Smart Home Stiftung Xiaomi Systembau
Lesen Sie dies zuerst und wir versprechen Ihnen, dass im nächsten Artikel auch der Bau des Smart Home beginnt!
Heutzutage kann die Donau mit Smart-Home-Systemen gesperrt werden. Das Gute daran ist, dass die Preise genug heruntergebrochen sind, und das Schlechte ist, dass wir leicht in eine Sackgasse geraten können, indem wir Produkte eines Herstellers wählen, der in 1-2 Jahren vom Markt verschwindet, und wir bleiben übrig mit einem Gesamtsystem, das nicht oder nur sehr schwer zu entwickeln ist.
Xiaomi scheint in dieser Hinsicht eine gute Wahl zu sein, da sich der chinesische Hersteller in einer Phase des Überflusses befindet, in der er, wenn er auf dem Niveau der letzten Jahre weitergeht, nicht verschwinden wird, sondern die Märkte von Amerika bis Australien überall erobern wird.
In diesem Artikel fassen wir kurz zusammen, was ein Smart Home bedeutet, welche Vorteile es hat, eines zu bauen und für welche Aufgaben die meisten Menschen es nutzen. Auf der anderen Seite kann man aber auch ein wenig über die Technologien lesen, die Smart Homes betreiben, als eine Art Fundament, damit man bei Wörtern wie Zigbee nicht blinzelnd blinzeln muss.
Inhalt Show
Einführung, oder was ist ein Smart Home
Smart Homes sind keine Erfindungen von heute. Früher gab es solche Systeme schon vor Jahrzehnten, aber sie waren weit entfernt von dem, was wir heute Smart Home nennen. Das Thema, früher als Gebäudeautomation bekannt, brachte einige Automatisierungen mit vielen Relais, Infrarot-Fernbedienungen und Sensoren hervor. Gegenüber diesen sind heutige Systeme für den Außenstehenden zumindest in der Bedienung keine große Verbesserung, da sie das Licht einschalten, die Rollläden bewegen, die Klimaanlage einstellen, den Alarm einschalten, wenn ein Unbefugter das Haus betritt Zimmer oder zum Beispiel ein Feuer ausbricht. An der Bedienung hat sich auf diese Weise zwar nicht viel geändert, die Technik dahinter wurde aber komplett ersetzt.
Beginnen wir mit der Tatsache, dass der Bau eines Smart Home heute Teil eines Regiments eines alten Systems sein wird. Das liegt nicht nur daran, dass die Geräte selbst billiger geworden sind, sondern auch daran, dass durch die Entwicklung der Technik praktisch alle Komponenten ohne externe Stromversorgung und sogar ohne jegliche Verkabelung auskommen. Dadurch wurde die Konstruktion extrem vereinfacht und natürlich günstig. In den heutigen drahtlosen Systemen ist das Entwerfen von logistischen Verbindungen zwischen Geräten eine viel größere Herausforderung als das Einrichten eines physischen Netzwerks.
Wichtig finde ich, dass viele professionelle Systeme noch Strom bauen, was noch komplizierter ist als ein traditionelles 220-System insofern, als wir hier mit einer Niederspannung von 5 Volt arbeiten, die 220 (genauer 230) Volt AC 5 benötigt wurde umgebaut zum Gleichstrom. In diesem Fall können wir mit einem Konverter pro Zimmer oder Wohnung arbeiten oder die Konvertierung für jedes Element des Smart Home-Systems durchführen. Letztere Lösung ist sinnvoll, wenn beispielsweise konventionelle Schalter durch Smart-Switches ersetzt werden, da die Verdrahtung des 220 bereits gegeben ist.
Wofür nutzen wir Smart-Home-Systeme?
Am Ende des Artikels werden Sie hoffentlich sehen, dass Smart-Home-Ökosysteme im Bereich der Logistikbeziehungen, d.h. dass eine Komponente eines Smart Homes, die auf eine andere Komponente reagiert, nur durch unsere Vorstellungskraft oder im schlimmsten Fall durch durch die Softwarelösung hinter der eingesetzten Hardware. Die Anwendungsgebiete sind so breit gefächert, dass wir es gar nicht denken.
Wofür nutzen die meisten Menschen Smart-Home-Systeme? Natürlich gibt es auch in diesem Bereich Umfragen, so dass wir mit Sicherheit wissen, dass die meisten Leute solche Systeme vor allem für Sicherheitsaufgaben nutzen. Dies ist nicht verwunderlich, da, wie Sie vielleicht oben gelesen haben, die heute verwendeten Lösungen drahtlos sind und nicht einmal Strom für Xiaomi und viele andere Systeme benötigen. Aus diesem Grund können wir in Sekundenschnelle und sehr günstig komplette Systeme bauen, die auch Tür- und Fensteröffnungssensoren, Bewegungsmelder und Kameras beinhalten. Letzteres benötigt natürlich eine Stromversorgung, deren Grund man in den Technikdetails nachlesen kann.
