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Für Smart-Home-Geräte gibt es verschiedene Funkstandards. Alle haben ihre Stärken und Schwächen.

Bild: iStock, Anfisa Focusova
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Technik-Überblick Smart-Home: Welche IoT-Funkstandards eignen sich?

28.02.2017

Kommunikation ist alles im Smart Home. Damit Entertainmentgeräte und Sicherheitslösungen einander gut verstehen, sollte die Wahl des Funkstandards sorgfältig überlegt sein. Gut beraten ist, wer einen Distributor hat, der neben Komponenten auch Know-how über Vernetzung mitbringt.

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Richtig smart ist ein Zuhause erst dann, wenn seine Geräte miteinander kommunizieren und sich über das Smartphone beobachten oder steuern lassen. Eine zentrale Rolle bei allen Smart-Home-Anwendungen spielt deshalb die drahtlose Kommunikation. Für die Vernetzung stehen zurzeit verschiedene Funkstandards und Plattformen zur Auswahl.

ZigBee: lizenzfreie Frequenzen, aber unsicher

ZigBee etwa ist ein Maschennetzwerkprotokoll, das vor allem in den USA verwendet wird. Es basiert auf IEEE 802.15.4
und funkt auf der lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenz sowie in Sub-GHz-Frequenzen. Dadurch haben Gerätehersteller die Chance, für jede Smart-Home-Anwendung die passende Frequenz zu wählen. Flexibilität bietet ein Sub-GHz-/ 2,4-GHz-Kombo-Transceiver wie der AT86RF215 von Atmel.

Derzeit sollte die Nutzung von ZigBee jedoch wohl überlegt sein. Denn eine gravierende Sicherheitslücke konnte bislang auch durch Firmware-Updates nicht behoben werden. Die neue Spezifikation 3.0 soll diese Sicherheitslücke schließen und wird künftig von allen großen Anbietern unterstützt.

Thread: AES-verschlüsselt und mit großem Netzwerk

Bei dem Funkstandard Thread sorgt eine AES-Verschlüsselung für die nötige Sicherheit. Das robuste, selbstheilende und energiesparende Maschennetzwerkprotokoll basiert wie ZigBee auf IEEE 802.15.4 und nutzt ebenfalls lizenzfreie Sub-GHz-Frequenzen und die 2,4-GHz-Frequenz. Da Thread IPv6 unterstützt, ist der Standard die 6LowPAN-Alternative zu Bluetooth und Wi-Fi.

Ein großes Netzwerk von Herstellern setzt bereits auf Thread, darunter einige für das Smart-Home-Segment relevante Unternehmen, wie Samsung, Procter&Gamble oder Osram. Auf der Komponentenseite unterstützen zum Beispiel die Module von Redpine Signals neben Dual-Band Wi-Fi (2.4/5 GHz), Bluetooth Classic, Bluetooth Low Energy und ZigBee ebenfalls das Thread-Protokoll.

Bluetooth Smart: IPv6 und weitverbreitet

Weltweit stark verbreitet ist Bluetooth Smart. Der Funkstandard, der auch Bluetooth Low Energy (BLE) genannt wird, setzt wie Thread auf dem 2,4-GHz-Band auf und unterstützt IPv6. Nordic Semiconductor bietet für die SoCs nRF51 und nRF52 bereits entsprechende Software-Stacks. Mit dem Standard BLE 5.0 steigen Reichweite, Datenübertragungsraten und Broadcasting-Fähigkeiten des Funkstandards. Auch dafür hat Nordic mit dem nRF52840 einen entsprechenden SoC vorgestellt. Für das Jahr 2017 ist zudem ein Bluetooth-Smart-
Maschennetzwerkprotokoll angekündigt. Ein Pluspunkt von Bluetooth Smart ist, dass fast jedes aktuelle Smartphone über eine BLE-Schnittstelle verfügt, die eine Kommunikation mit entsprechenden Smart-Home-Geräten erlaubt.

