche, die von Herstellern ersonnen wurden mit dem Ziel, andere Hersteller auszuschließen. Die Überlegung ist zunächst naheliegend: Eine Firma entwickelt einen eigenen Funkstandard nebst einer Geräte-Palette. Entscheidet sich ein Kunde nun, einmal mit Geräten dieses Herstellers zu beginnen, hängt er am Fliegenfänger, denn Geräte anderer Hersteller arbeiten mit diesem Standard nicht.

Das ist natürlich ein Konzept aus der Frühzeit der Kundenbindung und funktioniert heutzutage nur noch schlecht. Heutige Kunden wollen die Geräte ihres Smarthomes nach Funktionalität und Optik aussuchen und erwarten dennoch, dass sie mit Geräten anderer Hersteller zusammenarbeiten. Anbieter, die das begriffen haben und es sich dabei besonders leicht machen wollen, arbeiten mit WLAN oder Bluetooth Low Energy (BLE) als offenen Standards. Beide sind dazu prinzipiell geeignet, werden jedoch in der Leistung teils durch herstellerübergreifende Standards übertroffen.

Nun ist es aber nicht so, dass herstellerübergreifende Standards eine paradiesische Smarthome-Erfahrung bieten würden. Auch hier spielen die bereits erwähnten Abschottungsbestrebungen eine Rolle. So kommt es vor, dass Geräte des gleichen Herstellers im übergreifenden Standard weitaus besser miteinander arbeiten, als sie es etwa mit ähnlichen Geräten des Wettbewerbs unter dem gleichen Protokoll täten. Ebenso gängig ist die Vorgehensweise, Firmware-Updates, die über die Steuerzentrale eingespielt werden, nur in die Geräte des Herstellers der Steuerzentrale einzuspielen.

Wirklich interoperabel sind also auch in der Welt offener und herstellerübergreifender Standards nur Geräte des gleichen Herstellers, weshalb sich so mancher direkt für ein proprietäres System wie etwa Homematic entscheiden könnte. Hier darf der geneigte Nutzer davon ausgehen, dass wirklich alle Komponenten einwandfrei ineinandergreifen. Ganz wichtig bei dieser Vorgehensweise ist die Prüfung, ob der Hersteller tatsächlich alle gewünschten Komponenten für das eigene Szenario anbietet und ob er die Gewähr dafür bietet, das auch in Zukunft zu tun. Denn der Umstieg ist vor allem eines: teuer!

Unsere Empfehlung ist daher, eher auf offene, wenigstens herstellerübergreifende Standards zu setzen und diese sinnvoll miteinander zu kombinieren, aber dazu später mehr. Zunächst schauen wir uns die Möglichkeiten an.

WLAN aka Wi-Fi hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Der wesentliche Vorteil der Technologie ist sicherlich ihre breite Verfügbarkeit. In nahezu jedem Haushalt dürfte heutzutage WLAN vorhanden und im Gebrauch sein. Jedes Smartphone verfügt über einen Wi-Fi-Chip. Das Einfügen neuer Teilnehmer in ein WLAN ist selbst für ungeübte Nutzer keine Herausforderung und die Geräte im Funknetz kommunizieren in der Regel völlig problemlos.

Den Vorteilen stehen Nachteile gegenüber. Der gravierendste Nachteil einer Wi-Fi-Lösung dürfte wohl der verhältnismäßig hohe Energiebedarf sein, der erfordert, dass selbst kleinste Teilnehmer im Netz mit einer Stromversorgung – zumeist über relativ häufig zu wechselnde Akkus – ausgestattet sein müssen. Weiterhin bedeutet die Einbindung ins lokale WLAN fast automatisch die Anbindung ans Internet. Das wird in vielen Fällen gewünscht sein, lässt sich aber auch nur schwer verhindern.

Letzten Endes ist Wi-Fi als Standard für die (typischerweise) geringen Bedarfe von Smarthome-Geräten schlicht zu leistungsfähig. Wi-Fi zur Heimvernetzung ist wie das berühmte mit „Kanonen auf Spatzen schießen“. Andererseits, wenn wir es schon mal da haben … Nicht zuletzt wegen dieser Omniverfügbarkeit gibt es eine ganze Reihe WLAN-fähiger Smarthome-Produkte wie Steckdosen, Funkschalter oder Beleuchtungsmittel.

