Wie funktioniert Smart Home?
Ein umfassender Leitfaden
Ein Smart Home ist ein Wohnraum, der mit verschiedenen vernetzbaren Geräten ausgestattet ist. Zwar spricht man in vielen Quellen von intelligenten Geräten, doch der Begriff Intelligenz ist gerade in dieser Hinsicht eher schwierig zu nutzen. Die verschiedenen Geräte in einem Smart Home werden über eine zentrale Steuereinheit miteinander kombiniert, wodurch sich verschiedene Anwendungsszenarien ergeben. Die Palette von smarten Produkten reicht dabei von Lichtschaltern und Thermostaten bis hin zu komplexen Sicherheitssystemen.
Mit Ausnahme von Matter, ist die Funktionsweise eines Smart Homes dabei in der Regel immer identisch. Es gibt verschiedene Produkte, welche entweder alleine funktionsfähig sind oder mit einer sogenannten Bridge gekoppelt werden müssen. Klassische Beispiele von Geräten, welche allein funktionsfähig sein können, sind WLAN-Lampen. Sie benötigen lediglich eine Verbindung ins Internet und kommen ohne eine eigene Bridge aus. Produkte, welche eine Bridge voraussetzen, sind zum Beispiel Leuchtmittel von Signify (mit Ausnahme der Bluetooth-Versionen). Sie leuchten zwar auch ohne ihre Bridge, können dann jedoch nicht auf das gewünschte Ambiente angepasst werden.
Die Grundlagen: Wie funktioniert ein Smart Home?
Im weiteren Verlauf setzen wir uns nun mit den verschiedenen Aspekten in einem Smart Home auseinander. So können wir einen guten Überblick darüber bekomen, wie Smart Home funktioniert und welche Rolle dabei verschiedene Bridges und Systeme spielen.
Zentrale Steuereinheit
Die meisten Smart Homes verfügen über eine zentrale Steuereinheit, oft auch Hub genannt. Bekannte Beispiele sind Amazon Echo oder Google Home. Diese Hubs koordinieren die verschiedenen smarten Geräte im Haushalt. Dabei ist wichtig zu wissen, dass diese Hubs nur jene Geräte einbinden können, die über den gleichen Standard oder das gleiche Protokoll kommunizieren. Es ist demnach nicht möglich, dass du ein Gerät mit einer EnOcean-Verbindung mit einem Amazon Echo kombinierst, da dieser nicht über diese Art der Kommunikation verfügt. Es wäre jedoch aber denkbar, dass du eine Bridge als Vermittler einsetzt, welche dann wiederum mit dem Amazon Echo kommunizieren kann.
Im Laufe der Zeit entstehen so Insellösungen im Smart Home, welche zwar eigenständig ihre Aufgaben wahrnehmen, jedoch nicht untereinander kommunizieren können. Abhilfe kann dabei ein System wie ioBroker, OpenHAB oder Home Assistant schaffen, welches die ganzheitliche Kommunikation übernimmt und die einzelnen Insellösungen zentral zusammenführt. So entsteht die Möglichkeit, dass die Geräte indirekt miteinander kommunizieren und größere Anwendungsszenarien umsetzen können.
Vernetzung
Smart Home-Geräte kommunizieren meist über WLAN, Bluetooth oder spezielle Smart Home-Protokolle wie Zigbee und Z-Wave. Der Hersteller entscheidet hierbei, welches Protokoll er in seine Geräte einpflegt. In der Praxis (insbesondere bei Matter) richtet sich diese Entscheidung jedoch auch oft nach Rechenleistung der Geräte oder dem Bedarf am Markt. Ebenfalls zu unterscheiden ist in der Praxis meist, wie Hubs mit den einzelnen Geräten kommuniziert und wie der Hub wiederum mit anderen Geräten kommuniziert.
