Smarthjemsystemer trenger en radiokobling for trådløst nettverk av enheter. Imidlertid er det ikke bare en, men mange forskjellige radiostandarder for hjemmeautomatisering. Vi forklarer her hvorfor dette er tilfelle og hva det betyr for utformingen av det smarte hjemmet.
ZigBee & Co.: Hva du bør vite om trådløse Smart Home-standarder
- Den trådløse tilkoblingen i det smarte hjemmet må overføre data sikkert og raskt med lavt energiforbruk.
- WLAN tilbyr høy overføringshastighet, men krever mye energi, og det er grunnen til at den trådløse standarden ikke har fanget opp i smarte hjem.
- Batteridrevne sensorer som sender små datamengder bruker for det meste økonomiske protokoller som ZigBee, Z-Wave eller EnOcean, som i likhet med WLAN er fritt tilgjengelig for alle produsenter.
- I tillegg til åpne radiostandarder, er det også private som Homematic IP som tilhører et selskap. Enhetene er da bare kompatible i ditt eget smarte hjem-system eller med systemer som ble utviklet av produsenten. Disse radiostandardene blir også referert til som "proprietære".
Hvorfor er radiostandarder viktige?
Alle som har prøvd desperat å surfe på Internett midt i skogen eller på motorveien vet hvor viktig stabile radioforbindelser er. Det samme gjelder smarte hjemmeenheter som skal kunne utveksle informasjon med hverandre i huset uten forstyrrelser. For akkurat som smarttelefoner, kommuniserer radiobaserte smarte hjemmesystemer ved hjelp av elektromagnetiske bølger.
Radiostandarder som ZigBee, Z-Wave, WLAN eller EnOcean er generelt basert på modulering av radio og mikrobølger, som tilhører den lavfrekvente delen av det elektromagnetiske spekteret. Bølgen endres slik at den kan transportere informasjon (bilder, språk, musikk, tekst). I Tyskland utsteder Federal Network Agency frekvenser for radiotrafikk. Mange protokoller innen smart hjemradio bruker enten det såkalte ISM-båndet (Industrial, Scientific and Medical Band) mellom 2,4 og 2,5 GHz eller SRD-båndet (Short Range Device) mellom 863 og 870 MHz.
De trådløse standardene for det smarte hjemmet varierer mellom radiobølger og infrarød.
For å være i stand til å kontrollere smartenheter med smarttelefonen eller nettbrettet, må radiofrekvensen for smart hjemme oversettes til et WLAN-signal. Derfor krever de fleste smarte hjemmesystemer en radiobro (også gateway eller kontrollsenter). Den er koblet til WLAN-ruteren hjemme.
Hvordan skiller ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co. seg ut?
Trådløse tilkoblinger skal overføre data trygt, raskt og uten forstyrrelser. Kravene endres imidlertid avhengig av bruksområde. Med videokonferansesystemer, for eksempel, må de transportere enorme mengder data. Temperatur- eller bevegelsessensorer i smarte hjem, derimot, sender bare små datapakker. Her skal den trådløse standarden først og fremst fungere økonomisk slik at batteriene holder lengst mulig.
Båndbredde
En radiostandard bruker et bestemt frekvensområde. Båndbredden viser avstanden mellom øvre og nedre frekvens i dette området. For eksempel bruker de fleste trådløse rutere et frekvensområde fra 2,4 til 2,4835 GHz. I dette tilfellet er båndbredden 83,5 MHz. Jo større båndbredde, jo flere data kan overføres.
kanaler
For å unngå forstyrrelser må det være et gap mellom en kanal og den neste. For WLAN-nettverk i 2,4 GHz-frekvensbåndet er fire ikke-overlappende kanaler tilgjengelig med en kanalbredde på 20 MHz og en avstand på 5 MHz.
Overføringshastighet
Overføringshastigheten er veldig viktig i trådløst internett. Av denne grunn har WLAN etablert seg som den trådløse standarden for bærbare datamaskiner, PC-er og smarttelefoner. Rutere med standard Wifi 5 (802.11 ac) klarer opptil 1.300 Mbit / s. Det er nok til å streame serier komfortabelt. Z-Wave Smart Home trådløs standard kommer inn på 9,6 Kbit / s i sammenligning. Det er nok til å sende kommandoer mellom brytere og sensorer.
