Smarthome-FAQ: Übertragungsmedien

Lesedauer 14 Minuten

Smarthome-FAQ: Fangen wird doch bei der grundsätzlichen Frage an: Welche Übertragungsmedien kommen bei Dir überhaupt in Betracht?

Kabelgebundene Systeme

Kabelgebundene Systeme wie LAN oder KNX wird man entweder während des Neubaus oder einer Haussanierung installieren.

LAN ist schnell und vielfältig nutzbar, benötigt aber seine sorgfältige Planung des sternförmigen Netzwerkes. Gute Netzwerkkabel, Dosen, Patchferlder und Netzwerkswitche schlagen, je nach Qualität, in der Masse schon mal ins Kontor.

KNX ist langsam und man kann es nur für die Gebäudeautomation nutzen. Bei der Planung und Erweiterung nutzt man eine simple Baumtopologie, an deren Enden an (Schalt-) Aktoren sitzen. Sprich: Zu jedem Schalter und jedem Endverbraucher, wie Lampen oder Steckdosen, wird eine billige KNX-Leitung verlegt. Die Infrastruktur ist günstig, die Aktoren sind hingegen sehr, sehr kostspielig.

Vorteile kabelgebundener Systeme:

  1. Stabilität: Sie sind stabiler und haben eine geringere Ausfallrate als funkbasierte Systeme.
  2. Geschwindigkeit: Sie können Daten in der Regel schneller übertragen als funkbasierte Systeme.
  3. Die Latenz ist sehr niedrig (Echtzeitanwendungen, Sicherheitssysteme)
  4. Sicherheit: Sie sind sicherer, da sie weniger anfällig für Hackerangriffe sind als funkbasierte Systeme.
  5. Kapazität: Sie können problemlos mehr Geräte gleichzeitig verwalten als funkbasierte Systeme.
  6. Stromversorgung: Einige kabelgebundene Systeme können die Endgeräte auch mit Strom versorgen, wie PoE im LAN.

Nachteile kabelgebundener Systeme

  1. Installation: Die Installation von kabelbasierten Systemen ist schwieriger und deutlich teurer sein als die von funkbasierten Systemen.
  2. Mobilität: Sie sind nicht so mobil wie funkbasierte Systeme, da sie an einen festen Standort gebunden sind.
  3. Flexibilität: Sie sind weniger flexibel als funkbasierte Systeme, da sie nicht so einfach auf andere Räume oder den Außenbereich erweitert werden können.
  4. WAF: Durch die losen Kabel und die Anschlussdosen in der Wand (gilt nicht für KNX!) ist der Woman Acceptance Factor sehr gering

Powerline

Die vermutlich einfachste und günstigste Art, Geräte über ein Leitungsnetz zu verbinden, ist Powerline. Dies ist eine Technologie, die es ermöglicht, Daten über das bestehende Stromnetz im Haus zu übertragen. Sie wird häufig in Smarthome-Systemen verwendet, um Geräte in der Nähe von Steckdosen miteinander zu verbinden, wenn kein LAN im Gebäude vorhanden ist.

  • Eine typische Anwendung von Powerline im Smarthome ist der Ersatz einer LAN-Verkabelung, wenn Geräte wie Kameras oder Bridges angeschlossen werden sollen.
  • Da das Stromnetz im gesamten Wohngebäude verlegt ist, kann es insbesondere in Mehrfamilienhäusern zu Sicherheitsproblemen kommen, wenn die Verschlüsselung nicht korrekt eingestellt ist.
  • Die Reichweite von Powerline in Gebäuden hängt von der Qualität der Elektroinstallation und dem Einfluss von Störungen durch andere elektrische Verbraucher, vornehmlich motorbetriebene, ab. In der Regel ist die Reichweite jedoch ausreichend, um Geräte in einer Wohnung oder einem Einfamilienhaus miteinander zu verbinden.
  • Pro: Einfache Installation, günstiger Preis, keine zusätzliche Verkabelung oder Funksender erforderlich.
  • Contra: Langsamer und störanfälliger als LAN, Sicherheitsprobleme in Mehrfamilienhäusern möglich, Powerline „verschmutzt“ das Stromnetz mit Störungen, was gerade HiFi-Enthusiasten kritisieren.

LAN

LAN (Local Area Network) ist ein Netzwerk, das innerhalb eines (größeren) Gebäudes oder eines Firmengeländes verwendet wird. Der Einsatz in Einfamilienhäusern ist aber nicht unüblich. Power over Ethernet (PoE) ermöglicht, angeschlossene Geräte wie Kameras, Accesspoints oder Telefone unkompliziert mit Strom zu versorgen.

