Das sind die wichtigsten Smart-Home-Standards

Das digitale Schließsystem von KIWI gehört genau genommen zwar in den Bereich Smart Building, weniger in den Bereich Smart Home. Doch die Wichtigkeit von technischen Standards gilt für beide Kategorien gleichermaßen.

Ohne die Möglichkeit, die zahlreichen Lösungen miteinander zu verbinden, droht ein Verwaltungsaufwand, der sich gewaschen hat: Jede Applikation muss einzeln gesteuert, gewartet und mit eigenen Daten gefüttert werden. Unter Umständen wird für jedes System sogar ein eigener IT-Fachmann für Wartung und Problembehebung benötigt – der eigentliche Vorteil der Digitalisierung wird schnell zu einem handfesten Nachteil. 

Ohne einheitliche Standards – oder offene digitale Schnittstellen (API) – kommt für Wohnungsunternehmen einiges zusammen. Was das in der Praxis bedeutet und welche Standards aktuell weit verbreitet sind, lesen Sie in diesem Beitrag.

Smart-Home-Standards im Vergleich – Geschlossene und offene Systeme

Systeme zur Hausautomatisierung lassen sich in offene und geschlossene Systeme unterscheiden. Was das genau bedeutet, wie sich beide Systeme voneinander unterscheiden und welche Vor- bzw. Nachteile sich aus dem jeweiligen System ergeben, erfahren Sie hier.

Offene Systeme

Smart-Home-Systeme mit offenen Standards sind Systeme, die für jeden frei verfügbare Protokolle verwenden. Man könnte hier sagen, dass viele unterschiedliche Geräte die gleiche Signal-Sprache sprechen. Der Vorteil bei offenen Systemen liegt in der flexiblen Gestaltung der Gerätekomponenten. Geräte unterschiedlicher Hersteller können so miteinander kommunizieren und sind über eine Plattform steuerbar. Das bedeutet eine einfache Bedienung für den Endverbraucher.

Diese Verknüpfung wird als Interoperabilität bezeichnet. Sie ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg von Smart-Home-Anwendungen. Auf der einen Seite bietet sich hier dem Nutzer eine gewisse Freiheit bei der Auswahl der Geräte. Auf der anderen Seite können aber Probleme bei der Kommunikation von Steuermodul und Einzelgerät auftreten, da diese nicht aus einer Hand kommen und eventuell nicht optimal aufeinander abgestimmt sind.

Geschlossene Systeme

Smart-Home-Systeme mit geschlossenen Standards sind wiederum Systeme, die geheime oder proprietäre (also nur auf bestimmten Systemen nutzbare) Protokolle verwenden. Sie werden oft von nur einem Unternehmen entwickelt und verwendet. Diese Systeme sind dann häufig nicht mit Geräten anderer Hersteller kompatibel. Man könnte hier sagen, dass die Geräte unterschiedlicher Hersteller verschiedene Sprachen sprechen und sich gegenseitig nicht verstehen.

Wer sich also für ein geschlossenes System entscheidet, ist daher einerseits bei der Auswahl der Geräte eingeschränkt. Andererseits sind die verwendeten Smart-Home-Standards optimal aufeinander abgestimmt. Sie kommunizieren und funktionieren perfekt untereinander, da sie vom selben Hersteller stammen.

Lesen Sie hierzu auch den Beitrag über offene APIs (Schnittstellen).

Offene versus geschlossene Systeme – Der Vergleich

Geschlossene Systeme sind vom Prinzip ähnlich wie Apple-Produkte: Wer Telefon, Laptop und Tablet von diesem Anbieter nutzt, kann ohne Weiteres Daten zwischen den Geräten austauschen und ist an die einheitliche Bedienung gewöhnt. Offene Systeme sind vergleichbar mit dem Android-System von Google, welches von vielen verschiedenen Smartphone-Herstellern verwendet wird. Die Auswahl an Geräten und Anbietern ist zwar größer, die Recherche bei der Auswahl eines Produktes ist allerdings zeitintensiver und bei Problemen gibt es unterschiedliche Ansprechpartner. Deswegen sollte bei der Entscheidung zwischen einem geschlossenen oder offenen System genau abgewogen werden, welche Art von System am besten zu den Anforderungen passt.