Høye overføringshastigheter er nødvendig for videochatter. WLAN er veldig godt egnet som radiostandard her.
Range
Produsenter spesifiserer ofte rekkevidden i det fri for en trådløs tilkobling. I lukkede rom bremser imidlertid hindringer overføringen av elektromagnetiske bølger. Spesielt lette konstruksjonselementer laget av gipsplater, vegger med stålelementer og vannrør forstyrrer radiooverføring. WLAN har en teoretisk rekkevidde på 300 meter - i praksis faller imidlertid signalnivået etter bare noen få meter. Frekvensen til radiosignalet er også avgjørende: jo høyere, jo kortere rekkevidde.
Sikkerhetsstandard
Trådløs overføring er spesielt utsatt for datatyveri. Av denne grunn har alle trådløse standarder i Smart Home wireless en sikkerhetsprotokoll som krypterer dataene. Likevel er ingen trådløs standard 100 prosent sikker fra hackerangrep. Les vår artikkel om dette: Hvor sikkert er et smart hjem?
Hvorfor ikke bruke WiFi for alle smarte hjemmeenheter med en gang?
95 prosent av alle tyskere har en internettforbindelse, de fleste med en WLAN-ruter. Så hvorfor ikke bruke WLAN som standard for smarte hjem-systemer? Det er flere grunner til dette:
Høyt energiforbruk
Sammenlignet med andre trådløse tilkoblinger har WLAN høy overføringshastighet. Dette betyr også at WiFi-enheter bruker mye energi. Dette er spesielt ufordelaktig for batteridrevne enheter. Høy båndbredde og høy hastighet er ikke nødvendig for små sensorer som bare overfører korte meldinger.
Overlapping
Fremfor alt i bygårder, oppstår forstyrrelser når for mange enheter i nærliggende WLAN-nettverk bruker 2,4 GHz-frekvensområdet.
Begrenset rekkevidde
Signalforstyrrelser fra andre enheter som bruker samme frekvensbånd, reduserer også rekkevidden til radiokoblingen.
Hva er forskjellen mellom åpne og proprietære trådløse standarder?
- Med åpne radiostandarder som ZigBee og Bluetooth er teknologien fritt tilgjengelig for alle produsenter. Ofte utvikler flere selskaper protokollene i en paraplyorganisasjon. Fordelen er et høyt nivå av kompatibilitet, selv med forskjellige smarte hjem-systemer. Homee er et godt eksempel på et helt åpent smarthus-system som alle enheter som bruker åpne trådløse standarder kan kobles til.
- Med proprietære (lukkede) radiostandarder som Homematic IP, utvikler en produsent sin egen protokoll. Dette sikrer større sikkerhet under dataoverføring. Smart hjemmeenhetene kan bare kobles til enheter fra samme produsent. Denne hindringen kan omgåes med passende kompatibilitet ved å bruke "limapper" som IFTTT eller Alexa-appen.
- Når det gjelder åpne radiostandarder, er koden til protokollen åpen kildekode. Dette betyr at enhver produsent kan gjøre endringer. Enheter med samme radiostandard er derfor ikke nødvendigvis kompatible med hverandre. Men siden mange produsenter ønsker at produktene deres skal kunne forankres til så mange forskjellige systemer som mulig, er kompatibilitet sannsynlig.
Smart hjemme radio standarder i sammenligning
|
Maks. |
Rekkevidde- |
frekvensområde |
energi |
applikasjon |
Produsent |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
TRÅDLØS INTERNETTILGANG |
1.000-1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
høy |
Trådløst |
Belkin WeMo DLink Tado Google Hjem Netatmo ringe |
|
Bluetooth 5.0 |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
lav |
Smarthus enheter | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
lav |
Building |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Homee Smart Home |
|
Z-Wave |
9,6-40 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
lav |
Building |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
veldig lav |
Temperatursensorer |
Siemens Mediola Homee Smart Home Somfy Wago |
|
Homematisk |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
lav |
Energiledelse |
HomeMatic Max! Qivicon / Magenta Innogi |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
lav |
Building |
Magenta Smart Home AVM Gigaset |
Radiostandarder: fordeler og ulemper på et øyeblikk
1. WLAN
Allerede på 1970-tallet var det forsøk på å finne opp radiolinker for rask dataoverføring. I 1971 koblet ALOHAnet-nettverket syv datamaskiner på fire forskjellige hawaiiske øyer ved hjelp av Aloha-radioprotokollen. IEEE 802.11 radioprotokollen, som brukes overalt i dag, har eksistert siden 1997. To år senere ble WiFi Alliance dannet med sikte på å sertifisere WLAN-enheter og videreutvikle teknologien.