  • LAN-Netzwerke werden häufig verwendet, um Smart-Home-Geräte wie Sicherheitskameras, Telefone, Datenspeicher und Unterhaltungselektronik miteinander zu verbinden und ihnen den Zugang zum Internet zu ermöglichen.
  • Sehr geringe Latenz.
  • Sie dienen dazu, Bridges für unterschiedliche Smarthome-Systeme wie Amazon Echo, Google Home, Apple HomeKit und Samsung SmartThings mit einem Router zu verbinden.
  • Sicherheit und Verschlüsselung: Ohne physischen Zugang kann ein Ethernet nur schwer abgehört oder gestört werden.
  • Die Anzahl der Clients ist für jedes Smarthome praktisch mehr als ausreichend.
  • Pro: sehr hohe Geschwindigkeiten und geringe Latenzzeiten sowie einfache Einrichtung und Verwaltung. Universell einsetzbar und nicht anfällig für Störungen
  • Contra: Kabelgebunden

HomeMatic Wired

HomeMatic Wired ist ebenfalls kein Funkstandard, sondern ein Smarthome-System, das zur Datenübertragung auf eine serielle Kabelverbindung (EIA 485) setzt. Es gibt auch Adapter für Ethernet (LAN oder Powerline). Es eignet sich für die Überwachung und Steuerung verschiedener Geräte in einem Smart-Home-System. Beispielsweise können damit Licht, Heizung, Rollläden und andere Geräte gesteuert und überwacht werden.

  • Da HomeMatic Wired eine kabelgebundene Verbindung nutzt, ist der Energieverbrauch im Vergleich zu Funkstandards wie HomeMatic oder HomeMatic IP geringer.
  • HomeMatic Wired nutzt eine drahtgebundene Verbindung, die in der Regel sicherer ist als Funkverbindungen. Zusätzlich bietet HomeMatic Wired eine Verschlüsselung der Datenübertragung, um die Sicherheit zu erhöhen.

KNX

KNX ist ein professioneller Standard, mit der höchsten Sicherheit im Vergleich, für die Gebäudeautomation zur Steuerung und Überwachung von Gebäudefunktionen wie Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Sicherheit. Er ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten und Steuerungen über ein flexibles Bussystem in einer physikalischen Baumstruktur. KNX kommt fast ausschließlich im gewerblichen Umfeld und für die Automatisierung von sehr großen Gebäuden zum Einsatz.

  • Typische Anwendungen im Smarthome sind die Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Jalousien und Türen sowie die Überwachung von Sicherheitssensoren und Kameras.
  • KNX wird hauptsächlich in professionellen Gebäudeautomatisierungen eingesetzt, da es eine komplexe Konfiguration und Installation erfordert.
  • Der Energieverbrauch von KNX-Geräten ist als gering einzustufen, auch wenn sie in der Regel über das Stromnetz betrieben werden.
  • KNX bietet ein hohes Maß an Sicherheit durch Verschlüsselung und Authentifizierung der Geräte.
  • KNX verwendet ein drahtgebundenes Netzwerk in Sterntopologie.
  • 64 Teilnehmer sind pro Bus (Linie) möglich. Werden mehr benötigt, benötigt man weitere Linien.
  • Pro: Breite Unterstützung durch Hersteller, große Funktionsvielfalt, sichere Übertragung.
  • Contra: Aufwändige Installation und Konfiguration, sehr hohe Kosten, sodass sich der private Einsatz niemals rechnet. Dieses System ist für Privatpersonen, die nicht mehr wissen, wohin mit ihrem Geld, sowie professionelle Gerätschaften und höchste Sicherheit über Flexibilität und Energieeinsparpotenzial stellen.

Funkbasierte Systeme

Eine Auswahl bekannter Funktechnologien und Protokolle für Smarthomes und Gebäudeautomation. Einige, wie z.B. HomeMatic-IP oder KNX-RF, sind komplette Systeme, basieren aber auf einer eigenen Übertragungstechnik und sind deshalb hier aufgeführt. Aber beleuchten wir doch zuerst einmal die Vor- und Nachteile funkbasierter Systeme:

Vorteile funkbasierter Systeme

  1. Funktionalität: Sie sind einfacher zu installieren und zu bedienen als kabelbasierte Systeme.
  2. Mobilität: Sie sind mobiler als kabelbasierte Systeme und können überall eingesetzt werden.
  3. Flexibilität: Die Systeme sind flexibler als kabelbasierte Systeme, da sie einfacher erweitert werden können.
  4. Kostenersparnis: Sie sind oft kostengünstiger als kabelbasierte Systeme.

