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Smart Home

Mitarbeiter: Sharon Shea, Vendela Redriksson

Ein Smart Home ist eine Residenz, in der sich mit dem Internet verbundene Geräte befinden. Sie machen ein Monitoring und das Management von Haushaltsgeräten von außerhalb möglich. Beispiele dafür sind Licht und Heizung.

Smart-Home-Technologie ist auch als Home Automation oder Hausautomation bekannt. Immobilienbesitzer profitieren von Sicherheit, Komfort, Bequemlichkeit und Energieeffizienz, indem sie intelligente Geräte kontrollieren können. Oftmals geschieht das mit einer Smart Home App oder sogar dem Smartphone. Auch andere Netzwerkgeräte sind für die Steuerung denkbar. Als Teil des Internet der Dinge (IoT) arbeiten Smart-Home-Systeme und Geräte oft zusammen, tauschen Verbrauchsdaten untereinander aus und automatisieren Aktionen, die auf den Präferenzen der Hausbesitzer basieren.

Die Ursprünge des Smart Home

1975 wurde X10 veröffentlicht. Das ist ein Kommunikationsprotokoll für Home Automation. Plötzlich war der Traum von einem Smart Home wie bei der Zeichentrickserie The Jetsons Wirklichkeit. X10 sendet 120 kHz Funkwellen (RF) mit digitalen Informationen in die existierende, elektrische Verkabelung des Eigenheims und somit an programmierbare Steckdosen oder Schalter. Die Signale übermitteln Befehle an die entsprechenden Geräte. Sie kontrollieren, wie sich das Gerät verhält und was es tun soll. Ein Transmitter könnte zum Beispiel ein Signal über die elektrische Verkabelung schicken, dass sich ein Gerät zu einer bestimmten Zeit abschalten soll.

Elektrische Hausverkabelung ist aber nicht gerade frei von Funkstörungen. Deswegen war X10 nicht immer zuverlässig. Signale gingen verloren und manchmal konnten sie nicht über Schaltkreise mit verschiedenen Polaritäten kommuniziert werden. In den USA ist zum Beispiel der 220-Volt-Service in ein Paar an 100-Volt-Speisungen aufgeteilt. Weiterhin war X10 anfängliche eine Einwege-Technologie. Die intelligenten Geräte konnten zwar Befehle empfangen, aber keine Daten an das zentrale Netzwerk zurücksenden. Später gab es dann Zweiwege-X10-Geräte, die natürlich etwas kostspieliger waren.

Ein Smart Home mit seinen zahlreichen Optionen.
Abbildung 1: Ein Smart Home mit seinen zahlreichen Optionen.

Als das Home-Automation-Unternehmen Insteon im Jahre 2005 die Szene betrat, stellte es eine Technologie vor, die elektrische Verkabelung mit drahtlosen Signalen kombinierte. Es wurden neue Protokolle entwickelt, die die Probleme von X10 ausmerzen sollten. Dazu gehören ZigBee und Z-Wave. Dennoch ist X10 weiterhin ein häufig eingesetztes Kommunikationsprotokoll.

Nest Labs wurde 2010 gegründet und stellte 2011 sein erstes Smart-Produkt vor. Das war der Nest Learning Thermostat. Das Unternehmen hat weiterhin Rauchmelder oder Kohlenmonoxiddetektoren sowie Security-Kameras auf den Markt gebracht. 2015 wurde die Firma von Google akquiriert und noch im selben Jahr ein Tochterunternehmen von Alphabet Inc.

Nest Thermostat der dritten Generation.
Abbildung 2: Nest Thermostat der dritten Generation.

2012 sammelte SmartThings Inc. mit einer Kickstarter-Kampagne 1,2 Millionen US-Dollar, um sein Smart-Home-System zu finanzieren. Mit weiteren Förderungen konnte das Unternehmen im August 2013 den Markt betreten und wurde dann 2014 von Samsung gekauft.

Mittlerweile gibt es eine Vielzahl von Anbietern. So haben auch große Konzerne wie Amazon, Apple und Google eigene Produkte für das Smart Home auf den Markt gebracht inklusive dazugehöriger Smart-Home-Plattformen. Das sind etwa Amazon Echo, Apple HomeKit und Google Home.

Beispiele von Smart-Home-Technologien

Fast in allen Bereichen, in denen Technologie im Heimbereich eine Rolle spielt, gibt es nun auch Smart-Home-Alternativen. Dazu gehören Lampen, Geschirrspüler und so weiter.

