Smart Home: das vernetzte Zuhause

Blog| 5. September 2023 | Lesezeit: 6 Minuten

Ein Smart Home bringt nicht nur mehr Komfort, sondern kann auch die Energieeffizienz und Sicherheit steigern. Aber wie funktioniert ein Smart Home genau, wie gelingt die Automation und was gilt es bei der Einrichtung sonst noch zu beachten?

Von einem automatisierten Beleuchtungssystem bis hin zur intelligenten Sicherheitslösung bietet ein Smart Home eine breite Palette an Möglichkeiten, die nicht nur den Komfort, sondern auch die Energieeffizienz und die Sicherheit steigern.

So richtig hat es das Thema aber noch nicht geschafft, sich vom Nerd-Image zu befreien. Mit ein Grund dafür dürfte sein, dass smarte Produkte auf einer verwirrenden Vielfalt an mehrheitlich eigenständigen Technologien basieren.

Das macht es fast unausweichlich, dass ein Smart Home in der Praxis eine Integration der Komponenten verschiedener Hersteller und Technologien erfordert. Das bedingt entweder die Verpflichtung eines spezialisierten Systemintegrators mit entsprechend hohen Kosten oder eine Person mit Interesse am Selbstbau und dem nötigen Fachwissen. Denn für sogenannte Maker ist das Smart Home ein dankbares Betätigungsfeld.

Was ist ein Smart Home?

Smart Homes oder Smart Buildings sind Wohnungen oder ganze Gebäude, in denen verschiedene Sensoren, Geräte und Systeme miteinander vernetzt sind. Dazu gehören unter anderem Beleuchtung, Belüftung, Jalousien, Heizung, Zutritts- und Sicherheitssysteme oder Multimedia-Geräte.

Die Idee dabei ist, dass das Zuhause nicht nur komfortabler wird, sondern auch effizienter und sicherer. Smart, also intelligent, ist in diesem Zusammenhang ein Marketing-Schlagwort, denn so richtig intelligent sind Smart Homes selten. Automatisiertes oder vernetztes Zuhause wäre wohl eine zutreffendere Bezeichnung.

Wie funktioniert ein Smart Home?

Ein Smart Home setzt auf eine Reihe an IoT-Geräten (Internet of Things), die miteinander vernetzt sind: Sensoren, Displays, Steuereinheiten und Aktuatoren. Die Grundlage bilden die Sensoren und Aktoren.

Sensoren sind Schalter, Temperaturfühler, Bewegungsmelder, Stromzähler, Wetterstationen, usw. –  also alles, was einen physikalischen Wert erfassen und weitergeben kann. Die Sensoren sind quasi die Augen, Ohren und Fühler des Hauses. 

Ein Aktor oder Aktuator ist ein Bauelement, das elektrische Signale in mechanische Bewegung oder eine andere physikalische Grösse umsetzt. Beispiele für Aktuatoren sind etwa der Motor, der die automatische Jalousie antreibt oder elektronisch steuerbare Schalter für Licht und Geräte. Auch die steuerbare Kaffeemaschine ist ein Aktuator oder sogar eine Kombination von Sensor und Aktor, wenn sie zum Beispiel auch den Stand der Kaffeebohnen im Kaffeebehälter misst.

Der erste Schritt zum Smart Home ist die Trennung von Sensor und Funktion. Ein Sensor sendet ein Signal und daraufhin passiert etwas. Ein Beispiel: Im klassischen Heim schaltet ein Lichtschalter direkt eine Beleuchtung ein und aus. Im Smart Home nennt sich der Schalter meistens Taster und er schaltet gar nichts, sondern sendet nur ein Signal aus, das mitteilt, dass er gedrückt wurde.

Was dann passiert ist eine andere Sache. Die Smart Home Magic sorgt dafür, dass abhängig davon, welche Aktuatoren angesteuert werden, das Licht im selben Raum ein oder aus geht, eine Jalousie sich öffnet oder das Garagentor sich schliesst.

Das ist alles noch nicht extrem intelligent, aber doch schon ziemlich komfortabel. Können sich Sensoren und Aktuatoren direkt miteinander austauschen, benötigt es dazu je nach System gar keine Steuereinheit. Sensoren und Aktuatoren müssen allerdings richtig programmiert oder konfiguriert werden.