Nachteile funkbasierter Systeme

  1. Stabilität: Sind instabiler und haben eine höhere Ausfallrate als kabelbasierte Systeme.
  2. Geschwindigkeit: Die Systeme können Daten nur langsamer übertragen als kabelbasierte Systeme.
  3. Sicherheit: Funkbasierte Systeme sind weniger sicher als kabelbasierte Systeme und können anfälliger für Hackerangriffe und Funk-Jammer sein, welche das Netzwerk außer Betrieb setzen können.
  4. Kapazität: Funkbasierte Systeme können weniger Geräte gleichzeitig verwalten als kabelbasierte Systeme.
  5. Reichweite: Funkbasierte Systeme haben eine begrenzte Reichweite und Signale können durch Wände und andere Hindernisse beeinträchtigt werden. Stahlbetondecken, Fußbodenheizungen und Elektroinstallationen schirmen Funksignale oft komplett ab, sodass man zu LAN- oder Powerline-basierten Repeatern greifen muss.
  6. Störungen: Funkbasierte Systeme können durch andere Geräte oder Funknetze beeinträchtigt werden, was zu Störungen führen kann.

433 MHz

Bei 433 MHz handelt es sich um eine Frequenz im Bereich der Funktechnologie, die vor allem für den Einsatz in der Gebäudeautomation und im privaten Smarthome verwendet wird. Niemand baut ernsthaft ein neues Smarthome basierend auf dieser Technologie auf. Solche Systeme sind meistens über Jahre hinweg historisch gewachsen.

Das bedeutet aber nicht, dass Geräte mit 433 MHz keine Einsatzberechtigung mehr hätten. Ich selbst benutze die erschwinglichen und extrem energieeffizienten Tür- und Fensterkontakte von Golden Security, denn irgendwann kann man ein Smarthome einfach nicht mehr vor sich selbst finanziell darstellen. Anschaffungskosten und Energiebedarf eines Smarthomes müssen sich mit dem Energieeinsparungspotenzial wenigstens grob die Waage halten, sonst ist ein Smarthome nur überflüssiger Luxus.

  • Findet Anwendung bei Sensoren wie Rauch-, Hitze-, Kohlenmonoxid-Melder sowie die Steuerung von Rollläden, Markisen, Beleuchtung und sonstigen Funkaktoren.
  • Die Latenz liegt im Mittelfeld der Funkstandards.
  • Sie findet in einfachen Geräten Verwendung, die nur bei Bedarf aktiv sind, wie z.B. Tür- und Fenstersensoren
  • Wie der Name bereits andeutet, arbeiten kompatible Gerätschaften mit 433 MHz
  • Der Energieverbrauch ist gering.
  • Die Sicherheit und Verschlüsselung ist marginal, da die Übertragungen oft unverschlüsselt erfolgen und von Dritten leicht mitgelesen werden können.
  • Reichweite in Gebäuden: ca. 30 m
  • Es ist möglich, mehrere günstige LAN-Bridges zu verwenden, um die Reichweite zu erhöhen.
  • Die Höchstzahl der Clients ist nur durch die Seriennummern der Geräte begrenzt.
  • Pro: Geringer Energieverbrauch, leicht einzurichten und zu bedienen, niedriger Anschaffungspreis
  • Contra: Niedrige Sicherheit und sehr geringe Datenübertragungsraten

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

Bluetooth LE (BLE)

BLE (Bluetooth Low Energy) ist eine spezielle Variante von Bluetooth, die entwickelt wurde, um Geräte zu verbinden, die einen geringen Stromverbrauch haben. Einige Geräte, die eigentlich mit anderen Technologien funktionieren, benutzen Bluetooth aber für die Verbindung zum Smartphone bei der Ersteinrichtung, da dies die benutzerfreundlichste Möglichkeit darstellt und keinerlei Konfigurationsaufwand seitens des Users verspricht.

  • Die Verbindung von Fitness-Trackern, Smartphones und anderen mobilen Geräten sind typische Anwendungen. BLE wird im Smarthomebereich meistens für Sensoren wie Hygro-Thermometer, Rauchmelder oder Fenster- und Türkontakte verwendet, die nur sporadisch Daten übertragen müssen und ansonsten offline sind.
  • Die Übertagungsfrequenz liegt bei 2,4 GHz.
  • BLE ist in der Regel mit anderen Bluetooth-Geräten kompatibel.
  • Der Stromverbrauch ist gering.
  • Sicherheit und Verschlüsselung sind in der Regel und im Vergleich recht hoch. Die neuesten Bluetooth-Standards unterstützen den Advanced Encryption Standard (AES).
  • Reichweite in Gebäuden: ca. 10 m
  • Repeater sind möglich, die Anzahl hängt vom Repeatertyp und dem verwendeten System ab. Kabelgebundene Repeater ermögliche eine effektivere Erweiterung als Funksysteme, bei denen die Zuverlässigkeit und die Datenrate mit der Entfernung rapide abnimmt.
  • Die maximale Anzahl der Clients ist unklar. Vermutlich von 7 bis zu 255 oder mehr Geräte. BLE ist im Smarthomebereich kein weitverbreiteter Standard.
  • Pro: Geringer Energieverbrauch, einfache Installation und Bedienung, breite Unterstützung durch Gerätehersteller.
  • Contra: Verglichen mit anderen drahtlosen Technologien ist die Reichweite begrenzt.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