Smart-Home-Standards bzw. -Protokolle im Überblick

Smart-Home-Standards als solche gibt es zwar nicht, doch gibt es standardisierte Protokolle zur Datenübertragung, die von mehreren Systemen genutzt werden. Dies sind Kommunikationsprotokolle für den Austausch von Daten. Man kann sagen: Geräte, die das gleiche Protokoll nutzen, sprechen die gleiche Sprache.

Zudem kommen verschiedene Funkstandards zum Einsatz, offene und geschlossene, mit unterschiedlichen Übertragungswegen und unterschiedlicher Verbreitung.

Funkstandard	Typ	Übertragungsweg	Verbreitung
WLAN	offen	Funk	hoch
Bluetooth LE	offen	Funk	hoch
LTE-M	offen	Funk	gering
NB-IoT	offen	Funk	gering
SigFox	offen	Funk	mittel
LORA	teilweise offen	Funk	mittel
UWB	offen	Funk	sehr gering

(Anmerkung: Mobilfunkstandards sind mitunter nur teilweise offen, damit z. B. Software-Entwickler oder auch Hardware-Hersteller [z. B. Modem-Hersteller] wissen, wie sie ihre Lösungen kompatibel herstellen können.)

Offen – Funk

Die verschiedenen Smart-Home-Standards lassen sich den einzelnen offenen oder geschlossenen Systemen zuordnen. Unter den offenen Technologien zur Vernetzung von Geräten im Smart Home sind vor allem die Funkstandards WLAN und Bluetooth zu nennen. WLAN ist die bekannteste Technologie für kabellose Datenübertragung und fast schon zu einem Synonym für das Internet geworden.

Bluetooth bzw. Bluetooth Low Energy (BLE) hingegen findet viel Verwendung bei der Verknüpfung von Smartphone und z. B. Freisprechgeräten oder mobilen Lautsprechern. Beide Funkstandards gehören zu den Smart-Home-Standards, jedoch sind sie in diesem Bereich noch nicht so verbreitet, weil sie nur einzelne Geräte statt Systeme einbinden. Es werden aber mehr und mehr Produkte für den Smart-Home-Bereich über WLAN vernetzt.

LTE-M ist Teil der 4G-Serie von Mobilfunkverbindungen. Sie kann in bereits existierende LTE-Basisstationen mit Hilfe eines einfachen Firmware Updates eingesetzt werden. Die Technik wurde zwar nicht speziell für loT-Anwendungen konzipiert (IoT = Internet of Things), da sie aber existierende Infrastruktur verwendet, ist das Einführen des Standards sehr einfach. Typische Geräte kommen aus dem mittleren Leistungsbereich, wie z. B. ein kleiner Ventilator. LTE-M wird von den großen Funkzellenherstellern wie z. B. Qualcomm und Huawei unterstützt. Nahezu alle Modemhersteller haben Produkte im Sortiment, die LTE-M unterstützen. Darunter sind allerdings nur wenige bis keine Smart-Home-Geräte.

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Während LTE-M gut für die Übertragung von kleinen Datenpaketen in Echtzeit geeignet ist (z. B. für digitale Schließanlagen) kommt der NB-IoT-Standard (Narrow Band – Internet of Things) für all jene Anwendungen infrage, bei denen die Datenmengen ebenfalls nicht groß sind, zugleich aber der Zeitfaktor keine große Rolle spielt. Der Vorteil bei diesem Funkstandard ist der extrem niedrige Energieverbrauch bei weniger Störsignalen als zum Beispiel bei LoRa (siehe weiter unten im Text). Mit einer Batterie können die Module 10 bis 20 Jahre betrieben werden. Hinzu kommt, dass es neben bestehenden 2G- und LTE-Netzwerken betrieben werden kann, da es nur eine Bandbreite von 200 kHz benötigt. Ein weiteres sinnvolles Einsatzgebiet ist Smart Metering (s. a. Smart Meter), da Strom- und Wasserzähler häufig in Kellern untergebracht sind. Die Verbreitung ist derzeit noch gering. Während die Verbreitung von LTE-M in Europa in den letzten Jahren vorangeschritten ist, stagnierte die Verbreitung von NB-IoT. In den USA ist es hingegen genau umgekehrt.