ANT: Effizient und flexibel

Das ANT-Protokoll, das anfangs vor allem für Sportequipment eingesetzt wurde, hat sich inzwischen auch im Bereich Heimautomation, Indoor-Locationing und Telemedizin etabliert. Es punktet mit geringem Stromverbrauch und hoher Flexibilität hinsichtlich der Netzwerk-Topologie. Deshalb kommen auch immer mehr Smartphones mit ANT-Unterstützung auf den Markt. Zwar handelt es sich bei ANT um ein proprietäres Protokoll, da jedoch mehrere Halbleiterhersteller ANT-basierende Produkte anbieten, sind Nutzer nicht von einem Hersteller abhängig. Nordic bietet beispielsweise für seine nRF51 und nRF52 SoCs einen ANT-Software-Stack an.

WLAN: hohe Übertragungsrate und überall vorhanden

In vielen Häusern und Wohnungen ist WLAN bereits vorhanden und bietet sich deshalb besonders für Smart-Home-
Anwendungen an. Es ermöglicht hohe Datenübertragungsraten, wie sie vor allem für Überwachungskameras und Multimediageräte nötig sind. Auch Energiemanagement und Ambient-Assisted-Living-Geräte nutzen WLAN, um eine direkte Kommunikation mit dem Smartphone herzustellen oder Daten über das lokale Netzwerk in die Cloud zu senden.

Wi-Fi HaLow soll die Zukunftsfähigkeit von WLAN für das Smart Home sicherstellen. Es basiert auf dem neuen Standard IEEE 802.11ah, der das Frequenzband um 900 MHz nutzt und eine große Reichweite bei geringerem Energieverbrauch ermöglicht. Zudem durchdringt der Standard Wände und ähnliche Barrieren leichter.

Ein einziger WLAN-Router könnte deshalb künftig ein Einfamilienhaus vom Keller bis in den Dachboden und die Garage abdecken. Werden Sensordaten über BLE an eine zentrale Einheit und von dort via WLAN in die Cloud geschickt, bietet sich ein Kombimodul wie das RS9113 von Redpine Signals an.

Das braucht ein zukunftsfähiges Protokoll

Derzeit ist nicht abzusehen, dass sich eines der Protokolle als Standard für das Smart Home durchsetzen wird. Klar ist jedoch: Ein zukunftsfähiges Protokoll muss eine IPv6-Unterstützung, Smartphone-Kompatibilität und Flexibilität mitbringen. ANT, Bluetooth Low Energy und Wi-Fi bieten das bereits.

Müssen Anwendungen mit mehreren Standards umgehen können, sorgt eine zentrale Konnektivitätsunit für Kompatibilität. Für Hersteller, die nur auf ein Protokoll setzen möchten, empfiehlt es sich, eigene Smart-Home-Systeme zu schaffen, die alle denkbaren Anwendungen und Geräte umfassen. Entwicklern von Smart-Home-Anwendungen steht Rutronik als Partner zur Seite.

Mit Rutronik Smart bietet das Unternehmen eine komplette technologische Basis zur Umsetzung von Smart-Home-
Lösungen. Sie umfasst unter anderem Sensoren, Wireless-Komponenten, Mikrocontroller, Powermanagement- und Sicherheitslösungen. Spezialisten aus den verschiedenen Produktbereichen unterstützen Kunden bei der Auswahl des für ihr Projekt optimalen Funkstandards und der dazu passenden Bauteile.

Bildergalerie

  • Kombimodule vereinen verschiedene Funkstandards. Das RS9113 von Redpine Signals verbindet zum Beispiel Bluetooth Low Energy und WLAN.

    Bild: Redpine Signals

  • Rutronik Smart bietet passende Technologien und Komponenten aus dem breiten Portfolio der Sensoren, Wireless-Komponenten, Mikrocontroller, Powermanagement- und Sicherheitslösungen.

    Bild: Rutronik

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