Rings smarte dørklokke kommuniserer med en Alexa-enhet via WiFi.
funksjonalitet
- Nåværende WiFi-nettverk er basert på radiostandardene IEEE-802.11n og 802.11ac (WiFi 4 og WiFi 5).
- De teoretiske overføringshastighetene er 600 Mbit / s eller 1500 Mbit / s. I praksis er imidlertid datahastigheten lavere fordi mange rutere ikke kan motta flere datastrømmer parallelt.
- WLAN-rutere bruker 2,4 GHz frekvensbånd med fire ikke-overlappende kanaler, nyere modeller bruker også 5 GHz frekvensbånd med 19 kanaler.
fordeler
- Helt sikkert
- høy overføringshastighet
ulempe
- energikrevende
- Hyppig forstyrrelse på grunn av det høye antallet brukere, spesielt i 2,4 GHz-båndet
- i 5 GHz lavere område på grunn av den høye frekvensen
Applikasjoner
Til tross for sin sult etter energi, spiller WLAN-radiostandarden en viktig rolle i å sette opp et smart hjem:
- i kommunikasjon mellom Smart Home Hub og ruteren
- for enheter som smarte TV-er og kameraer som overfører store datamengder (videoer)
Smart hjemme-systemer med WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google Hjem
- Netatmo Smart Home
- Ring (smarte videodørklokker)
2. Bluetooth lavenergi (BLE, 5.0)
I 1998 utviklet Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba og Intel Bluetooth-standarden. I 1999 offentliggjorde Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) spesifikasjonene for den første Bluetooth-protokollen. I årene som fulgte ble Bluetooth en av de viktigste radiostandardene for trådløs overføring mellom mobiltelefoner og PC-er eller for Bluetooth-hodetelefoner. Fra versjon 4.0 og fremover bruker den betydelig mindre energi, derav navnet Low Energy (Bluetooth LE).
På grunn av kort rekkevidde er Bluetooth mindre egnet for det smarte hjemmet. Radiostandarden er mer egnet for å lytte til musikk via trådløse hodetelefoner.
Funksjonalitet
Den trådløse Bluetooth-standarden bruker for eksempel trådløst ISM-bånd 2.402 til 2.480 GHz.
- Senderenheten (master) synkroniseres med mottakerenheten (slave). Begge enhetene må godkjenne tilkoblingen for dette.
- Avsender og mottaker oppretter en punkt-til-punkt-forbindelse i et såkalt pico-nettverk. Hver enhet har en 48-biters adresse som identifiserer den.
- Senderen endrer frekvens innenfor frekvensbåndet 1600 ganger per sekund (frekvenshoppingsprosess). Mottakeren søker etter signaler fra senderen hvert 2. sekund til forbindelsen er opprettet.
fordeler
- mye brukt, og dermed høy kompatibilitet
- lav energi
ulempe
- kort avstand
- dårlig stabilitet
Applikasjoner
Innen hjemmeautomatisering og sikkerhet er det få produsenter som stoler på Bluetooth, men det er en av de ledende trådløse standardene for wearables og underholdningselektronikk. Nyttige applikasjoner i det smarte hjemområdet inkluderer elektroniske dørlåser eller smarte garasjeportåpnere.
3. ZigBee
I 2002 grunnla forskjellige selskaper ZigBee Alliance. Radiostandarden er ment å muliggjøre dataoverføring i nettverk med lave datavolum og minimalt energiforbruk. I årene som fulgte etablerte ZigBee seg som den ledende teknologien innen industriell automatisering, spesielt for styring av brytere og sensorer.