Für große Installationen eignet sich WLAN aus einem weiteren Grund eventuell nicht: Jedes WLAN-Gerät belegt eine IP-Adresse, die es im lokalen Netz nur in begrenzter Zahl gibt. Der spätere Maximalausbau sollte also im Vorfeld klar sein. Aber wer kann das schon vorhersagen?

Ein letzter Nachteil sei noch erwähnt, den haben allerdings einige der noch folgenden Funkstandards ebenso: Wi-Fi sendet im Frequenzband von 2,4 Gigahertz und dieses Frequenzband ist so vielfältig im Einsatz, dass es schnell voll wird. Gerade in Häusern mit einer hohen WLAN-Dichte kann es durch Überlastungen des Frequenzbands zu Störungen im Smarthome-Ablauf kommen, was schlecht wäre, etwa in einem Moment, in dem es zu schütten beginnt, sich aber das Dachfenster nicht schließen lässt.

Dabei ist Wi-Fi nur im 2,4er Band ein brauchbarer Kandidat für die Heimvernetzung. Ab fünf Gigahertz aufwärts steigen zwar die Datenraten, aber die Reichweite sinkt, was für eine Heimvernetzung im Wortsinne nicht geeignet ist. Dem Problem kann teilweise durch den Einsatz von Repeatern, also Signalverstärkern, begegnet werden, die an strategischer Stelle platziert werden. Eine Alternative wäre die Nutzung der moderneren Mesh-Technologie, die einzelne Funkzellen im Haus aufzieht, die die Signale untereinander selbstständig weiterleiten. Allerdings gibt es für das WLAN-Mesh derzeit noch keine unterstützenden Geräte.

Mit der jüngsten Iteration des Standards Bluetooth Low Energy lässt sich prinzipiell ebenso eine Heimvernetzung gestalten. Der Vorteil gegenüber Wi-Fi ist der deutlich geringere Stromverbrauch. Mit der Nutzung des Frequenzbandes 2,4 Gigahertz teilt sich Bluetooth indes viele der anderen Nachteile mit Wi-Fi.

Seit seiner Zeit als Nahverbindungstechnik für Computer und deren Peripherie hat sich der Bluetooth-Standard deutlich gemausert. So ist er heutzutage in der Lage, Werte ins Netz zu broadcasten, wo sie andere Geräte aufnehmen können, die meinen, etwas damit anfangen zu können. Zuvor gab es nur die Möglichkeit einer Direktverbindung zwischen zwei Geräten. Ebenso ist Bluetooth inzwischen Mesh-fähigt und bietet damit ähnlich wie Wi-Fi die Möglichkeit, Informationen von Zelle zu Zelle durchs Netz zu reichen. Leider gibt es auch für BLE bislang keine Geräte, die diese Mesh-Nutzung unterstützen.

Überhaupt ist BLE als Smarthome-Protokoll eher selten im Einsatz. Lediglich Apples Homekit und Medion verwenden es. Wegen der vergleichsweise geringen Reichweite kombiniert Apple es mit WLAN. Medion wiederum setzt auf einen BLE-Repeater. So kommt BLE im Smarthome eher selten vor, bietet aber mit der direktesten Smartphone-Anbindung eigentlich eine gute Basis.

Der alte Funkstandard DECT wurde Anfang der Neunziger für die Sprachübertragung schnurloser Telefone entwickelt, kann aber die Bandbreitenanforderungen moderner Smarthome-Geräte prinzipiell mit Leichtigkeit erfüllen. Wie auch für Wi-Fi stehen für DECT Repeater bereit, die den Abdeckungsbereich vergrößern, wobei die Standardreichweite von DECT bereits beachtlich ist.

Der größte Vorteil des DECT-Standards besteht darin, dass er sein eigenes Frequenzband zwischen 1,8 und 1,9 Gigahertz hat. Damit ist er weit weniger von Überlagerungen und anderen Störungen betroffen als jene Technologien, die das überlastete 2,4-Gigahertz-Band nutzen müssen. Weiterhin als vorteilhaft zu werten, ist die über die Jahre immer wieder nachgebesserte und mittlerweile als gut zu bewertende Sicherheit der Implementation.