  • Smart TVs verbinden sich mit dem Internet, um via Anwendungen auf Inhalte zuzugreifen. Das sind zum Beispiel Video auf Abruf und Musik. Einige intelligenten Fernseher werden auch via Sprache oder mithilfe von Gesten gesteuert.
  • Intelligente Beleuchtungssysteme lassen sich natürlich von außen kontrollieren. Es gibt aber auch Systeme wie zum Beispiel Hue von Philips Lighting Holding B.V. Es erkennt, wenn sich Menschen im Raum befinden und kann das Licht entsprechend anpassen. Intelligente Lampen können sich weiterhin selbst anhand des vorhandenen Tageslichts regulieren.
  • Intelligente Thermostate wie das Nest von Nest Lans Inc. haben bereits WLAN Anwender können damit die Temperatur in der Wohnung planen, überwachen und von überall kontrollieren. Die Geräte lernen außerdem das Verhalten des Besitzers und modifizieren die Einstellungen automatisch. Somit sind Komfort und Effizienz für den Bewohner maximiert. Intelligente Thermostate können weiterhin Berichte zum Energieverbrauch erstellen und erinnern Anwender unter anderem, etwa die Filter zu wechseln.
  • Mit intelligenten Schlössern und Öffnern von Garagentoren können Anwender potenziellen Besuchern den Zutritt gewähren oder eben verweigern. Solche Smart Locks entdecken auch, wenn Bewohner in der Nähe sind und sperren in dem Fall die Türen automatisch auf.
  • Durch intelligente Sicherheitskameras können Bewohner ihre Wohnungen auch dann überwachen, wenn sie auf Reisen oder in den Ferien sind. Intelligente Bewegungsmelder sind in der Lage, zwischen Bewohnern, Besuchern, Haustieren und Einbrechern zu unterscheiden. Wird verdächtiges Verhalten erkannt, können sie die Behörden automatisch benachrichtigen.
  • Die Versorgung der Haustiere lässt sich automatisieren, wenn entsprechende Futterautomaten zum Einsatz kommen. Zimmerpflanzen und Garten können Sie mit angeschlossene Zeitschaltuhren automatisch gießen.
  • Es gibt allerlei Küchengeräte, wie zum Beispiel intelligente Kaffeemaschinen. Frischer Kaffee wird gebrüht, sobald der Wecker klingelt. Intelligente Kühlschränke überwachen das Mindesthaltbarkeitsdatum, erstellen Einkaufslisten oder stellen Rezepte mit den Zutaten zusammen, die Sie noch haben. Weitere Beispiele wären Schongarer, Toaster und natürlich auch Waschmaschinen sowie Trockner.
  • Sensoren für die Haushaltsgeräte erkennen zum Beispiel eine Spannungsspitze und schalten deswegen das jeweilige Gerät ab. Vielleicht wurde auch ein Problem mit dem Wasser oder gefrorene Rohre erkannt. In so einem Fall würde das Wasser abgedreht, damit es keinen überfluteten Keller gibt.
Philips Hue, eine intelligente Beleuchtung.
Abbildung 3: Philips Hue, eine intelligente Beleuchtung.

Vor- und Nachteile von Smart Homes

Einer der am meisten propagierten Vorteile von Heimautomation ist Seelenfrieden für die Besitzer. Sie haben das Eigenheim stets im Blick. Situationen wie angelassene Kaffeemaschinen oder nicht abgesperrte Haustüren gibt es dann nicht mehr.

Von Smart Homes profitieren auch ältere Leute. Durch Monitoring können Senioren im Eigenheim sicher und bequem bleiben und müssen vielleicht nicht in ein Pflegeheim oder brauchen rund um die Uhr Betreuung.

Wenig überraschend lassen sich Smart Homes an die Vorlieben der Benutzer anpassen. Kommen Sie zum Beispiel nach Hause, öffnet sich das Garagentor automatisch, das Licht geht an und der Kamin fängt an zu heizen. Vielleicht begrüßt Sie sogar ihre Lieblingsmusik, die aus dem Lautsprecher dröhnt.

Heimautomation hilft den Kunden auch, die Effizienz zu verbessern. Eine Klimaanlage muss zum Beispiel nicht den ganzen Tag laufen. Stattdessen könnte sich das System Ihr Verhalten merken und das Haus ist dann gekühlt, wenn Sie von der Arbeit nach Hause kommen. Das gilt natürlich auch für Haushaltsgeräte und es gibt weitere Annehmlichkeiten. Ein intelligentes Bewässerungssystem wird den Rasen nur dann gießen, wenn es auch notwendig ist und nur so viel Wasser wie nötig verbrauchen. Mit Heimautomation werden Energie, Wasser und andere Ressourcen effizienter genutzt. Daher schont der Verbraucher natürliche Ressourcen und spart darüber hinaus Geld.

Auf der anderen Seite tun sich Heimautomationssysteme schwer, in der breiten Masse anzukommen. Teilweise hängt das mit der Technik zusammen. Ein Nachteil eines Smart Homes ist die scheinbare Komplexität. Einige Menschen stehen mit Technologie auf dem Kriegsfuß oder geben nach dem ersten Ärgernis auf. Diverse Hersteller und Bündnisse arbeiten daran, die Komplexität zu reduzieren und die Benutzererfahrung zu verbessern. Man will Anwendern das Leben erleichtern und die Systeme so anpassen, dass sie unabhängig vom technischen Wissensstand allen nutzen.

Damit Systeme mit Heimautomation effizient sind, müssen die Geräte zueinander kompatibel sein. Unabhängig vom Hersteller müssen sie das gleiche Protokoll nutzen oder zumindest solche, die sich ergänzen. Wie bei allen aufkommenden Märkten ist es leider auch bei der Heimautomation so, dass es noch keinen Goldstandard gibt. Standardbündnisse arbeiten aber mit Herstellern und Protokollen zusammen, um Kompatibilität und eine reibungslose Benutzererfahrung zu gewährleisten.