Wie funktioniert die Automation im Smart Home?

Richtig viel Spass macht das Smart Home natürlich erst, wenn alles automatisiert ist. Einfache Automationen, wie z. B. die Beschattung bei Sonnenschein, lassen sich mit oft mit ausgereiften Sensoren wie Wetterstationen umsetzen.

Für komplexe oder gar smarte Abläufe und Visualisierungen benötigt man jedoch eine Steuereinheit, auch Smart Home Gateway genannt. Der Smart Home Gateway ist ein Computer, der mit der richtigen Software das Haus steuert. Damit lassen sich äusserst komplexe Automatisierungen bewerkstelligen. Dank Internet sind auch Reaktionen auf äussere Ereignisse wie den Wetterbericht möglich.

Einige fortschrittliche Systeme nutzen künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, um sich besser an die Gewohnheiten der Bewohnerinnen und Bewohner anzupassen. Beispielsweise kann ein intelligenter Temperaturregler (Thermostat) lernen, zu welchen Uhrzeiten die Bewohnerinnen und Bewohner normalerweise zu Hause sind und die Heizung entsprechend anpassen.

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Welche Smart-Home-Technologien gibt es?

In einem Smart Home müssen die verschiedenen Geräte miteinander kommunizieren können. Dafür gibt es zahlreiche Standards, was die Sache sehr unübersichtlich macht. 

Grob kann man die Standards in Funk- und drahtgebundene Standards unterteilen, wobei es auch übergeordnete und Mischformen gibt.

Zu den der prominentesten Standards fürs Smart Home gehören:

Wi-Fi oder WLAN ist zwar kein eigentlicher IoT-Standard, wird aber bei vielen Smart-Home-Geräten verwendet. Es bietet eine breite Abdeckung und hohe Bandbreite, was sich für datenintensive Anwendungen eignet. Beispiele für Wi-Fi-fähige Geräte sind smarte Thermostate, Kameras oder Beleuchtungssysteme.

Zigbee ist ein energiesparendes drahtloses Netzwerkprotokoll, das häufig bei Smart-Home-Anwendungen eingesetzt wird. Es ermöglicht eine drahtlose Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten wie Sensoren, Aktoren und Steuerungen. Zigbee ist bekannt für den geringen Energieverbrauch und ist in Produkten wie Philips Hue und Samsung SmartThings zu finden.

Z-Wave ist ein weiteres drahtloses Protokoll, das für Smart-Home-Anwendungen entwickelt wurde. Es zeichnet sich durch eine zuverlässige Kommunikation und eine hohe Interoperabilität zwischen verschiedenen Z-Wave-Geräten aus. Einige Beispiele für Z-Wave-Produkte sind Sensoren, Schalter oder Schlösser.

Bluetooth ist nicht nur bei Mobilgeräten weit verbreitet, sondern auch bei vielen smarten Geräten. Bluetooth Low Energy (BLE) kommt oft für energieeffiziente Anwendungen wie Sensoren, Aktoren und Beacons zum Einsatz.

Thread ist ein IP-basiertes Netzwerkprotokoll, das auf dem IEEE-Standard 802.15.4 basiert. Es wurde entwickelt, um eine zuverlässige drahtlose Vernetzung von Smart-Home-Geräten zu ermöglichen und wird von der Thread Group unterstützt.

Apple HomeKit ist ein von Apple entwickeltes Framework, das es ermöglicht, verschiedene smarte Geräte über eine einzige Plattform zu steuern. Es verwendet verschlüsselte Kommunikation und setzt auf Standards wie Wi-Fi, Bluetooth und Zigbee.

Amazon Alexa Smart Home API ist eine Programmierschnittstelle für Entwickler von smarten Geräten, die es ermöglicht, diese in die Alexa-Plattform zu integrieren. Das erlaubt die Steuerung der Geräte über Alexa-fähige Geräte wie Echo.

Google Assistant Smart Home API ist analog zu Amazon eine Programmierschnittstelle von Google, mit der Entwickler ihre smarten Geräte in die Google-Assistant-Plattform integrieren können.