ZigBee er forutbestemt for det smarte hjemmet på grunn av lav følsomhet for svikt. Philips Hue er blant annet basert på ZigBee som et smart lys.
funksjonalitet
- I likhet med Bluetooth bruker ZigBee IEEE-standarden 802.15.4 og utvider protokollen med tre lag.
- I et mesh-nettverk mottar ikke de enkelte smarte hjemmeenhetene nødvendigvis bare meldinger fra den sentrale gatewayen. Hver enhet blir mye mer av en nettverksnode og kan videreformidle informasjon. For eksempel kommuniserer lamper og temperatursensorer koblet til navet også med hverandre.
- Hvis navet svikter, mottar lampen fremdeles kommandoen "Fortsett lampe" fra temperatursensoren. I store leiligheter og hus med flere rom fungerer forbindelsen vanligvis greit til tross for veggene.
Applikasjoner
Smarte hjemmeapparater i hjemmeautomatisering som smart oppvarmingskontroll, vindu- og dørsensorer eller lys bruker ZigBee mest.
fordeler
- lavt energiforbruk
- lav følsomhet for svikt
- høy distribusjon, derav et stort utvalg av produsenter
ulempe
- ingen
Smart hjemme-systemer med ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
4. Z-Wave
I 1999 utviklet det danske selskapet Zensys Z-Wave radiostandard som en egenutviklet teknologi. I 2005 grunnla forskjellige produsenter Z-Wave Alliance, som har medlemmer som Huawei og Fibaro. Teknologiselskapet "Silicon Labs" eier nå rettighetene til teknologien. På slutten av 2019 kunngjorde Silicon Labs at de ønsket å gjøre Z-Wave til en åpen trådløs standard.
Z-Wave er veldig populær blant produsenter av smarte enheter. Den smarte sensoren fra Fibaro måler bevegelse, temperatur og lys og er basert på Z-Wave som den trådløse standarden.
funksjonalitet
- Dataene overføres i frekvensområdet 868 MHz med et frekvensskifte på 20 kHz.
- Z-Wave-enheter danner et nettverk som har en unik ID. Hver enhet i nettverket har en ID som er definert i den innebygde brikken.
- Som med ZigBee, kommuniserer enhetene med hverandre i et mesh-nettverk som ligner på mesh repeatere. Det trådløse nettverket går jevnere jo flere strømdrevne enheter er integrert i det smarte hjemmet.
- Mottakeren må bekrefte hver melding.
fordeler
- Lav interferens takket være bruken av 868 MHz frekvensbånd
- lavt energiforbruk
- høy distribusjon, derav et stort utvalg av produsenter
- opptil 232 enheter kan kobles sammen
ulempe
- lav overføringshastighet, men tilstrekkelig for små sensorer
Smart hjemme-systemer med Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Devolo
- Merten
- Vivint Smart Home
5. EnOcean
I 2001 grunnla Siemens EnOcean GmbH med sikte på å utvikle en protokoll for trådløs kommunikasjon i industrien. EnOcean Alliance, grunnlagt i 2008, inkluderer over 400 selskaper, inkludert Honeywell, IBM og Microsoft.
Enocean-enheter genererer sine egne strømbehov bare ved å trykke på en knapp. Homees Smart Home er en måte å bruke den trådløse standarden på.
Slik fungerer
det EnOcean trådløse standard bruker prinsippet om energihøsting. Sensorene trenger ikke batteri.
- En energiomformer genererer strøm fra en bevegelse, for eksempel ved å trykke på en lysbryter.
- Minisolceller drives for eksempel av strøm fra lyskilder.