SigFox bietet extrem niedrige Bandbreiten für Geräte die Einwege-Kommunikation (zukünftig Zweiwege-Kommunikation) haben und eine geringe Datenmenge senden. Sigfox ist ein klassisches Beispiel für ein LPWA-Netzwerk (Low Power Wide Area). Typische Daten sind z. B. Zählerablesungen oder das Nachverfolgen von Geräten wie bspw. Alarmanlagen.

LORA ist eine Technologie, die eine adaptive Modulation anbietet, um die Reichweite zu erhöhen. Wenn Geräte in der Nähe von einem LORA-Zugang sind, können sie von mittleren Bandbreiten profitieren und transportieren Zwei-Wege-Verbindungen. Je weiter sich die Geräte von dem LORA-Zugang entfernen, verlieren sie auch an Bandbreite bis die Verbindung ähnlich der von SigFox ist. Diese Verbindungstechnologie wird von Semtech bereitgestellt. LORA wird von den Technikschwergewichten Cisco und IBM unterstützt.

Geschlossen – Kabelgebunden

Auch bei den proprietären Technologien gibt es eine Lösung, die über die Stromleitung Daten verschickt. Diese Lösung heißt LCN (Local Control Network). Dieses System wurde erstmalig 1992 vorgestellt und wird seit 1993 serienmäßig produziert.

Smart Home Protokolle

Mittlerweile ist eine Vielzahl von Protokollen auf dem Markt, die konkret für den Einsatz im Bereich Smart Home bzw. Home Automation konzipiert wurden.

Protokoll	Typ	Übertragungsweg	Verbreitung
enocean	Offen	Funk	Gering
ZigBee	Offen	Funk	Hoch
Z-Wave	Offen	Funk	Sehr hoch
HomeMatic	Offen	Funk	Gering
6LOWPAN	Offen	Funk	Mittel
KNX	Offen	Funk, Kabelgebunden	Hoch

Offen – Funk

Die enocean Technologie ist ein Smart-Home-Standard, der sich in einem Punkt stark von den anderen Technologien unterscheidet. Der enocean-Funkstandard benutzt das Prinzip des „energy harvesting“, wodurch die Sensoren und Schalter keine Energiequelle wie Akkus oder Batterien benötigen. Die Technologie verbraucht für das Senden von Signalen nur kleinste Mengen von Energie. Diese Energie erzeugen Solarzellen oder Energiewandler, die aus Bewegungsenergie elektrischen Strom erzeugen. Da keine Batterien verwendet werden müssen, ist diese Technologie besonders wartungsarm.

Ein weiterer Funkstandard in der Hausautomation ist die ZigBee Technologie. Sie wurde von einem Verbund verschiedener Unternehmen entwickelt und ist auf kurze Reichweiten von 10-100 Metern spezialisiert, wodurch sie sich sehr gut für Hausautomatisierung eignet. Im Gegensatz zu Bluetooth-Verbindungen beispielsweise ist ein ZigBee-Netzwerk auch aus der Ferne über das Internet ansprechbar. Philips Hue, Osram Lightify und über 2000 weitere Produkte nutzen bereits diesen Standard.

Die größte Verbreitung unter den Funkstandards in der Hausautomatisierung ist die Z-Wave-Technologie. Sie wurde 2001 von dänischen Ingenieuren entwickelt und ist mit mehr als 1400 zertifizierten Produkten die weltweit größte Systemplattform interoperabler funkbasierter Produkte.