KNX ist ein weltweit verbreiteter Standard für Gebäudeautomation. Er erlaubt die Integration und Steuerung von verschiedenen Geräten und Systemen, einschliesslich Beleuchtung, Heizung, Klimatisierung, Sicherheit und mehr. KNX ist relativ teuer, dafür sehr zuverlässig.

Insteon ist ein Dual-Mesh-Netzwerkprotokoll, das drahtlose und verdrahtete Kommunikation nutzt. Es bietet eine hohe Zuverlässigkeit und findet sich in einer Vielzahl von Geräten wie Schaltern, Steckdosen und Sensoren.

EnOcean: EnOcean ist ein batterieloses Funkprotokoll, das hauptsächlich bei energieautarken oder energieeffizienten smarten Geräten eingesetzt wird. Es nutzt Energie aus der Umgebung, wie etwa durch Drücken von Schaltern oder Lichtsensoren.

UPB (Universal Powerline Bus) ist ein kabelgebundenes Kommunikationsprotokoll, das über die bestehenden Stromleitungen im Haus arbeitet. Es wird oft für die Steuerung von Beleuchtung, Schaltern und anderen Geräten eingesetzt.

Bluetooth Mesh ist eine Erweiterung von Bluetooth Low Energy (BLE), die es ermöglicht, ein Netzwerk von Bluetooth-Geräten aufzubauen. Es wird oft für grössere Bereiche oder Gebäude eingesetzt, in denen die Reichweite von herkömmlichem Bluetooth begrenzt ist.

OpenHAB ist eine offene Plattform für die Heimautomatisierung, die es ermöglicht, verschiedene smarten Geräte und -Systeme miteinander zu verbinden. Es unterstützt eine Vielzahl an Kommunikationsprotokollen.

Home Assistant ist ähnlich wie OpenHAB eine Open-Source-Plattform, die es erlaubt, ihre smarten Geräte und -Systeme zu integrieren und zu automatisieren.

Node-Red ist eine Open-Source-Entwicklungsplattform, mit der sich IoT-Anwendungen und -Automatisierungen visuell erstellen lassen.

Wie funktioniert die Integration verschiedener Geräte und Cloud-Dienste?

In der Praxis ist es wohl ausgeschlossen, dass man nur Sensoren, Aktuatoren und Gateways des gleichen Standards oder Herstellers verwendet. Deshalb kommen Plattformen ins Spiel. Dazu gehören die oben erwähnten Plattformen OpenHAB, Home Assistant, Node-RED, auch HomeKit, Amazon Alexa Smart Home API oder Google Assistant Smart Home API.

Damit integriert man Geräte vieler Hersteller und Standards und auch Cloud-Dienste zu einem Ganzen und kommt so dem Smart Home näher. Erstaunliche Automationen und natürlich immer ein Applaus erntende Sprachsteuerungen sind möglich. So kann man das eigene Smart Home mit einem beiläufigen «Hey Siri, bitte Licht im Wohnzimmer auf 50 Prozent» den tief beeindruckten Gästen präsentieren.

Welche Vorteile hat ein Smart Home?

Ein Smart Home bietet den Bewohnerinnen und Bewohnern natürlich nicht nur die Bewunderung der Gäste, sondern auch zahlreiche Vorteile:

• Energieeffizienz: Durch intelligente Steuerung von Heizung, Licht und anderen elektrischen Geräten lässt sich Energie und Geld sparen.

• Komfort: Die Automatisierung alltäglicher Abläufe erhöht den Wohnkomfort. Beispielsweise kann man das Licht automatisch dimmen lassen, wenn ein Film abgespielt wird, oder die Heizung so programmieren, dass sie eine halbe Stunde vor Ankunft zu Hause bereits die Wohnung aufwärmt oder abkühlt.

• Sicherheit: Moderne Smart-Home-Systeme können auch die Sicherheit erhöhen. Überwachungskameras, Alarmanlagen und Rauchmelder können ins System integriert und von überall aus überwacht werden und Alarme auslösen.

Henry Salzmann

Datenschutzverantwortlicher

Henry Salzmann ist CISO und seit 2018 bei iWay. Der diplomierte Elektroingenieur begeistert sich für WLAN, TV, Telefonie und Sicherheit. Seine Steckenpferde sind Smart Home, Amateurfunk und Making.