Am Beispiel von Signify wird deutlich, dass die Verbindung der Philips Hue Bridge mit den einzelnen Geräten über Zigbee verläuft, während die Bridge selbst mit anderen Geräten über Matter kommunizieren kann. Eine direkte Unterstützung von Matter bei den einzelnen Glühbirnen gibt es nicht. Kritiker führen deshalb an, dass sich so die einzelnen Insellösungen nicht auflösen können und wir auch in Zukunft mit diversen Geräten und Hubs in unserem Smart Home leben müssen. Zwar gibt es auch hier Alternativen (z. B. KNX), diese sind jedoch oftmals nicht für die Nachrüstung in einem Mietobjekt geeignet oder zumindest mit hohen Kosten beim Einbau und der Programmierung verbunden. Insbesondere die beiden letzten Aspekte sorgen daher dafür, dass Laien gerne zu Lösungen wie Mediola, Homepilot oder anderen greifen.
Steuerung
Die Steuerung erfolgt entweder direkt über die zentrale Einheit, eine Smartphone-App oder sogar per Sprachbefehl. Dabei ist zu unterscheiden, wie die Gesamtarchitektur des Smart Homes aufgebaut ist. Beim Betrieb von verschiedenen Insellösungen, musst du als Anwender üblicherweise zu verschiedenen Apps auf deinem Smartphone greifen. Übergreifende Lösungen (insbesondere ioBroker, Home Assistant, OpenHAB oder Mediola) bieten hingegen die Möglichkeit, verschiedene Insellösungen in ihr System zu integrieren, so dass du in der Theorie mit nur einer einzigen Anwendung auskommen kannst. In der Praxis hängt das jedoch davon ab, wie umfassend die jeweilige Integration ausgestaltet ist und ob die einzelnen Systeme über ausreichend Informationen verfügen.
Insbesondere der Aspekt Steuerung soll mit Matter in Zukunft anders gestaltet werden und dem Anwender noch mehr Möglichkeiten zur Steuerung seines Smart Homes geben. So können zum Beispiel verschiedene Apps eingesetzt werden, welche jedoch alle auf die gleichen Geräte zugreifen. Ebenfalls sollen Geräte direkt miteinander kommunizieren können, so dass das Smart Home dezentral arbeiten kann und zentrale Hubs eine geringere Rolle spielen. Das macht ein Smart Home insgesamt robuster und weniger anfällig für Fehler in einzelnen Logiken.
Technische Betrachtung eines Smart Homes
Blickt man auf das Smart Home mit einem technischen Blick, so kommunizieren Geräte fortlaufend über ihre Verbindungen zueinander. Diese werden in der Regel bei der Inbetriebnahme einmalig eingerichtet und stellen dann einen zuverlässigen Informationsfluss sicher. So kommuniziert beispielsweise ein Amazon Echo in regelmäßigen Abständen mit den unterschiedlichen Leuchtmitteln, um den aktuellen Zustand synchron zu halten. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass Geräte proaktiv über eine Veränderung ihres Zustands berichten.
Die Art und Weise der Kommunikation ist dabei üblich für IT-Systeme. So kommunizieren schon seit langer Zeit verschiedene Dienste und Geräte untereinander. Ein technisches Beispiel hierfür sind DNS-Server, welche für den Betrieb des Internets heutzutage essenziell sind. Im Kern kann man vereinfacht sagen, dass in einem Smart Home der gleiche Ablauf stattfindet, wobei das selbstverständlich eine sehr oberflächliche Betrachtung der Thematik ist.
Aus diesem Grund ist es für ein Smart Home essenziell, dass eine stabile Netzwerkverbindung vorliegt. Auf diese Art und Weise können die Geräte kontinuierlich untereinander kommunizieren und Informationen austauschen. Wie das Netzwerk dabei genau aufgebaut ist, hängt wiederum von der sogenannten Implementierung ab. So kommunizieren - wie bereits erwähnt - Leuchtmittel von Signify mit ihrem Hub über eine Zigbee-Verbindung, während der Amazon Echo mit dem Hub über eine Netzwerkverbindung (z. B. WLAN oder LAN) kommuniziert.