Diese von uns gebauten Heimsysteme unterscheiden sich in einem Punkt von einer herkömmlichen Fernüberwachung derzeit dadurch, dass bei letzterer ein Streifenteam in Bereitschaft ist und im Alarmfall auf das Grundstück auszieht. In unserem Fall können wir die Wohnung jedoch live über Kameras überwachen und sogar Ereignisse in der Wohnung manuell oder automatisch aufzeichnen. Das System kann in Echtzeit und ohne Verzögerung einen Alarm an unser Telefon senden, damit wir die Polizei oder gegebenenfalls den Nachbarn alarmieren können.
Der zweithäufigste Bereich ist die Temperaturkontrolle und damit verbundene Abschirmfunktionen. Der dritte ist die Lichtsteuerung und der vierte ist Multimedia.
Meine eigene Erfahrung zeigt, dass die meisten Menschen Licht mit Smart-Home-Technologie riechen, was einfach daran liegt, dass Smartphones billig sind, sie benötigen kein anderes Gerät für ihr Telefon oder die darauf laufende Software.
Technologische Grundlagen
In diesem Kapitel diskutieren wir die Technologien, insbesondere drahtlose Technologien, die für den Bau eines modernen Smart Homes erforderlich sind. Ich denke, es ist wichtig, über diese ein paar Worte zu sprechen, aber wenn Sie, lieber Leser, nicht neugierig sind, können Sie dies getrost überspringen, denn für Xiaomi-Systeme reicht es beispielsweise aus, sich der Softwareeinstellungen bewusst zu sein, Sie tun es Sie müssen die Technologie nicht verstehen. Wenn Sie jedoch ein wenig technisch versiert sind, fahren Sie mit dem Artikel mit dem nächsten Absatz fort.
Drahtlose Technologien
Ich erinnere mich, dass Anfang der 2000er Jahre, als die ersten WiFi-Geräte zu einem erschwinglichen Preis auf den Markt kamen, ernsthafte Vorbereitung und Erfahrung erforderlich waren, um ein gut funktionierendes System zusammenzustellen. Die Bandbreite war knapp und die Signalstärke lächerlich schwach. Natürlich sprechen wir jetzt über Heimgeräte, die ersten Router, APs. Neben Wifi entstand später eine zweite Funktechnologie, Bluetooth. Die beiden Technologien hatten zwar kabellose Gemeinsamkeiten, das Einsatzgebiet unterschied sich jedoch technologiebedingt deutlich. Während wir im ersteren Fall die Verbindung zwischen den Computernetzwerken und unseren Geräten bereitgestellt haben, haben wir im letzteren Fall beispielsweise die Möglichkeit der Datenübertragung zwischen unserem mobilen Gerät und dem Computer geschaffen.
Seitdem haben sich sowohl Bluetooth als auch WiFi, also Geräte, die auf der Standardfamilie IEEE 802.11 basieren, weiterentwickelt. Ersteres konnte mehr Verbindungen mit mehr Bandbreite parallel verarbeiten, und letzteres bietet dank Mehrantennensystemen jetzt immer mehr Bandbreite und nutzt die Möglichkeiten, die reflektierte Signale bieten.
Diese beiden Methoden, Standards oder Methoden sind jedoch nicht geeignet geworden, mit ihrer Hilfe ein drahtloses Smart-Home-System aufzubauen. An geringer Bandbreite oder langsamer Verbindung ist nichts auszusetzen. Die drei Hauptprobleme sind der Entwurf der Netzwerktopologie, die richtige Zuweisung von Netzwerkressourcen und das Problem der Stromversorgung.
Bluetooth ist eine PAN-Verbindung geblieben, die es uns ermöglicht, eine private Verbindung aufzubauen und beispielsweise Audio von unserem Telefon auf unsere Kopfhörer zu streamen, während WiFi immer noch ein Gerät zum Erstellen von Computernetzwerken ist. Smart-Home-Geräte funktionieren grundlegend anders, sie haben unterschiedliche Erwartungen an die Datenkonnektivität.
Wir haben zwei wichtige Erwartungen an Smart Homes. Zum einen möglichst viele Geräte in einem Netzwerk organisieren zu können, zum anderen den Energieverbrauch möglichst gering zu halten. Die erste Bedingung ist für Bluetooth nicht erfüllt und die zweite Bedingung für WiFi, sodass diese Verfahren in den meisten Fällen verworfen werden können. Ich schreibe das in den meisten Fällen, weil WLAN, wie Sie sehen, in bestimmten Bereichen eine Daseinsberechtigung hat.