Ein großes Problem bei Smart Homes ist die IT-Sicherheit. Ein Bericht von NTT Data Corp. aus dem Jahre 2016 besagt, dass sich 80 Prozent der Verbraucher in den USA um die Sicherheit der Smart-Home-Daten Sorgen machen. Sind böswillige Hacker in der Lage, ein intelligentes Gerät zu infiltrieren, können Sie möglicherweise Lichter ausschalten, Alarmanlagen deaktivieren und Türen aufsperren. Eigenheime wären dann einfache Ziele für Einbrecher. Darüber hinaus könnten Cyberkriminelle in das Netzwerk des Bewohners eindringen und von dort weitere Angriffe starten oder Daten stehlen. Im Oktober 2016 konnte das Mirai-IoT-Botnet Teile des Internets in die Knie zwingen. Es feuerte damals eine Serie an DDoS-Angriffen (Distributed Denial-of-Service) ab und nutze dabei schlecht gesicherte Kameras, DVRs und Router.

Viele Kritiker von Smart Homes sorgen sich nicht nur um die IT.Socherheit, sondern auch um den Datenschutz und die Privatsphäre. Im Bericht von NTT Data ist zu lesen, dass sich 73 Prozent der Verbraucher um den Datenschutz Sorgen machen. Es geht darum, welche Daten ihre Smart-Home-Geräte teilen. Smart-Home-Geräte und Hersteller von Plattformen sammeln möglicherweise Kundendaten, um bessere Produkte und Services zu entwickeln. Vertrauen und Transparenz zwischen Hersteller und Anwendern der intelligenten Produkte sind an dieser Stelle entscheidend.

Wie Smart Homes funktionieren / Implementierung von Smart Homes

Bei Neubauten fließt Smart-Home-Infrastruktur bereits in die Planung ein. Ältere Gebäude lassen sich mit intelligenten Technologien nachrüsten. Viele Smart-Home-Systeme laufen weiterhin mit X10 oder Insteon. Allerdings werden Bluetooth und WLAN oder Wi-Fi immer beliebter.

Zigbee und Z-Wave sind heutzutage zwei der am häufigsten eingesetzten Kommunikationsprotokolle bei der Heimautomation. Beides sind sogenannte Mesh-Netzwerk-Technologien, die kurzwellige und schwache Funkwellen einsetzen, um Smart-Home-Systeme zu verbinden. Beide haben die gleichen Smart-Home-Anwendungen im Fokus, wobei Z-Wave eine Reichweite von 30 Metern hat und Zigbee 10 Meter. Letzteres wird auch häufig als das komplexere der beiden Systeme bezeichnet. Zigbee-Chips gibt es von mehreren Firmen und Z-Wave-Chips nur von Sigma Designs.

Beim Smart Home ist eine Zusammenarbeit von intelligenten Geräten und Haushaltsgeräten gewünscht, sodass daraus ein von überall steuerbares Netzwerk entsteht. Alle Geräte werden von einem sogenannten Master Home Automation Controller gesteuert, der oft auch als Smart Home Hub bezeichnet wird. Der Smart Home Hub ist ein Hardwaregerät, das als zentraler Punkt des Smart-Home-Systems agiert. Es kann Daten verarbeiten und drahtlos kommunizieren. Das Gerät verbindet all die einzelnen Geräte zu einer einzigen Smart Home App, die der Besitzer von überall kontrollieren kann. Beispiele von Smart Home Hubs sind unter anderem Amazon Echo, Google Home, Insteon Hub Pro, Samsung SmartThings und Wink Hub.

Einige Smart-Home-Systeme lassen sich komplett selbst basteln. Dafür nutzen Tüftler ein Raspberry Pi oder andere Prototypen-Boards. Es gibt auch Smart Home Kits, die Sie käuflich erwerben können. Sie nennen sich auch Smart-Home-Plattform. Darin sind alle Teile enthalten, die Sie für ein eigenes Projekt in Sachen Heimautomation brauchen.

Bei einfachen Smart-Home-Szenarien lassen sich Ereignisse mit einer Zeitschaltuhr auslösen. Denkbar ist zum Beispiel, dass die Jalousien um 18.00 heruntergefahren werden. Andere Ereignisse hängen vielleicht von weiteren automatisierten Systemen ab. Kommt das Smartphone des Besitzers etwa in die Nähe der Haustür, wird sie aufgesperrt und die Lichter gehen automatisch an.

Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz (KI) werden in Smart-Home-Systemen immer beliebter. Dadurch können sich Heimautomationsgeräte an die Umgebungen anpassen. Zum Beispiel gibt es in sprachgesteuerten Systemen wie Amazon Echo und Google Home virtuelle Assistenten, die dazulernen. Sie personalisieren das Smart Home und schneiden es genau auf die Muster und Präferenzen der Bewohner zu.

Diese Definition wurde zuletzt im Februar 2019 aktualisiert

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