DECT-ULE

DECT-ULE (Digital Enhanced Cordless Telecommunications – Ultra Low Energy) ist eine Funktechnologie für schnurlose Telefone und Smart-Home-Geräte. DECT-ULE ist eine Weiterentwicklung von DECT, die weniger Energie verbraucht als konventionelle DECT-Geräte.

  • Typische Anwendungen im Smart-Home-Bereich sind unter anderem Smart-Home-Sensoren und -Schalter.
  • Der Energieverbrauch ist gering, und es ist auch ein Batteriebetrieb möglich.
  • Durch die Verschlüsselung der Daten bietet DECT-ULE eine sichere Übertragung.
  • Nutzt die Frequenzbänder 1,8 GHz bis 1,9 GHz.
  • Reichweite ca. 30 m in Gebäuden und ca. 200 m im Freien.
  • Zur Erhöhung der Reichweite ist der Einsatz von Repeatern möglich.
  • Unklar ist die maximal mögliche Anzahl von Clients.
  • Pro: Niedrige Latenz, sichere Übertragung.
  • Contra: Probleme bei der Kompatibilität mit DECT ULE-Geräten anderer Hersteller.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

EnOcean

EnOcean ist eine Funktechnologie zur Übertragung von Energie und Daten in Smarthome Systemen. Sie nutzt Energie aus der Umgebung wie Licht, Bewegung oder Temperaturänderungen, um Geräte und Sensoren ohne Batterien oder externe Stromversorgung zu betreiben. Typische Anwendungen sind Schalter, Türsensoren und Fensterkontakte.

  • EnOcean wird vor allem in der Gebäudeautomatisierung und in Smarthome-Systemen eingesetzt.
  • Der Energieverbrauch ist so gering, dass die Geräte Energie aus der Umgebung beziehen können.
  • Die Sicherheit von EnOcean wird durch ein sicheres Protokoll und die Verschlüsselung der Datenübertragung gewährleistet. Allerdings nicht bei allen Geräten.
  • Es werden Frequenzen im Bereich von 868 MHz verwendet.
  • Die Reichweite innerhalb von Gebäuden ist abhängig von der Umgebung und kann bis zu 30 m betragen,
  • Der Einsatz von Repeatern ist möglich
  • Die maximale Anzahl der Clients ist theoretisch unbegrenzt.
  • Pro: Extrem niedriger Energieverbrauch, keine Batterien oder externe Stromversorgung erforderlich.
  • Contra: Die Technologie ist nicht so weitverbreitet wie andere Funkprotokolle, daher ist die Vielfalt an Geräten und Anbietern eher gering. Die Übertragungsraten sind nicht so hoch wie bei anderen Technologien. Hohe Preise.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

HomeMatic IP

HomeMatic IP ist ein Smart-Home-System, das auf der 868 MHz-Funktechnologie basiert. Der Unterschied zwischen HomeMatic und HomeMatic IP ist, dass die Smarthomegeräte über eine IP angesprochen werden, was Anfängern die Verwaltung erleichtern soll.

  • Es dient der Automatisierung und Steuerung einer Vielzahl von Geräten wie Lichtschaltern, Thermostaten und Sicherheitseinrichtungen in einem Gebäude. Es wird häufig in privaten Wohngebäuden eingesetzt.
  • Der Energieverbrauch von HomeMatic IP ist gering, da die meisten Geräte batteriebetrieben sind.
  • Für die Sicherheit sorgt eine AES-Verschlüsselung der Datenübertragung und ein Passwortschutz für die Steuerung der Geräte.
  • HomeMatic-IP nutzt für die Datenübertragung die Frequenzen 868 MHz.
  • Die Reichweite in Gebäuden variiert je nach Bauart und Hindernissen, kann aber in der Regel ca. 30 m betragen.
  • Zur Erhöhung der Reichweite können Repeater eingesetzt werden.
  • Bis zu 250 Geräte können gleichzeitig angeschlossen werden.
  • Pro: Einfache Installation und Bedienung. Gute Unterstützung durch Hersteller und Community. Extrem weiterverbreitetes und sicheres System mit einer langjährigen Historie
  • Contra: Mögliche Kompatibilitätsprobleme mit anderen Smart-Home-Systemen im gleichen Frequenzbereich. Hohe Hardware- und Installationskosten, da eine eigene Zentrale erforderlich ist.