Leider hat sich der DECT-Standard in der Vergangenheit nicht als sonderlich interoperabel erwiesen. Diesem Umstand tritt seit 2011 die ULE-Allianz entgegen. Die Herstellervereinigung hat den Standard DECT ULE (Ultra-low Energy, also „minimal wenig Energie“) erschaffen. Die Verfügbarkeit der Technologie in den Haushalten darf als gut gelten, immerhin unterstützen einige AVM-Fritzboxen und einige Telekom-Router das Protokoll und lassen sich so prinzipiell als Smarthome-Zentralen nutzen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass nicht jede Zentrale mit jedem Endgerät arbeitet und umgekehrt. Da DECT ULE nicht als Mesh, sondern als Stern arbeitet, ist eine strategische Platzierung der Zentrale besonders wichtig.

Mit der Erweiterung HAN FUN (Home Area Network Functional Protocol) soll DECT zum Smarthome-Führer gemacht werden. Positiv ist zu bewerten, dass die ULE-Allianz auch ein Zertifizierungsprogramm unterhält, in dem sie Geräte unterschiedlicher Hersteller auf ihre Interoperabilität prüft.

 

Neben diesen „Haushaltsnamen“, die wohl jeder kennen und wahrscheinlich sogar bereits verwendet haben dürfte, wurden über die Jahre Standards entwickelt, die weniger offen und weniger breit verwendbar angelegt wurden.

Zigbee ist ein Standard auf relativ kleiner Flamme, aber dennoch weitverbreitet. Besonders bei Herstellern von Lichttechnik, wie der Philips-Hue-Palette, ist Zigbee beliebt. Auch Ikea setzt für seine Lichtprodukte auf diesen Standard. Das dürfte vor allem daran liegen, dass Zigbee zwar ein offener Standard ist, dabei aber so wenig spezifiziert, dass die jeweiligen Herstellern proprietäre Erweiterungen einbringen können. Das geschieht wohl mit dem Wunsch fester Kundenbindung und führt tatsächlich zumindest dazu, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller trotz Zigbee-Standard nicht zwangsläufig miteinander kooperieren können.

Zudem setzt Zigbee ebenfalls auf das 2,4-Gigahertz-Band. Alternativ kann auch das nicht minder überfüllungsgefährdete 868-Megahertz-Band verwendet werden. Mit der aktuellen Version des Standards führt Zigbee die Mesh-Technologie ein. Für Zigbee sprechen seine hohe Energieeffizienz und seine langjährige Verfügbarkeit und Fortentwicklung, die sich in einer hohen Zuverlässigkeit ausdrücken.

Eine architektonische Besonderheit kann allerdings dazu führen, dass sich im Zigbee-Netz nichts mehr tut. Das liegt am Konzept des sogenannten Koordinators: Einer der im Netz eingesetzten Router muss als solcher fungieren und übernimmt die komplette Steuerung. Fällt der Koordinator aus, geht gar nichts mehr. Eine direkte Mobilgeräteanbindung ist ebenso nicht vorgesehen. Die Einbindung erfolgt über separate LAN-Bridges, die für jedes Zigbee-Unterprotokoll separat zu installieren sind. So brauchen Hue-Lichtprodukte etwa eine andere Bridge als zum Beispiel Mieles Hausgeräte.

Enocean ist ein Funk-Standard, der Teilnehmer im Netz erlaubt, die keine Stromversorgung über Akku oder Netzdose brauchen. Vielmehr können Enocean-Geräte ihre Betriebsenergie aus der Umgebung abzweigen, etwa über Licht- oder Bewegungsenergie. Das wird als Energy Harvesting bezeichnet. Wer sich darauf nicht verlassen will, verwendet Geräte mit Knopfzellen, die dann wegen des sehr geringen Energieverbrauchs Jahre halten können, ohne ausgetauscht werden zu müssen.

Enocean arbeitet mit extrem kleinen Datenpaketen und will eine Reichweite von bis zu 300 Metern erzielen. Dazu wird ein Mesh-Netzwerk aufgespannt, in dem die einzelnen Teilnehmer die Datenpakete durchreichen. Enocean ist ein Standard, der sich in andere Umgebungen einfügen lässt. So gibt es Enocean-Module sowohl für Bluetooth-basierte, wie auch für Zigbee-Systeme. Als Frequenzband kommt das potenziell überlastete SRD-Band bei 868 Megahertz zum Einsatz. Verschlüsselt wird wie bei Zigbee mit AES 128.