- Peltier-elementer genererer elektrisitet gjennom temperaturforskjeller, for eksempel mellom radiatoren og miljøet. En temperaturforskjell på to grader er nok.
fordeler
- knapt noe energiforbruk
ulempe
- bare egnet for små sensorer og små datamengder
Applikasjoner
Radioen med svært lav energi brukes av smartenheter som sender korte meldinger eller kommandoer. Disse er:
- Bevegelsessensorer eller bevegelsesdetektorer
- Temperatursensorer
- CO2 sensorer
Smart hjemme-systemer med EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Homee Smart Home
- Somfy
- Wago
- Eltako (sikkerhetsteknologi)
- NodOn (bevegelsesdetektor)
6. Homematic IP (BidCoS)
Bak Homematic IP-merket er den proprietære radiostandarden BidCoS (Bidirectional Communication Standard). Oppfinneren er det tyske teknologiselskapet eQ-3, grunnlagt i 2007, som bruker sin Homematic IP-standard for sine egne smarte hjemmesystemer (Max!, Homematic), men også gjør den tilgjengelig for samarbeidspartnerne Innogy og Qivicon. Qivicon er en stor smarthusplattform som også er grunnlaget for for eksempel Qivicon / Magenta SmartHome.
Homematic IP er en proprietær radio, enhetene fungerer gjennom samarbeid, men også med Magenta og Innogy.
funksjonalitet
- BidCoS er en toveis protokoll. Dette betyr at mottakeren alltid må erkjenne en melding.
- Radiostandarden overfører dataene med AES-godkjenning og 128 bit kryptering.
fordeler
- høy sikkerhet
ulempe
- ikke kompatibel med andre smarte hjemmesystemer (unntatt samarbeidspartnere)
Smart hjemme-systemer med Homematic IP / BidCoS
- HomeMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogi
7. Dect ULE
DECT-radiostandarden (for Digital Enhanced Cordless Communication) spredte seg allerede på 1990-tallet med bruk av trådløse telefoner. Ultra Low Energy (ULE) -varianten av DECT-protokollen er optimalisert for lavt energiforbruk.
Dect Ule-enheter kan styres direkte via Fritz! Box. For eksempel smartkontakten fra AVM.
funksjonalitet
- DECT ULE står ikke for en eneste protokoll, men for mange protokoller fra forskjellige produsenter i 1890-1,900 MHz-båndet.
- For å kommunisere med hverandre trenger smarte hjemmeenheter som bruker DECT ULE-protokollen en gateway som et senter for innkommende og utgående meldinger.
Anvendelse
Radiostandarden brukes ikke bare til telefoner og rutere, men også til smarte lamper og sensorer.
fordeler
- Lav interferens takket være sitt eget frekvensbånd
ulempe
- brukt relativt sjelden
Smart hjemme-systemer med Dect ULE
- Magenta Smart Home (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Gigaset Elements Smart Home
Kombinere forskjellige standarder
Åpent utformede smarthus-systemer gir muligheten til å kombinere forskjellige trådløse standarder. Et bredt utvalg av smarthusstandarder er integrert i kontrollsentrene til systemer som Magenta eller Homee.
"Selvklebende apper" som IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant eller Amazon Alexa fungerer også som en bro mellom smarte hjemmeenheter med forskjellige trådløse standarder. I prinsippet blir informasjon fra forskjellige apper evaluert i en sentral app. For eksempel sender D-Link-sensoren et hørbart signal når Arlo-sensoren oppdager bevegelse. Forutsetningen er at de enkelte enhetene er kompatible med den valgte selvklebende appen.
KNX-RF: Utvid bussystemet med radioenheter
Når det gjelder nye bygninger eller en senere installasjon av et Smart Home i en gammel bygning, kan eiere vurdere om de vil implementere Smart Home-kontrollen via kabelinstallasjon i stedet for radio. Enten kan strømkabelen brukes som et tilkoblingselement (kraftlinjesystem) eller et eget bussystem som går som en annen linje ved siden av kraftledningen (KNX-systemet). KNX-bussen muliggjør integrering av smarte enheter fra forskjellige produsenter og kan kombineres med Powerline og Ethernet.
For KNX-systemet finnes det nå også en hybridløsning som består av kablede og radiobaserte enheter som kan styres via samme brukergrensesnitt. Dette er nyttig, for eksempel for å utvide et kablet smarthus med tilleggsfunksjoner. Den aktuelle radiostandarden kalles KNX-RF. Et rent trådløst smarthus kan også implementeres ved hjelp av denne teknologien, slik det også er mulig med trådløse standarder i sammenligningen ovenfor. Siden tilkoblingen og programmeringen er relativt kompleks, retter KNX-RF seg mer mot KNX-spesialister og eiere som ønsker å kombinere KNX og KNX-RF.