Netzwerk im Smart Home

Das heimische Netzwerk ist die Basis für ein Smart Home: Ein Router für WLAN oder Powerline über die Stromleitung sorgen für eine stabile Verbindung. Heimische NAS-Speicher oder Cloud-Speicher für die notwendige Datensicherheit.

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Willkommen im Internet der Dinge

Netzwerke kennen wir in erster Linie von Büros und Arbeitsplätzen, die über PCs verbunden sind und auf einen gemeinsamen Server zurückgreifen - Firmennetzwerke. Der Grund für den Aufbau solcher Netze liegt darin, dass durch eine Zusammenarbeit auch der Bedarf eines Datenaustauschs entsteht. Der Austausch von Informationen ist der Grundgedanke eines Netzwerks. Um das zu ermöglichen werden definierte Kommunikationsrichtlinien entwickelt, die definieren, wie dieser Austausch aussehen muss: Die sogenannten Netzwerk-Protokolle. Bekanntestes Beispiel für ein Netzwerk ist das Internet – Die Vernetzung des privaten PC mit der ganzen Welt. Schon vor der Verbreitung des Internet gab es Ansätze, dem Haus ein Datennetz zu verpassen. Smarte Netzwerktechnik in Verbindung mit WLAN macht es jetzt jedem möglich.

Eine Frage der Verbindung

Die Idee das Haus mit einem Datennetzwerk auszustatten, durch das Befehle an Geräte geschickt werden können, gab es schon in 70er Jahren. Zunächst nutzte man die vorhandenen Stromleitungen z.B. mit x10 Powerline, dann stattete man das Haus mit einem Bussystem wie den EIB Bus (heute: KNX Bussystem) aus. Wie ein Computer wird das Haus bei Neubau oder Sanierung mit den Bus-Datenleitungen ausgestattet, die flexibel im Haus verlegt werden können. In den 90er Jahren traten dann Funkprotokolle auf den Plan. Über verschiedene Funkwellen wie die 433 MHz Frequenz konnte man Befehle drahtlos an Haushaltsgeräte senden, sodass das Nachrüsten auf smarte Technik wesentlich leichter war. Das Problem: Man bekam keine Bestätigung über die Ausführung der Befehle. Außerdem waren Steuerungscomputer, über die man die Hausautomation steuern musste, unhandlich und teuer. So richtig setzte sich das Smart Home deshalb erst mit zwei Erfindungen durch: Das Smartphone als Steuerelement und bidirektionale Funkprotokolle, darunter WLAN, Bluetooth und Z-Wave, die nun auch ein Feedback zurücksenden können.

Smart Home: Die Tochter vom Internet der Dinge

Heutzutage ist durch das Internet nicht nur der heimische Computer vernetzbar, sondern nahezu jedes Gerät. Das Stichwort heißt: „Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“ (IoT). Smart Home ist ein Teilbereich vom IoT. Das Internet der Dinge zeichnet sich durch ein Netzwerk von Geräten aus, die untereinander Informationen austauschen. Das Netzwerk bildet also die Infrastruktur für die Daten – so wie die Autobahn für Autos. Ein Hauptmerkmal smarter Geräte ist die Fähigkeit Daten bzw. Informationen mit anderen Geräten austauschen zu können; darunter Messdaten, Steuerdaten und Anwendungsdaten. Das IoT findet auch in der Industrie, z.B. bei der Steuerung von Fabrikabläufen, Anwendung. Im Smart Home sind die häufigsten Einsatzfelder die Sicherheit, Energieeffizienz und Unterhaltung. Die Vernetzung kann als das Rückgrat des Smart Home angesehen werden – erst durch Netzwerktechnik sind die einzelnen Geräte richtig „smart“ geworden. Auch wenn das Funkprotokoll WLAN in fast jedem Haushalt vorhanden ist, kommt das Smart Home aber so gut wie nie ohne weitere Funkstandards aus, die speziell an die Bedürfnisse des Smart Home angepasst sind. Z-Wave und ZigBee, Loxone Air oder EnOcean arbeiten beispielsweise wesentlich energieeffizienter als WLAN.

Wie ist das Smart Home aufgebaut?

Das Smart Home Netzwerk besteht aus drei wesentlichen Elementen: 1. Die IoT-Endgeräte, die Informationen senden und empfangen. 2. Die Basisstation des Smart Home Systems (auch: Hub, Gateway oder Bridge), die die unterschiedlichen Funksignale der IoT-Endgeräte in WLAN übersetzt und sie mit dem Eingabegerät, zum Beispiel Smartphone oder Tablet, verbindet. 3. die beschriebenen Medien der Datenübertragung, also Kabel- oder Funknetze. Die Struktur des Smart Home Netzwerks kann unterschiedlich aufgebaut sein, meist ist es sternförmig oder dezentral aufgebaut. Funkprotolle wie WLAN und Bluetooth sind bisher nur darauf ausgelegt, sternförmig zu funken, also immer von der Basisstation (Router) zu den einzelnen verbundenen Geräten und wieder zurück. ZigBee und Z-Wave können auch dezentral funken und ein sogenanntes Meshnetzwerk bilden. Hier werden die IoT-Geräte mit Stromanschluss selbst zur Bridge und können das Funksignal ohne den Umweg über die Basisstation an andere Netzwerkgeräte senden. Durch ihre Effizienz gelten Mesh-Systeme als die optimale Grundlage für das vernetzte Haus der Zukunft.