Innerhalb der Hausautomation ist der HomeMatic-Funkstandard für Smart-Home-Systeme weit verbreitet. Er wird u. a. von Qivicon, der Smart-Home-Lösung der Telekom, genutzt. Mit Qivicon lässt sich Schritt für Schritt das eigene Zuhause in ein Smart Home umwandeln. Weitere Funkstandards lassen sich hier auch nachträglich integrieren.

6LoWPAN ist ein Standard zur Datenübertragung per Funk, der sich vor allem durch seinen niedrigen Energieverbrauch auszeichnet. Er wurde speziell für kleine Geräte mit niedrigem Stromverbrauch entwickelt, die auch Teil des IoT werden sollten. KIWI nutzt u. a. diesen Standard mit 868 Mhz für den digitalen Türzugang.

Offen – Funk, Kabelgebunden

Der Smart-Home-Standard KNX zählt auch zu den offenen Systemen und ist eine Technologie, die in Variationen sowohl per Funk als auch kabelgebunden Daten übermittelt. Sie ist eher für kurze Strecken geeignet und hat eine Reichweite von ca. 20 Metern.

So funktioniert die Zutrittskontrolle bei KIWI

Für die Transponder nutzt KIWI zwei Systeme: RFID (Radio Frequency Identification) und NFC (Near Field Communication). Die verwendeten Protokolle gewährleisten in beiden Fällen, dass die Türen auch wirklich nur mit jenen Transpondern geöffnet werden können, die dafür freigeschaltet wurden. Für RFID wird bei KIWI ein selbst entwickeltes proprietäres Protokoll genutzt, das mittlerweile patentiert ist; für NFC kommt ein proprietäres, nicht-offenes Protokoll von Mifare zum Einsatz.

Bei der RFID-Technologie kommunizieren die Transponder mit den KIWI-Sensoren der Türen auf einer Frequenz von 2,4 GHz und stellen eine zweifelsfreie Identifizierung sicher. Das System gewährleistet also, dass die Türen ausschließlich mit Transpondern geöffnet werden können, die dafür auch freigeschaltet wurden. Zudem sorgt RFID für die Standortbestimmung: Die Transponder funktionieren nur, wenn sich der KIWI-Nutzer mit dem Gerät direkt vor der Tür befindet – ein Öffnen aus der Ferne wird aus Sicherheitsgründen verhindert. Der größtmögliche Abstand beträgt etwa 15 Meter.

Die NFC-Technologie funktioniert ähnlich und nutzt im Fall von KIWI den Standard Mifare DESFire EV2 bzw. EV3 bei neueren Transpondern. Dieser Standard ist ausgesprochen sicher und wird für die Übertragung von sensiblen Daten wie zum Beispiel bei Bankkarten und elektronischen Reisepässen genutzt. Einen KIWI Transponder zu kopieren, ist damit unmöglich. Im Gegensatz zu RFID ist NFC ein passives System. Das bedeutet, dass der Transponder für die Nutzung des NFC-Systems keine eigene Stromquelle benötigt wie bei RFID, wo die Batterie des Transponders der Stromlieferant ist. Bei NFC wird die Energie von der Türklinke bzw. dem Türknauf geliefert, vor die der Transponder gehalten wird.

Ob NFC oder RFID zum Einsatz kommt, hängt davon ab, in welcher Form der Transponder genutzt wird. RFID wird beim Klick auf den KIWI Transponder und beim berührungslosen Öffnen verwendet, NFC beim Entriegeln der Tür durch das Anhalten des Transponders an die Türklinke bzw. den Türknauf.

Die NFC-Technologie kommt bei KIWI an Wohnungstüren zum Einsatz, RFID sowohl an Wohnungstüren als auch an weiteren Türen im Innenbereich (z. B. Flur- und Kellertüren) sowie Hauseingangstüren und Schranken.