Enocean kann prinzipbedingt nicht alle Smarthome-Anwendungsfelder abdecken. Entsprechend klein ist die verfügbare Auswahl an Komponenten. Ebenfalls nicht jedermanns Sache: Das Energy Harvesting ist teilweise so umgesetzt, dass ein Druck auf einen Schalter ein laut vernehmliches Klicken erzeugt, das wiederum die nötige Energie liefert. Das mag bei Familien mit unterschiedlichen Schlafzeiten nicht auf ungeteilte Zustimmung stoßen.

Der Hausautomations-Protokollspezialist Z-Wave wird von der Z-Wave-Allianz gepflegt und fortentwickelt. Es gibt ein mehrstufiges Zertifizierungsprogramm, das unter anderem die Interoperabilität der Geräte sichern soll. Der Standard ist nicht offen, Nutzer müssen ein NDA, eine Verschwiegenheitserklärung, abgeben.

In der Allianz sind inzwischen über 700 Unternehmen mit über 3.000 Produkten organisiert. Wie alle anderen Allianzen und Hersteller-Standards proklamiert Z-Wave auf seiner Homepage, die beste Lösung für das Smarthome, quasi das Smarthome persönlich zu sein. Tatsächlich gibt es kein anderes Protokoll, für das eine vergleichbar große Anzahl an Komponenten verfügbar ist. Dennoch kommt der Standard nicht ohne Schwächen daher. Eine Vielzahl im Umlauf befindlicher Firmwares, teilweise herstellerspezifisch, sorgen für Interoperabilitätsprobleme, wo es prinzipiell keine geben müsste, wenn sich alle Hersteller an ein einheitliches Prozedere hielten und ihre Geräte laufend updaten würden.

Technisch arbeitet der Standard in den überlastungsgefährdeten Bändern bei 868 und 2400 Megahertz. Zur kleinzelligen Datenübertragung wird ein Mesh aufgespannt, durch das die Datenpakete durchgereicht werden. Jeder Teilnehmer leitet ihn nicht betreffende Datenpakete einfach weiter. Auf ähnliche Weise funktionierten Anfang der Neunziger die sogenannten Token-Ring-Netzwerke, eine IBM-Technologie, die sich auf Dauer nicht durchsetzen konnte.

Zu den Gründungsmitgliedern der Z-Wave-Allianz zählte übrigens der Heizungsbauer Danfoss. So ist Z-Wave vom Start weg als Standard zur schnellen Übertragung von Steuerimpulsen entwickelt worden. Technisch ist Z-Wave Zigbee nicht unähnlich. Beide arbeiten nach dem Endgeräte-Router-Konzept und verwenden ein Mesh für die Datenübertragung.

KNX startete schon vor 30 Jahren und dabei ursprünglich als Standard für die kabelgebundene Vernetzung von Bauteilen, also als klassisches Heimautomationssystem. Es handelt sich um den direkten Nachfolger des in der Frühzeit der Heimautomation recht erfolglos gebliebenen Europäischen Installationsbus (EIB). Erst später setzte die rund 500 Mitglieder starke KNX Association, die hinter dem Standard steht, auf die kabellose Anbindung über das lizenzfreie 868-Megahertz-Band.

Die Implementation der Datenübertragung ist deutlich anders als bei den konkurrierenden Standards. Hier gibt es eine Art Gerätehierarchie mit unterschiedlichen Betriebsmodellen. Typische Teilnehmer in einem KNX-Netz sind neben Rollläden, Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlagen, auch Beleuchtungs-, Überwachungs- und Kommunikationssysteme (etwa an der Haustür). Die Datenübertragung erfolgt von Gerät zu Gerät. KNX-Netze sind typischerweise hybrid. Sie setzen vorwiegend auf das hauseigene Bussystem, also auf die Verkabelung, und binden weiter entfernte Teilnehmer oder solche, bei denen das Kabel vergessen wurde, per Funk an. Insoweit ist das KNX-System das traditionellste Smarthome-System unserer Übersicht.