Die Logik eines Smart Homes
Im Rahmen von Smart Homes wird von Herstellern gerne der Begriff intelligent verwendet. So kommt es nicht selten vor, dass zum Beispiel Leuchtmittel als intelligent bezeichnet werden, was in der Praxis jedoch nicht zutreffend ist. Wie bei der genauen Aufschlüsselung der einzelnen Elemente im Smart Home deutlich wurde, setzen die einzelnen Geräte (z. B. Leuchtmittel) lediglich Steuerbefehle um, welche sie von anderer Stelle erhalten. Das bedeutet konkret, dass diese Geräte keine eigene Logik implementieren und somit nicht selbst entscheiden, wann sie welchen Zustand annehmen.
Korrekterweise kommen diese Steuerbefehle von einem Hub, wie zum Beispiel dem Amazon Echo. Dieser befolgt dabei entweder die Anweisung des Anwenders oder arbeitet vordefinierte Regeln zur Steuerung der einzelnen Geräte ab. So kann der Nutzer zum Beispiel festlegen, dass jeden Tag um 18 Uhr eine Lampe eingeschaltet werden soll. An diesem Beispiel wird deutlich, dass die Steuerbefehle aus dem Hub stammen und lediglich an die einzelnen Geräte weitergegeben werden. Wie komplex dabei die Logik ausgestaltet wird, hängt vom Anwender ab. Insbesondere mit Systemen wie ioBroker, OpenHAB, Home Assistant oder Mediola lassen sich komplexe Routinen erstellen, die vom Smart Home abgearbeitet werden. Dabei wird ein Trigger genutzt. Ein Trigger ist dabei ein Auslöser, welcher entweder auf Messwerten, Zeitpunkten oder Nutzereingaben basieren kann.
Ein Smart Home reagiert demnach immer auf Zustandsänderungen oder Befehle, agiert jedoch nicht selbstständig im eigentlichen Sinne. Denn zu einer eigenständigen Arbeitsweise benötigt das Smart Home eine Intelligenz, welche zum jetzigen Zeitpunkt in dieser Form noch nicht zur Verfügung steht. Zwar lassen sich einzelne Anwendungen aus dem Bereich der KI (Künstliche Intelligenz) mit dem Smart Home verbinden, jedoch sind die Fortschritte hier noch nicht so umfassend, wie man sich das möglicherweise vorstellt.
Fazit
Ein Smart Home kommuniziert kontinuierlich mit all seinen Geräten und behält Zustandsänderungen im Blick. Auf Basis dieser Veränderungen können Logiken eingebaut werden, die ein vordefiniertes Verhalten auslösen. So kann zum Beispiel eine Lampe basierend auf Zeit eingeschaltet oder der Rollladen anhand der Temperaturveränderung gesteuert werden. Die Kommunikation erfolgt dabei über mehrere Wege und es bedarf einigen Zwischenschritten bis zur schlussendlichen Ausführung. Setzt ein Anwender beispielsweise ein System wie ioBroker ein, so erhält ioBroker seine Informationen aus den einzelnen Geräten. Ein Trigger (Auslöser) reagiert dann auf die Veränderung eines Zustands und löst anhand einer vordefinierten Regel weitere Aktionen aus.
Eine solche Aktion kann zum Beispiel sein, dass ein anderer Hub mit einem Steuerbefehl zu einer Aufgabe bewogen wird. Dieser Hub wiederum gibt den erhaltenen Steuerbefehl (welcher aus seiner Sicht wieder ein Trigger ist) an die gewünschten Geräte weiter. Das Gerät wiederum meldet seinen Zustand zurück (oder der Hub fragt den Status ab). Diese Information wird dann wiederum von einem System wie ioBroker abgerufen und entsprechend notiert. So hält das Smart Home seine gesamten Zustände synchron und erlaubt es, wiederum auf diese Veränderung zu reagieren.
Anders als oft gedacht, agiert ein Smart Home demnach nicht wirklich eigenständig. Es trifft keine eigenständigen Entscheidungen, wie sie von einem Menschen getroffen werden können. Hinter den einzelnen Abläufen stecken immer feste Regeln, die auf Basis der vorliegenden Daten befolgt werden.
Weiterführende Ressourcen
- Was ist ein Smart Home, Gira
- So funktioniert Smart Home, intelligent modernisieren
- Wie kommuniziert ein Smart Home, Haustechnik verstehen
by Lukas