Was macht ein Smart Home aus? Ein Leitfaden zu Protokollen und Anwendungen

Dies ist eine Zusammenfassung eines Artikels aus einer fünfteiligen Serie über die Technologien, die das IoT ermöglichen. Der vollständige Artikel kann unter wevolver.com eingesehen werden.

Einführung

Dank des technischen Fortschritts hat sich die Definition des Begriffs „Smart Home“ mit zunehmenden Anwendungen und Kapazitäten weiterentwickelt. Was jedoch gleich geblieben ist, ist die Tatsache, dass intelligente Häuser aus mehreren Systemen bestehen, die zusammenarbeiten, um das Zuhause automatisiert, komfortabel und stressfrei zu machen.

In jüngster Zeit hat das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) den Wandel der Smart-Home-Systeme entscheidend vorangetrieben. Das Internet der Dinge (IoT) kam mit dem Versprechen, dass wir Elemente und Objekte in unserer Umgebung mit dem Internet verbinden können. Dies hat zu einem enormen und dynamischen Wandel in vielen Sektoren/Industrien geführt, darunter auch im Bereich Smart Home. Dank des IoT können Smart-Home-Geräte, die bisher nur untereinander und innerhalb der eigenen vier Wände Daten austauschten, nun Daten über das Internet austauschen. Das erlaubt Smart-Home-Nutzern die Echtzeit-Interaktion ihrem Haus und ihrer Infrastruktur, egal, wo sie sich befinden. Dadurch wurden Smart-Home-Lösungen „intelligenter“ und ein Weg für verschiedene neue Anwendungen wurde geebnet, die Cloud Computing und maschinelles Lernen/KI (Künstliche Intelligenz) nutzen, um Daten zu verarbeiten, Szenarien in Echtzeit zu bewerten und intelligente Entscheidungen jenseits der typischen vorprogrammierten Logik zu treffen. Diese Potenziale werden genutzt und haben zur Entstehung mehrerer neuer Smart-Home-Geräte und -Lösungen geführt.

Die wichtigste Voraussetzung für Smart-Home-Systeme und den Weg zur IoT-Fähigkeit sind die Kommunikationsprotokolle. Sie stellen die Infrastruktur bereit und diktieren die Bedingungen, unter denen Geräte kommunizieren, um Dinge im Haushalt zu automatisieren. Dieser Artikel bietet einen Leitfaden zu den Kommunikationsprotokollen und -standards, die die aktuellen Trends im Smart Home ermöglichen.

Smart-Home-Kommunikationsprotokolle

Smart-Home-Anwendungen basieren auf der Fähigkeit mehrerer Geräte, Sensoren, Stellantriebe usw., miteinander zu kommunizieren. Vom Thermostat, der mit der Klimaanlage spricht, um die Temperatur im Haus zu regulieren, bis hin zu Bewegungssensoren, die das Licht in einem leeren Raum ausschalten. Damit werden Kommunikationsprotokolle zu einem integralen Bestandteil von Smart-Home-Anwendungen. Aufgrund der unterschiedlichen Merkmale, Fähigkeiten, Betriebsarten und Anforderungen nutzen Hersteller jedoch verschiedene Kommunikationsprotokolle für unterschiedliche Anwendungen. Einige der beliebtesten Smart-Home-Kommunikationsprotokolle sind folgende:

1. WiFi

2. ZigBee

3. Z-Wave

4. BLE

5. Matter

Planung von Smart-Home-Lösungen:

Verstehen der Beziehung zwischen Kommunikationsprotokollen und IoT-Smart-Home-Anwendung

Während triviale Faktoren wie die Präferenz des Herstellers (der Wunsch, eine Produktlinie mit demselben Protokoll zu schaffen usw.) manchmal zum Entscheidungsprozess beitragen, wird die Wahl eines Kommunikationsprotokolls für Smart-Home-Systeme letztlich immer von den Anforderungen der Anwendung diktiert. Einige der Merkmale der Anwendung, die die verwendeten Protokolle bestimmen, sind:

1. Datenmenge

2. Leistung

3. Betriebszyklus

4. Plattform-Kompatibilität

5. Kosten

Alles zusammenführen: Smart-Home-Hubs und Mehrprotokoll-Hubs/Gateways

Mehrere Smart-Home-Geräte, die über verschiedene Anwendungen im Haus verteilt sind, werden schnell zu einer großen Herausforderung. Unterschiedliche Steuerungen/Schnittstellen für jede Anwendung ermüden den Benutzer und verhindern die Synchronisierung, die zwischen den Smart Home-Anwendungen bestehen sollte, um das Haus wirklich intelligent und autonom zu machen.

Um dieses Problem zu lösen, wurden Smart-Home-Hubs entwickelt. Smart-Home-Hubs (Brücken oder Gateways) sind Hardware-Geräte, mit denen Benutzer ihre Smart-Home-Geräte vereinheitlichen können, so dass sie über eine einzige Schnittstelle gesteuert werden können.

