_Elektro
Funksysteme für Smart-Home-Anwendungen
Standardisierte und proprietäre Kommunikationsprotokolle
Wenn drahtgebundene Lösungen nur mit hohem Aufwand installiert werden können oder gar nicht möglich sind, zum Beispiel aus Gründen des Denkmalsschutzes, kann das Kommunikationsmedium Funk vorteilhaft eingesetzt werden. Bei den Funksystemen unterscheidet man grundsätzlich zwischen standardisierten Kommunikationsprotokollen und herstellerspezifischen, proprietären Kommunikationsprotokollen. Die standardisierten Protokolle können herstellerübergreifend genutzt werden und sind daher für viele Anbieter offen. Die andere Variante hingegen kann nur von einem Hersteller (oder einigen wenigen) genutzt werden. Eine Kommunikation mit Komponenten anderer Anbieter ist dabei nicht ohne Weiteres möglich, sodass damit eine Herstellerabhängigkeit entsteht.
Gallerie
Zu den standardisierten Funkprotokollen, die weit verbreitet sind, gehören Bluetooth, EnOcean, KNX-RF, WLAN, ZigBee und Z-Wave, von denen nachfolgend einige beispielhaft dargestellt werden. Homematic, RWE Smart Home und viele weitere zählen zu den proprietären Protokollen.
Bluetooth
Bluetooth dient zum Datenaustausch über kurze Entfernungen zwischen
Geräten, die sich durch ein einfaches Pairing miteinander
verbinden, z. B. durch eine Tastatur mit einem Tablet. Der
Funkstandard Bluetooth ist nur für kürzere Distanzen von etwa 0,2
bis 10 Meter geeignet (mit Bluetooth 5 sind aber schon Reichweiten
bis 200 Meter möglich). Das zu Bluetooth gehörende Funkprotokoll
ist das Wireless Personal Area Network (WPAN). Die Bezeichnung des
Standards ist vom Namen des dänischen Königs Harald Blauzahn (engl.
Harald Bluetooth) abgeleitet; diese Initialen H und B finden sich
im Logo wieder. Die Bluetooth-Microchips mit je einer Sende- und
Empfangseinheit sind oft schon in die Geräte integriert. Mit
Bluetooth und WLAN können Smart-Home-Komponenten komfortabel über
mobile Endgeräte wie Tablets oder Smartphones gesteuert werden.
EnOcean
Der EnOcean-Standard stellt eine energieautarke Funklösung für
smarte Geräte dar. Eine Besonderheit und hauptsächlicher Vorteil
ist, dass für die Übertragung von Steuersignalen weder Leitungen
noch Batterien benötigt werden. Die Sender nutzen die Energie aus
der Umgebung (sogenanntes Energy Harvesting), zum Beispiel über den
Piezoeffekt oder aus der Bewegungsenergie beim Betätigen von
Schaltern sowie aus Solarzellen. Der Funkstandard EnOcean arbeitet
mit 868 MHz und ist seit 2012 durch das Normungsgremium für
Elektrotechnik IEC (International Electrotechnical Commission) als
internationaler Standard festgeschrieben. Das Protokoll wird vor
allem für energieautarke Funkmodule (Sende-, Empfangs-,
Transceiver-Module und die dazugehörigen Energiewandler) der
Haussteuerung eingesetzt. Die wartungsarmen, energieautarken
Lösungen eignen sich besonders für die einfache und rasche
Nachrüstung von Installationen bei geringen Datenmengen.
Der interoperable Funkstandard erlaubt es, Geräte wie Schalter, Sensoren oder Gateways verschiedener Hersteller einfach miteinander zu verbinden. Die Technologie wird heute von zahlreichen Unternehmen angewandt, die in der EnOcean-Allianz vereint sind und Komponenten für die Gebäudeautomation, für Licht-, Jalousie- oder Raumklimasteuerung herstellen. Sie nutzen das Protokoll für Wandschalter, für Rauch-, Bewegungs- und Temperaturmelder, für Fenster- und Türkontakte und viele weitere Anwendungen.
KNX-RF
Der Standard KNX-RF ist die Funkversion von KNX und ergänzt dieses
drahtgebundene Bussystem. So können in das KNX-System eingebundene
Smart-Home-Geräte per Funk gesteuert werden. Der Funkstandard
eignet sich besonders gut zur Nachrüstung, da keine baulichen
Eingriffe notwendig sind – wohl aber eine fachkundige Installation
aufgrund der komplexen Integration und Programmierung. Zur
Datenübermittlung wird die Frequenz 868 MHz genutzt. Die Reichweite
ist von der räumlichen Beschaffenheit und der Einrichtung abhängig,
denn Hindernisse schwächen die Ausbreitung der elektrischen Wellen
ab. So variiert die Reichweite etwa von etwa zehn Metern in engen
Fluren bis rund 30 Meter in einem großen, hohen Raum.
WLAN/ WiFi
Das weit verbreitete WLAN (Wireless Local Area Network), oft auch
als WiFi bezeichnet, kann grundsätzlich große Datenmengen
übertragen. Dieser Funkstandard wurde ursprünglich nicht für die
Gebäudeautomation oder Hausautomatisierung entwickelt und
optimiert. Da WLAN aber in den meisten Häusern und Wohnungen
vorhanden ist, wird das System nun auch für die Kommunikation in
der Gebäudetechnik und in Beleuchtungsanlagen angewendet. Der
Datenaustausch zu den Komponenten erfolgt direkt über WLAN-Router
oder einen dazwischengeschalteten drahtlosen Zugangspunkt (Access
Point).
ZigBee
Der ZigBee-Funkstandard ist ein Smart-Home-Standard, der in der
Gebäudeautomation, in drahtlosen Sensornetzwerken, aber vor allem
in der Lichttechnik stark verbreitet ist. Beispielsweie werden am
Markt ZigBee-fähige Lampen- und Leuchtensysteme angeboten. Der
Funkstandard ist für Anwendungen mit geringem Datenaufkommen
einfach und flexibel handhabbar. Zigbee-Funkchips gibt es sowohl
für die Frequenz 868 MHz als auch für 2,4 GHz, sodass das System
weltweit einsetzbar ist. Es benötigt wenig Energie und ist daher
gut für batteriebetriebene Geräte geeignet. Der Schwerpunkt von
ZigBee liegt auf Netzwerken mit relativ kurzer Reichweite bis zu
100 Metern, was im Gebäude meistens ausreicht. Über vermaschte
Netze (Mesh-Netze) sind aber auch Reichweiten über mehrere
Kilometer realisierbar.
Z-Wave
Ein ähnliches Drahtlosprotokoll wie ZigBee ist Z-Wave, das von der
Z-Wave-Alliance für Smart Homes spezifiziert wurde und
hauptsächlich für die Frequenz 868 MHz ausgelegt ist. Auch dieses
System kann sich als Mesh-Netz organisieren, indem sich Funkknoten
miteinander verbinden, wodurch sich große Reichweiten erzielen
lassen.
Fachwissen zum Thema
Baunetz Wissen Elektro sponsored by:
Jung | Kontakt 02355 / 806-0 | mail.info@jung.de