Es gibt nur einen Anbieter für HomeMatic, das deutsche Unternehmen EQ-3 (ELV)

KNX-RF

Bei KNX-RF handelt es sich um eine Variante von KNX, dem weltweiten Standard für die Gebäudeautomation. Er basiert auf Funkverbindungen, was die Installation vereinfacht.

  • Die Steuerung von Licht, Heizung, Rollläden, Sicherheitssystemen und anderen Geräten sind typische Anwendungen im Smarthome.
  • KNX-RF wird in vielen Bereichen der Gebäudeautomation eingesetzt und ist besonders in Gewerbe- und Industriegebäuden weitverbreitet.
  • Da die Geräte in der Regel nur bei Bedarf aktiv sind, ist der Energieverbrauch von KNX-RF gering.
  • Ferner bietet es ein hohes Maß an Sicherheit durch Verschlüsselung und Authentifizierung.
  • Es nutzt das 868 MHz-Band.
  • Die Reichweite innerhalb von Gebäuden variiert in Abhängigkeit von der Umgebung und kann bis zu 30 m betragen.
  • Zur Erhöhung der Reichweite können Repeater eingesetzt werden.
  • Die maximale Anzahl möglicher Clients beträgt 255 Geräte.
  • Pro: Einfache Installation ohne Datenkabel, geringer Stromverbrauch und gute Sicherheit.
  • Contra: Hohe Kosten für Erstinstallation und Geräte, erfordert Fachkenntnisse für Konfiguration und Wartung. Mögliche Interferenzen mit anderen Funkgeräten im gleichen Frequenzband

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

Thread

Thread ist ein drahtloses Mesh-Netzwerkprotokoll, das speziell für den Einsatz in Smarthome-Systemen entwickelt wurde. Es wurde von der Thread Group, einem Konsortium von Unternehmen aus der Technologie- und Smart-Home-Industrie, ins Leben gerufen und ist ein offener Standard, der von vielen namhaften Herstellern unterstützt wird.

  • Thread kann für die Steuerung von Beleuchtungssystemen und Klimaanlagen im Smarthome eingesetzt werden.
  • Vergleichsweise hohe Latenz, aber besser als Bluetooth.
  • Es wird von vielen Smarthome-Systemen wie Amazon Alexa, Google Home, Apple HomeKit und Samsung SmartThings unterstützt.
  • Thread wurde speziell für den Einsatz in batteriebetriebenen Geräten entwickelt, die eine lange Batterielebensdauer erfordern.
  • Thread verfügt über mehrere Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung und Authentifizierung, um den Schutz von Geräten und Daten im Smarthome-Netzwerk zu gewährleisten.
  • Thread nutzt das 2,4-GHz-Frequenzband, das auch von anderen drahtlosen Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth und Zigbee verwendet wird. Obwohl Thread dasselbe Frequenzband wie Wi-Fi und andere Technologien nutzt, werden Interferenzen mit anderen 2,4-GHz-Systemen durch ein spezielles Frequenzmanagement minimiert.
  • Die Reichweite innerhalb eines Hauses beträgt etwa 30 bis 50 Meter, wobei jeder Thread-fähige Knoten (Router oder Endgerät) als Repeater fungieren kann, um die Reichweite des Mesh-Netzwerks zu erhöhen.
  • Als Thread-Bridge können Geräte mit WLAN oder LAN-Anschluss verwendet werden, die Thread beherrschen. Aktuelle Appe TV zum Beispiel.
  • Die maximale Anzahl von Geräten beträgt 250 Stück.
  • Pro: Lange Batterielebensdauer, hohe Sicherheit durch Verschlüsselung und Authentifizierung, große Anzahl von Geräten – ideal für komplexe Smarthome-Umgebungen.
  • Contra: deutlich teurer als andere Smarthome-Protokolle

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

UWB

UWB ist die Abkürzung für „Ultra-Wideband“. UWB nutzt ein extrem breites Spektrum an Funkfrequenzen mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz und kann daher Daten mit sehr hoher Geschwindigkeit, aber nur über kurze Distanzen übertragen. Im Gegensatz zu herkömmlichen drahtlosen Übertragungstechnologien wie Wi-Fi und Bluetooth, die hauptsächlich auf der Übertragung von Signalen basieren, nutzt UWB Energieimpulse, um Informationen zu übertragen.