Neben der Möglichkeit, über eine einzige Schnittstelle auf mehrere Geräte/Anwendungen zuzugreifen, erlauben Hubs den Nutzern, Beziehungen und Interaktionen zwischen diesen Geräten/Anwendungen herzustellen. Bei Geräten, die auf Protokollen basieren, die nicht IP-basiert sind, werden manchmal Hubs verwendet, um Daten von den Geräten ins Internet zu bringen (und umgekehrt).

Das Vorhandensein von Hubs machte jedoch auch die Probleme der Interoperabilität deutlich, die bei Smart-Home-Systemen aufgrund der verschiedenen Protokolle bestehen. Wenn Sie beispielsweise einige ZigBee-basierte Smart-Home-Geräte mit einem ZigBee-basierten Hub erwerben, dürfen Sie sich nicht in eine Reihe anderer Geräte/Anwendungen verlieben, die auf einem anderen Protokoll als ZigBee basieren, es sei denn, Sie planen, einen weiteren Hub zu erwerben, der auf diesem Protokoll basiert, oder diese Geräte/Anwendungen als eigenständige Geräte zu betreiben.

Mehrprotokoll-Hubs/Gateways wie der Smartthings-Hub und der Wink-Hub 2 von Samsung, die es den Nutzern gestatten, Geräte auf der Grundlage mehrerer Protokolle wie ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi usw. miteinander zu verbinden, bieten eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, haben aber einen höheren Preis, der die Nutzer zusätzlich belastet und die Einführung von Smart-Home-Lösungen behindert.

Die Herausforderungen im Bereich der Interoperabilität und ihre Auswirkungen auf die Einführung von Smart Home machen eine Vereinheitlichung der Protokolle/Standards erforderlich, und hier kommt ein Protokoll/Standard wie Matter ins Spiel.

Matter: Warum es wichtig ist

Laut einer von Google und Accenture im Jahr 2020 durchgeführten Studie ist eines der Haupthindernisse für die Einführung von Smart-Home-Lösungen die mangelnde Interoperabilität zwischen diesen Lösungen. Laut dem Bericht, der sich auf den asiatisch-pazifischen Raum konzentrierte, „kaufen die Verbraucher entweder keine Geräte, weil sie sie nicht verstehen, oder sie nutzen sie nicht in vollem Umfang. In vielen Haushalten sind die Geräte weitgehend voneinander getrennt, was bedeutet, dass der Betrieb nicht so nahtlos ist und ihre intelligenten Funktionen nicht voll genutzt werden.“ Dieses Problem ist allen klar, und die Anbieter/Hersteller von Smart-Home-Lösungen haben im Laufe der Zeit versucht, einen einheitlichen Standard/ein gemeinsames Protokoll zu schaffen, indem sie sich zu Bündnissen zusammenschlossen. Ein gutes Beispiel dafür ist die ZigBee Alliance.

Es wurden zwar zahlreiche Fortschritte erzielt, aber die grundlegenden Probleme mit einigen der Protokolle, auf denen die Bündnisse aufgebaut waren, haben ihre Lebensfähigkeit eingeschränkt und verhindert, dass diese Bündnisse ihr wahres Potenzial ausschöpfen konnten.

Hier kommt Matter ins Spiel, ein Kommunikationsstandard, der auf Einfachheit, Sicherheit und die Art von Eleganz ausgelegt ist, die erforderlich ist, um die wirkliche Intelligenz und Vernetzung von Gebäuden zu erreichen.

Matter erfüllt alle Kriterien, die die bisherigen Bündnisse und Standards nicht erfüllen.

Abgesehen davon, dass es sich um ein Protokoll handelt, das von den wichtigsten Akteuren der Smart-Home-Branche unterstützt und mitentwickelt wird (eine seltene Leistung), ist Matter für die Zukunft von IoT-basierten Smart-Home-Systemen aufgrund seiner offenen Natur und IP-basierten Architektur, die jedem Gerät eine eindeutige Adresse zuweist, äußerst wichtig. Diese beiden Faktoren würden die Komplexität bei der Einführung von Lösungen verringern und Fragen der Sicherheit und des Datenschutzes angehen, wobei die solide Arbeit, die bereits für andere IP-basierte Protokolle geleistet wurde, genutzt werden könnte.

Fazit

Smart-Home-Systeme werden durch die Anwendungen definiert, und da die Technologie weiter voranschreitet, insbesondere mit dem Metaverse, werden sich die Anwendungen und Fähigkeiten weiterentwickeln und komplexer ausfallen. Die Kommunikationsprotokolle werden bei diesen Veränderungen weiterhin eine wesentliche Rolle spielen und müssen sich daher ebenfalls weiterentwickeln. Der Bedarf an einem wirklich integrierten Smart-Home-Erlebnis wird zunehmen, und je mehr Haushaltsgeräte mit dem Internet verbunden sind, desto größer werden die Bedenken hinsichtlich Sicherheit, Datenschutz, Energieeffizienz usw. sein. Für ein echtes, integriertes Smart-Home-Erlebnis müssen daher Protokolle zum Einsatz kommen, die das gesamte verfügbare Wissen für die Sicherheit nutzen und ein hohes Maß an Datenschutz, eine einfachere Inbetriebnahme sowie eine verbesserte Interoperabilität ermöglichen.

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