Daher war es notwendig, einen Standard zu schaffen, der drahtlose Konnektivität bietet, viele Geräte handhabt und einen geringen Stromverbrauch hat. Dafür stehen derzeit zwei Methoden zur Verfügung, Z-Wave und Zigbee. Letzteres lernen wir kennen, weil uns das beim Xiaomi-System begegnet.
Zigbee-Technologie
Die Zigbee-Technologie wird von 35 Unternehmen entwickelt, darunter große Namen wie Motorola, Honeywell oder Philips, die in einer Organisation namens Zigbee Alliance zusammenarbeiten, um die Technologie zu entwickeln.
Darauf aufbauend ist die Zigbee-Technologie eine Technologie, die es ermöglicht, viele Komponenten zu verbinden, bei denen eine hohe Bandbreite weit weniger wichtig ist, als die Komponenten mit so wenig Energie wie möglich zu betreiben. Wie WiFi wurde Zigbee standardisiert und der fertige Standard wurde mit 802.15.4 gekennzeichnet.
Zigbee-Netzwerke verwenden wie herkömmliches WLAN das 2,4-GHz-Band für die Kommunikation, aber die Ähnlichkeit hier endet hier ziemlich genau. Im Fall von WiFi erstellen wir beispielsweise ein zentralisiertes Netzwerk, in dem die Bandbreite des Routers auf die damit verbundenen Geräte aufgeteilt wird. Zigbee hingegen erstellt ein sternförmig angeordnetes Mesh-Netzwerk, innerhalb dessen wir sogar virtuelle Peer-to-Peer-Verbindungen zwischen Netzwerkknoten aufbauen können. Sie müssen sich ein Mesh-Netzwerk einfach als WLAN vorstellen, mit dem Sie sich umso stärker verbinden, je mehr Geräte Sie verbinden. Bei Mesh teilen sich die Geräte nicht die verfügbare Bandbreite, im Gegenteil, im Wesentlichen alle an das Netzwerk angeschlossenen Geräte verstärken das Signal weiter. Um die Zentraleinheit im Zigbee-Netzwerk können maximal 255 Netzwerkknoten aufgebaut werden. Diese Zentraleinheit wird unter den Xiaomi-Geräten als Gateway bezeichnet.
Der große Nachteil von Zigbee über WiFi wäre die Bandbreite, wenn Zigbee sie brauchte. Zum Glück gibt es keine, denn Smart Homes benötigen keine permanente Verbindung zwischen den Elementen des Systems, oder zumindest fließen keine Daten kontinuierlich im Netzwerk und auch die Datenpakete sind klein.
Im Zigbee-Netzwerk lassen sich hinsichtlich des Netzwerkverkehrs zwei typische Geräte unterscheiden. Eine davon sind Geräte, die in unregelmäßigen Abständen arbeiten, wie z. B. Switches, die nur dann eine Verbindung zur Zentrale aufbauen, wenn sie einen Impuls senden müssen. Die andere wichtige Gruppe sind die Geräte, die den periodischen Verkehr verarbeiten, typischerweise die verschiedenen Sensoren, die die Zentrale abfragt.
Natürlich gibt es auch eine dritte Gruppe, die natürlich keine Gruppe ist, da sie nur die Zentraleinheit enthält. Das ist die Seele des Netzwerks. Dieses Gerät muss über eine konstante Stromversorgung und ausreichende Rechenkapazität verfügen, um das gesamte Netzwerk, bis zu 255 Netzwerkknoten und die von ihnen übertragenen Daten sowie die entsprechende AES-Verschlüsselung zu handhaben.
WLAN-Geräte
Für Xiaomi und natürlich auch andere Smart-Home-Systeme finden wir auch Geräte, die eine traditionelle WLAN-Verbindung nutzen. Auf diese Zentraleinheiten, das Gateway, das auch unser Computernetzwerk erreicht, den Router, muss zugegriffen werden – warum etwas später dazu – und die Geräte, die sowieso eine kontinuierliche Stromversorgung benötigen, wie zum Beispiel Leuchten. Für letztere ist WiFi die einfachere und kostengünstigere Lösung, da die Stromversorgung durchgängig ist, und für erstere ist es wichtig, dass auch der Verkehr zum Router aufgrund beispielsweise des eingebauten Internetradios eine hohe Bandbreite benötigt.
Bei einer Zentraleinheit ist auch die Bandbreite besonders wichtig, da alle unsere Smart Devices standardmäßig über den Cloud-Dienst von Xiaomi mit unserem Telefon kommunizieren. Dank dessen können wir aus der Ferne auf die intelligenten Geräte der Häuser zugreifen, die Klimaanlage ein- oder ausschalten, den Saugroboter starten oder sogar im Urlaub das Licht einschalten, damit wir uns wie zu Hause fühlen.
Fassen wir die Technologie zusammen!