An dieser Stelle sollten wir uns verabschieden. Wir sollten uns verabschieden von dem Gedanken, dass wir uns für ein einzelnes Protokoll entscheiden müssen, auf dessen Basis wir dann unser komplettes Smarthome durchplanen. Denn wenn wir darüber nachdenken: Was spricht eigentlich dafür, die Heizungssteuerung an die Lichtsteuerung oder die Sicherheitsüberwachung anzubinden? Genau, schon inhaltlich nichts, es sei denn, ihr wollt die Musikauswahl unter Berücksichtigung der Kühlschranktemperatur steuern lassen oder Einbrecher wenigstens mit einer geringen Raumtemperatur bestrafen. Hinzu kommt der Aspekt der Ausfallsicherheit, der eine Kopplung aller Systeme nicht unbedingt als die beste Idee erscheinen lässt. Es reicht ja, wenn die Heizung ausfällt. Da muss es nicht auch noch stockfinster bleiben.

Nun sind wir uns wahrscheinlich weitgehend einig, dass es für unsere Zwecke durchaus mehrere Insellösungen geben darf, die jeweils einen gezielten Zweck erfüllen. Nicht umsonst ist das Hue-Beleuchtungssystem mit seinen LAN-Bridges so beliebt. Es funktioniert einfach, steuert aber nicht das Dachfenster. Bevor wir uns also auf eines oder mehrere Smarthome-Protokolle festlegen, gilt es zu definieren, was wir uns von der Automatisierung unseres Haushalts überhaupt versprechen. Wer nämlich glaubt, er könnte mit einer Automatisierung nennenswert Geld sparen, sollte das noch mal ganz genau durchrechnen. Allenfalls könnte das bei Verbrauchern mit einigem Durchsatz, wie etwa der Heizungsanlage, klappen. Schon bei der Lichtsteuerung sind Zweifel angebracht, zumindest wenn die bisherige Strategie nicht darin besteht, aus lauter Bequemlichkeit einfach überall das Licht anzulassen.

Geht es hingegen lediglich um Komfortgewinn, etwa durch das sprachgesteuerte Ein- oder Ausschalten von Verbrauchern oder das Beeinflussen der Raumbeleuchtung, dann tut ihr gut daran, einfach nach dem für eure Zwecke geeigneten System zu schauen und dieses einzusetzen – ganz unabhängig davon, welches Protokoll es letztlich verwendet. Hier solltet ihr allenfalls noch eure baulichen Bedingungen ins Kalkül ziehen. Es gilt: je höher die Funkfrequenz, desto geringer die Reichweite. Gut möglich, dass in einer ausladenden Wohnung auf einer Ebene schon Lösungen im 2,4-Gigahertz-Band an ihre Grenzen stoßen. Da lohnt sich der Blick auf Technologien in niedrigeren Bändern, kombiniert mit dem Mesh-Ansatz. Dabei erhöht jedes weitere Gerät die Gesamtreichweite des Systems. Ihr solltet allerdings auf eine gewisse strategische Platzierung zueinander achten, damit die Geräte die Signale aus der Umgebung auch noch aufnehmen können.

Für die Insellösung spricht auch der Faktor Sicherheit. Wer sich über die Cloud auf sein Smarthome begibt, eröffnet über die erforderlichen Port-Freigaben im Internet-Router Angriffspunkte, die auch weniger wohlmeinende Zeitgenossen allzu gern nutzen würden. Wenn ihr nun etwa lediglich die Heizungssteuerung über die Cloud nutzt, kann sich ein potenzieller Angreifer nicht bis auf euren Server mit der aktuellen Steuererklärung durchhacken.

Habt ihr euch nun mit ein paar Inseln ausgestattet, mag der Zeitpunkt kommen, an dem ihr euch doch eine gewisse einheitliche Steuerung anstelle proprietärer Bedienansätze wünscht. Dann ist die Zeit gekommen, sich mit den am Markt verfügbaren Schaltzentralen auseinanderzusetzen, die versprechen, eine einheitliche Benutzersteuerung über eine Vielfalt angebundener Geräte zu legen. Hier lohnt es sich, Samsungs Smart Things, Mediola oder Homey anzuschauen. Homey etwa integriert WLAN, Bluetooth LE, Zigbee und Z-Wave Plus.

Wer bastelaffin ist, baut sich selbst einen Raspi-Server und installiert darauf eine offene Smarthome-Software wie Node-Red, OpenHAB oder den Perl-Server FHEM. Viele Geräte unterschiedlicher Hersteller lassen sich zudem in die Umgebung der einschlägigen Apps und Sprachassistenten aus den Häusern Google, Amazon oder Apple einbinden.

Mehr zum Thema Smarthome findet ihr im t3n-Schwerpunkt Smarthome.