Medium	Methode	Verbindungsart	Bedienung
KIWI Transponder	Handsfree-Modus: Berührungsloses Türöffnen	RFID	Radius von ca. 3 Metern um die Tür
KIWI Transponder	Button des Transponders drücken	RFID	Radius von ca. 3 Metern um die Tür
KIWI Transponder	Transponder vor Smart Lock halten	NFC	direkt an der Tür
KIWI App	Mobilfunk	Mobiles Internet	vor Ort oder aus der Ferne
KIWI Portal	WLAN	Internet	aus der Ferne

Zusätzlich werden KIWI-Gateways etwa alle 100 Meter angebracht, um ein stadtweites Netzwerk aufzubauen. KIWI-Gateways kommunizieren über einen Mobilfunkmast mit dem Cloud-basierten KIWI-Servern. Die wiederum schicken Signale an die verbauten Schlösser sowie die (mobilen) Endgeräte der KIWI-Nutzer.

Diese Infrastruktur ist entscheidend, um alle Türen sicher miteinander zu vernetzen und Zutrittsrechte in Echtzeit zu managen. Hierbei wird größter Wert auf Sicherheit und Datenschutz gelegt. Das Netzwerk von KIWI zeichnet sich durch eine geringe Latenz bei gleichzeitig weiter Reichweite aus. Zusätzlich ist es ein robustes Netzwerk, welches gegen Angriffe sehr gut geschützt ist. In Zukunft soll die Infrastruktur auch für Drittanbieter geöffnet werden, die mit weiteren Services die Städte der Zukunft noch smarter machen können. Die Integration von KIWI in andere Plattformen ist ebenfalls einfach über die KIWI API-Schnittstelle möglich.

Interoperabilität: Gemeinsam Herausforderungen meistern

Interoperabilität, also die Verknüpfung einzelner Geräte miteinander, bleibt eine der größten Herausforderungen in der Smart-Home-Welt. Je nach Anwendungsfall eignen sich unterschiedliche Netzwerke und Standards. Es gibt aber vermehrt offene Plug-and-Play-Plattformen, die Geräte mit unterschiedlichen Kommunikationsstandards intelligent vernetzen. Um das Problem der Interoperabilität zu reduzieren, sind Partnerschaften ein wichtiges Mittel. So kooperiert KIWI zum Beispiel unter anderem mit Innogy, einer Tochtergesellschaft des deutschen Energieversorgers RWE, um die Wohnungen vieler Menschen smarter zu gestalten.

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Auch Aareon hat KIWI in ihr Portfolio von Aareon Smart World aufgenommen. Seit Ende 2017 ist die KIWI Funktion in das Service-Portal für Handwerker namens Mareon integriert. Damit wird der Prozess der Auftragsvergabe an Handwerker noch einen Schritt digitaler.

Neben der Sicherheit der Netzwerke ist die Nutzerfreundlichkeit ein entscheidender Faktor für die Verbreitung von Smart-Home-Geräten und -Plattformen. Daher besteht eine Kooperation zwischen KIWI und dem PropTech-Unternehmen Allthings. Sie statten jedes Gebäude mit den passenden digitalen Lösungen aus und vereinen die Bedienung unterschiedlicher Smart-Home-Geräte in einer einzigen, übersichtlichen Plattform. So werden die oft versteckten Kosten der Gebäudeverwaltung erheblich reduziert.

Im November 2018 gründete KIWI gemeinsam mit führenden Akteuren der Immobilienbranche die „Initiative Digitaler Türzugang“, kurz IDiT. Diese setzt sich für Standards beim digitalen Türzugang ein. Sie Fordern mehr Aufklärung, Normen und Schnittstellen für digitale Zugangssysteme. Digitaler Türzugang ist dabei Teil des Smart Home. Mit Hilfe der Initiative wollen sie das Problem der fehlenden Interoperabilität intelligenter Anwendungen in der Immobilienbranche angehen.