Das Xiaomi Smart Home Ökosystem besteht aus zwei Teilen. Von der Sterntopologie, Zigbee, das ein Mesh-Netzwerk erstellt, und dem traditionellen WiFi-Netzwerk. Erstere Geräte arbeiten ohne Kabel und externes Netzteil, die Stromversorgung übernimmt eine Knopfzellenbatterie, die bei durchschnittlicher Nutzung ein halbes oder sogar zwei Jahre ersatzlos halten kann. Letztere benötigen wie ein durchschnittliches WLAN-Gerät eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aus dem 220er-Netz.
Zentral im Netzwerk ist das Gateway, das auch über WLAN- und Zigbee-Verbindungen verfügt. Diese kommuniziert zum Beispiel mit Schaltern und Sensoren am Zigbee und zum Beispiel mit Leuchten und Smart Connectors in WiFi-Netzwerken. Zwischen Geräten, seien es Zigbee- oder WiFi-Geräte, können sogar virtuelle Peer-to-Peer-Verbindungen aufgebaut werden.
Beispiele für die Funktionsweise von Smart-Home-Geräten
Obwohl ich die realen Praxisbeispiele für die folgenden Teile der Serie behalte, werde ich Ihnen hier einige Beispiele zitieren.
Diejenigen, die neu in der Smart-Home-Technologie sind, kaufen am häufigsten WLAN-Geräte. Dies liegt daran, dass sie keine Zentraleinheit benötigen, um sie zu verwenden, ein Telefon mit dem Xiaomi Smart Home reicht aus. Vielleicht überraschend, aber auch ganz ernsthafte Systeme lassen sich damit bauen. Smart Lights und smarte Konnektoren, wie die Klimaanlagensteuerung, funktionieren über WLAN, aber auch die Infraroteinheit, mit der praktisch alle herkömmlichen Infrarot-steuerbaren Geräte in das Smart Home System eingebunden werden können.
Wer mit diesen Tools zufrieden ist, wird später mit ziemlicher Sicherheit sein System um Zigbee-Tools erweitern. Damit lassen sich beispielsweise Leuchten direkt einschalten oder Sicherheitskameras steuern.
Wie Sie vielleicht oben gelesen haben, können Sie Peer-to-Peer-Verbindungen zwischen Zigbee herstellen, aber auch zwischen Geräten, die in Zigbee- und WiFi-Netzwerken sitzen. In der Praxis bedeutet dies beispielsweise, dass die Verbindung zwischen Fensteröffnungssensor und Luftreiniger so eingestellt werden kann, dass der Luftreiniger beim Öffnen des Fensters stoppt. Darüber hinaus bleiben natürlich auch die anderen eingestellten Funktionen des Fensteröffnungssensors erhalten, wie sie beispielsweise das Sicherheitssystem betreffen. Sie können die Aufnahme der Überwachungskamera starten und einen Alarm an Ihr Telefon senden.
Es gibt auch viele Funktionen, die für Smart Lights eingestellt werden können. Sie können auf Musik im Raum reagieren, sie automatisch einschalten, wenn wir morgens aufstehen müssen, oder die Helligkeit ändern, wenn ein Anruf auf unserem Telefon eingeht. Ebenso ist es kein Problem mehr, uns während des Fernsehens anzurufen, da der Fernseher automatisch stummgeschaltet wird, wenn ein Anruf eingeht.
Die Klimaanlage schaltet sich aus, wenn wir das Fenster öffnen, oder schaltet sich im Sommer ein, wenn wir unseren Arbeitsplatz verlassen, so dass wir zu Hause von einem angenehmen Klima begrüßt werden.
Diese Funktionen mögen kompliziert erscheinen, aber am Ende der Serie werden Sie sehen, dass wir das System Schritt für Schritt fast um ein paar Cent aufbauen können, damit es auch unsere Geldbörsen nicht belastet. Es ist vielleicht nicht unerheblich, dass ein komplettes, gut funktionierendes Smart-Home-System viel auf den Preis unseres Hauses werfen kann, aber es erleichtert es zumindest, es zu verkaufen. Der Punkt ist also, dass wir mit geringen Investitionen ein komfortableres, lebenswerteres und wertvolleres Zuhause erhalten.
In unserem nächsten Artikel haben wir das Xiaomi Gateway als Grundelement des Systems kennengelernt. Wenn Sie nicht bis dahin warten möchten, lesen Sie unseren Artikel zum integrierbaren Smart-Staubsauger, Smart-Lights und Desktop-Smart-Light und zuerst das erste Stück unserer Smart-Home-Serie, The Favorite!
Kehren, staubsaugen und sogar waschen den Xiaomi Roborock S50 Roboterstaubsauger
Wir haben das auch ausprobiert - Xiaomi Philips Eyecare Desktop Smart Light
Lasst uns mit Weisheit glänzen – Xiaomi Yeelight Test mit vielen Geheiminformationen!