Ein Puls ist ein kurzer elektrischer Impuls. Ein Signal hingegen ist ein kontinuierliches elektrisches Signal, wie eine Sinuswelle, das Informationen oder Daten trägt. Dadurch kann UWB auch in störungsintensiven Umgebungen wie Industrieanlagen oder stark frequentierten Bereichen eingesetzt werden.

Hindernisse beeinträchtigen die Reichweite nicht, was ich persönlich als sehr gruselig und … diffus ungesund empfinde.

UWB-Geräte können radioastronomische Einrichtungen stören und die Beobachtung extraterrestrischer Objekte beeinträchtigen. Radioastronomen betrachten UWB-Dienste als eine der größten Bedrohungen für ihre Arbeit. Aber für ein bisschen Komfort sollten wir auch in Kauf nehmen können, wenn uns ein Meteorit auf den Kopf fällt, oder? Du fragst Dich, ob ich UWB nicht mag? Ach was?

  • Diese Technologie steht in direkter Konkurrenz zu NFC und Bluetooth, zu den möglichen Anwendungen von UWB gehören daher Dienste mit sehr hoher Datenrate über kurze Entfernungen. Insbesondere der Austausch von Videodaten zwischen Abspielgeräten und Monitoren/Fernsehern). Aber auch Bewegungsmelder durch Wände hindurch können mit UWB realisiert werden. Bekannt sind aber vor allem kostengünstige und energieeffiziente Tracker wie z.B. Apple Air Tags.
  • UWB hat in der Regel eine sehr geringe Latenzzeit, die im Nano- bis Mikrosekundenbereich liegt.
  • Der Energieverbrauch ist sehr niedrig.
  • Die Sicherheit ist hoch.
  • Der Frequenzbereich beträgt 3,1 – 10,6 GHz
  • Die Reichweite ist durch die Sendeleistung begrenzt, weniger durch Hindernisse. Sie kann bis zu 50 Meter betragen.
  • UWB hat keine begrenzte Anzahl von Clients.
  • Pro: Hohe Genauigkeit bei der Positionsbestimmung von Geräten, hohe Bandbreite, geringe Interferenzen und sehr geringe Latenzzeiten.
  • Contra: Massive Störung von Radioteleskopanwendungen.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

WLAN

WLAN (Wireless Local Area Network) ist eine Technologie zur drahtlosen Datenübertragung innerhalb eines Gebäudes oder einer Wohnung. Sie wird häufig in Smart-Home-Systemen verwendet, um Geräte und Sensoren über eine mobile Anwendung oder eine Smart-Home-Zentrale zu steuern und Daten auszutauschen.

  • Typische Anwendungen im Smarthome sind die Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage, Türschlössern und anderen Geräten, die Überwachung von Kameras und die Übertragung von Sensordaten.
  • Die Latenz ist die schlechteste im Vergleich, je nach Auslastung des WLANs.
  • WLAN wird in vielen verschiedenen Smarthome-Systemen verwendet, darunter Amazon Alexa und Google Home. Apple HomeKit, Samsung SmartThings und andere Systeme benötigen eine Bridge, um sich mit dem Heimnetzwerk zu verbinden.
  • Der Energieverbrauch von batteriebetriebenen WLAN-Geräten ist in der Regel gering, da sie meist mit einer C123-Batterie betrieben und nur dann aktiviert werden, wenn sie benötigt werden.
  • Die Sicherheit von WLAN-Systemen hängt von der Art der Verschlüsselung und der Passwortstärke ab. Es wird empfohlen, eine WPA2-Verschlüsselung und ein starkes Passwort zu verwenden, um Unbefugten den Zugang zum Netzwerk zu verwehren. Trotzdem ist die Sicherheit von WLAN eher im Mittelfeld angesiedelt.
  • 5 GHz WLAN oder WPA3 funktionieren mit den allermeisten Geräten nicht.
  • WLAN im Smarthome verwendet in der Regel Frequenzen im Bereich von 2,4 GHz.
  • Die Reichweite in Gebäuden hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Bausubstanz, der Anzahl der Wände und der Position des Routers. Im Allgemeinen beträgt die Reichweite in Innenräumen etwa 30 Meter, kann aber durch den Einsatz von Repeatern erhöht werden.
  • Die maximale Anzahl der Clients hängt von der Leistung des Routers ab.
  • Pro: Weit verbreitet und von vielen Geräten unterstützt. Einfach einzurichten und zu bedienen. Sehr hohe Datenübertragungsraten möglich.
  • Contra: Anfällig für Störungen durch andere elektronische Geräte. In Großstädten oder großen Mehrfamilienhäusern stören sich die WLANs gegenseitig. Kann leicht von Hackern angegriffen werden, wenn keine ausreichenden Sicherheitsvorkehrungen getroffen wurden. Die Reichweite kann durch die Bauweise des Gebäudes, Stahlbetondecken, Fußbodenheizungen oder Metallfolien beeinträchtigt werden. Dies gilt aber für alle Funknetzwerk-Technologien gleichermaßen.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

Zwave

Z-Wave ist eine proprietäre Funkschnittstelle, die hauptsächlich für die Automatisierung und Steuerung von Smarthome-Geräten verwendet wird.

  • Typische Smarthome-Anwendungen sind die Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage, Jalousien und Türen/Fenstern.
  • Die Latenz ist besser als bei WLAN aber schlechter als bei Zigbee
  • Z-Wave wird in vielen Smart-Home-Systemen eingesetzt, unter anderem in Smart-Home-Gateways und -Hubs von Herstellern wie Samsung SmartThings, Fibaro, HomeSeer und Vera.
  • Der Energieverbrauch von Z-Wave-Geräten ist in der Regel gering, da die meisten Geräte batteriebetrieben sind oder einen geringen Stromverbrauch haben.
  • Z-Wave bietet starke Verschlüsselung und Sicherheit durch die Verwendung von AES-128-Verschlüsselung.
  • Z-Wave arbeitet auf einer Frequenz von 908,4 MHz und hat eine reale Reichweite von bis zu 30 Metern in Gebäuden und bis zu 100 Metern im Freien.
  • Repeater sind möglich und erhöhen die Reichweite
  • Bis zu 232 Geräte können angeschlossen werden.
  • Pro: Einfache Installation und Konfiguration, große Auswahl an kompatiblen Geräten, geringer Stromverbrauch, starke Verschlüsselung.
  • Contra: Reichweite kann durch Hindernisse beeinträchtigt werden, kann teurer als andere Technologien, wie WLAN sein.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

Zigbee

Zigbee ist ein Funkprotokoll, das vor allem für die Kommunikation von Geräten im Smarthome eingesetzt wird.

  • Es wird hauptsächlich für die Steuerung von Beleuchtung, Thermostaten, Steckdosen, Sensoren und anderen Geräten verwendet.
  • Es hat eine geringere Latenz als WLAN und ZWave.
  • Zigbee wird in vielen Smarthome-Systemen wie Amazon Echo Plus, Samsung SmartThings und Phillips Hue, aber auch Tuya verwendet.
  • Der Energieverbrauch von Zigbee-Geräten ist gering, da sie in der Regel auf Batteriebetrieb ausgelegt sind.
  • Zigbee verwendet die 2,4-GHz-Frequenz, die auch von vielen anderen Funktechnologien wie WiFi und Bluetooth genutzt wird. Dies kann jedoch zu Interferenzen führen und die Reichweite beeinträchtigen.
  • Zigbee hat eine gute Reichweite in Gebäuden und ermöglicht den Einsatz von Repeatern, um die Abdeckung zu erhöhen.
  • Die maximale Anzahl der möglichen Clients variiert je nach Implementierung, aber in der Regel können mehrere Dutzend Geräte gleichzeitig verbunden sein.
  • Die Sicherheit und Verschlüsselung von Zigbee ist gut, aber es gibt einige bekannte Sicherheitslücken. Es gibt auch keine Standardverschlüsselung, sondern verschiedene Implementierungen.
  • Pro: Geringer Energieverbrauch und gute Sicherheit und Verschlüsselung. Kompatibilität mit vielen Smarthome-Systemen. Lange Batterielaufzeit. Günstig in der Anschaffung.
  • Contra: Reichweite kann durch Gebäudestrukturen eingeschränkt sein. Kann andere Geräte in der Umgebung stören, z. B. WLAN oder Bluetooth. Anzahl der möglichen Clients variiert je nach Zigbee-Profil. Schwierigkeiten bei der Installation und Konfiguration möglich.

Typische Hersteller von Geräten mit dieser Technologie sind unter vielen anderen:

Funksysteme im Vergleich

Technologie Reichweite (im Einfamilienhaus) Datenübertragungsrate Latenz (in ms) Sicherheit Energieverbrauch
433 MHz 30-100 Bis zu 10 kbs Bis zu 10 Sehr gering Niedrig
Bluetooth Bis zu 100 Bis zu 2 Mbps Bis zu 200 Mittel Niedrig
DECT-ULE Bis zu 300 Bis zu 120 kbs Bis zu 2 Mittel Mittel
EnOcean Bis zu 30 Bis zu 10 kbs Bis zu 5 Mittel Sehr niedrig
HomeMatic Bis zu 300 Bis zu 1 Mbps Bis zu 10 Mittel Mittel
KNX-RF Bis zu 400 Bis zu 125 kbs Bis zu 2 Hoch Niedrig
LTE-M Bis zu 15 km Bis zu 1 Mbps Bis zu 50 Hoch Mittel
Sigfox Bis zu 15 km Bis zu 140 bps Bis zu 10 Gering Sehr niedrig
Thread Bis zu 50 Bis zu 150 kbps Bis zu 100 Hoch Niedrig
UWB Bis zu 50 Bis zu 1.320 Mbps Bis zu 1 Hoch Niedrig
WLAN Bis zu 120 Bis zu 450 Mbps Bis zu 10 Mittel Mittel
Zigbee Bis zu 20-30 Bis zu 250 kbps Bis zu 5 Mittel Niedrig
Z-Wave Bis zu 100 Bis zu 40 kbps Bis zu 10 Mittel Niedrig

Bemerkung: Die Werte können je nach Umgebung und Anwendung variieren. Die Tabelle dient nur als allgemeiner Vergleich.

Geteilte Frequenzen

Folgende Systeme können sich ins Gehege kommen (UWB zählt nicht dazu):

433 MHz 433 MHz
Z-Wave 868 MHz
HomeMatic 868 MHz
KNX-RF 868 MHz
EnOcean 868 MHz

 

Sigfox 900 MHz
LTE-M 900 MHz

 

DECT-ULE 1,9 GHz

 

Zigbee 2,4 GHz
Bluetooth 2,4 GHz
Thread 2,4 GHz
WLAN 2,4 GHz

Kosten

Hier ist eine Liste nach Anschaffungskosten für verschiedene Smarthome Technologien, von den günstigsten bis zu den teuersten:

  1. 433MHz-Systeme – Sind am günstigsten, obwohl eine Bridge verwendet werden muss.
  2. Bluetooth – Sind oft günstig, da viele Geräte bereits über Bluetooth-Fähigkeiten verfügen und keine zusätzlichen Geräte benötigt werden.
  3. WLAN-Systeme sind ebenfalls kostengünstig, da viele Geräte bereits über WLAN-Fähigkeiten verfügen und keine zusätzlichen Geräte benötigt werden.
  4. UWB – ist bezahlbarer Kram und ist gerade auf dem Sprung in alles eingebaut zu werden, was Menschen gerne verlieren.
  5. Zigbee– Ist etwas teurer als Bluetooth- und WLAN-basierte Systeme, da ein spezieller Hub oder eine Bridge erforderlich ist, um die Geräte miteinander zu verbinden.
  6. Z-Wave – Ist ebenfalls etwas teurer als Bluetooth- und WLAN-basierte Systeme, da vor allem die Bridges recht teuer sind.
  7. Thread – Kam nie so richtig aus dem Quart und wurde nur von hochpreisigen Anbietern hergestellt. Deswegen sind die Preise recht hoch.
  8. DECT-ULE-Systeme sind noch teurer, da es nur wenige, meist hochpreisige Hersteller gibt.
  9. EnOcean – Sind teurer als DECT-ULE-basierte Systeme, da sie oft für professionelle Nischenanwendungen entwickelt werden.
  10. HomeMatic-Systeme sind teurer als EnOcean-basierte Systeme, da sie nur von einem Hersteller stammen und für den Einsatz in komplexen Gebäuden und Anwendungen optimiert sind.
  11. KNX-RF-Systeme sind mit weitem Abstand die teuersten der genannten Technologien, da sie für den Einsatz in gewerblichen und industriellen Anwendungen optimiert sind.

Bildnachweis

Bild von Peggy und Marco Lachmann-Anke auf Pixabay

2 Gedanken zu „Smarthome-FAQ: Übertragungsmedien“

  1. Wenn man z.B. einen Zigbee 3.0 USB-Stick im NUC stecken hat (bei mir mit Home Assistant) kann man auch das IKEA TRADFRI Gedöns benutzen. Es gibt Unmengen an smarten Kram auch Tasmota, Osram, Philips die mit dem Stick ansteuerbar sind. Hier ist ein Link dazu, eine feine Datenbank: https://zigbee.blakadder.com/
    Vorteil ist ja ganz klar das man nicht von jedem Hersteller ein Gateway kaufen muss, sondern nur den Stick braucht aber Ikea hat recht günstige Schalter, Lampen und Steckdosen die hervorragend funktionieren und die Geräte kommunizieren miteinander und erweitern das Netzwerk automatisch

    Antworten
    • Habe den Tipp unter den passenden Beitrag verschoben. 🙂
      Ich habe zwar einen Zigbee-Stick, aber keine passenden Geräte. Zufällig in der Bucht ein Angebot gesehen, das zu gut war. Haben ist besser als brauchen. 😉

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