Das smarte Home hilft zuweilen beim Energiesparen und sorgt gegebenenfalls auch für mehr Sicherheit. Wir zeigen eine besonders pfiffige Lösung zum Ansteuern unterschiedlicher Fabrikate.

Smarte Geräte im trauten Heim stehen bei vielen Konsumenten hoch im Kurs. Doch die Freude an diversen Sensoren, Schaltern und Geräten währt häufig nur kurz: Steuergeräte der einzelnen Hersteller, die sich nicht mit Fremdgeräten vertragen, veraltete Software und inkompatible Standards verleiden so manchem Anwender den Spaß an der nicht eben billigen Technik. Zumindest, was die unterschiedlichen Standards angeht, hilft Linux als gemeinsamer Nenner weiter, Geräte verschiedener Hersteller anzusteuern.

Der Markt der Hausautomation befindet sich erst in der Entwicklung, ein gemeinsamer Standard scheint derzeit noch in weiter Ferne. Daher wirkt das Angebot an smarten Geräten alles andere als einheitlich: Neben Fernsehgeräten und Lautsprechern, die über herkömmliche WLAN- und Bluetooth-Schnittstellen kommunizieren, gibt es Sensoren, intelligente Stecker, Kameras und Leuchtmittel, die das Zigbee- oder das Z-Wave-Protokoll unterstützen.

Beide Protokolle wurden speziell für die Heimautomation und Industriesteuerungen entwickelt und konkurrieren miteinander. Beide arbeiten als sogenannte Mesh-Netze, bei denen alle Geräte untereinander kommunizieren. Dieses Verhalten ermöglicht es, dass Komponenten auch außerhalb der Reichweite des Gateways (Hubs) funktionieren, solange sie die erforderlichen Signale von anderen Geräten innerhalb des Netzes erhalten.

Zudem fällt durch diese verteilte Netzwerkstruktur auch der Energiebedarf der einzelnen Komponenten deutlich geringer aus als bei herkömmlichen WLAN-Installationen. Endgeräte, die das Zigbee-Protokoll nutzen, erfordern jedoch meist herstellerspezifische Steuergeräte, die wiederum keine Geräte und Komponenten anderer Hersteller integrieren.

Im Extremfall müssen Sie also beim Verwenden von Komponenten mehrerer Hersteller auch mehrere Steuergeräte betreiben. Dieser Nachteil des Zigbee-Protokolls resultiert aus dessen umfangreicher Spezifikation, die viele Hersteller in ihren Komponenten nur teilweise umsetzen oder mit eigenen Erweiterungen versehen.

Der dabei von zahlreichen Herstellern ausgeübte Zwang zur Cloud-Integration erscheint aus Hinsicht des Datenschutzes höchst bedenklich. Das Einbinden der Komponenten in die Cloud bietet zwar unter Umständen durchaus Vorteile, etwa um von unterwegs aus smarte Geräte zu Hause zu bedienen. Allerdings halten sich die meisten Hersteller bezüglich der konkreten Art der Verwendung und Sicherung der anfallenden Daten bedeckt. Sie wissen also weder, welche Daten ein Hersteller wie lange in der Cloud speichert, noch, ob und wozu er sie nutzt. Angesichts der Tatsache, dass viele der Anbieter von Smart-Home-Devices aus der Volksrepublik China stammen, verbieten sich Geräte mit zwangsweiser Cloud-Integration im Grunde von selbst.

Zudem birgt das IoT in diesem Kontext ein weiteres Risiko: Stellt eine Firma den Betrieb oder ein Produkt ein, kommt es vor, dass es sich nicht mehr oder nur noch eingeschränkt nutzen lässt [1], wie kürzlich beim insolventen Türklingel-Hersteller Nello [2] geschehen.

Flexibel

Einen anderen Weg beschreitet das deutsche Unternehmen Dresden Elektronik Ingenieurtechnik GmbH [3]: Der Verkehrs- und Funktechnik-Spezialist bietet für das herstellerübergreifende Verwenden von Hausautomationskomponenten einen USB-Stick [4] sowie ein Aufsteckmodul für den Raspberry Pi [5] an, die als Gateway dienen.

Den ConBee-2-Stick beziehen Sie über den firmeneigenen Webshop oder über Drittanbieter für rund 45 Euro [6], das RasPi-Aufsteckmodul RaspBee Premium für rund 35 Euro [7]. Zusätzlich bietet Dresden Elektronik mit Deconz eine plattform- und herstellerübergreifende Software an, mit deren Hilfe Sie Ihre Infrastruktur zur Heimautomation steuern.

Die Software gibt es für die aktuell gepflegten Ubuntu-LTS-Varianten sowie als Docker-Image. Damit steuern Sie mehrere Gateways simultan, ebenso verschiedenste Endgeräte wie Schalter, Sensoren und Leuchtmittel. Zudem ist Deconz sowohl mit dem RasPi-Modul als auch dem ConBee-2-USB-Stick kompatibel.

Deconz bietet überaus detaillierte Einstellungen zur gesamten heimischen Zigbee-Infrastruktur und erscheint daher für Endanwender, auch aufgrund der englischsprachigen Oberfläche, zunächst sehr verwirrend. Daher bietet das Unternehmen mit der Phoscon-App eine zusätzliche webbasierte Steuerungssoftware an, die sich dank einer deutschsprachigen Bedienerführung auch für Nutzer ohne Vorkenntnisse eignet.

Sowohl der ConBee-2-Stick als auch das RasPi-Aufsteckmodul eignen sich ausschließlich für Komponenten, die nach dem Zigbee-Standard arbeiten. Z-Wave-Geräte unterstützt der Hersteller bislang nicht.

Inbetriebnahme

Deconz lässt sich aus dem entsprechenden Repository, das Sie in Ihre Ubuntu-Installation integrieren, einfach installieren. Der Hersteller stellt dazu eine genaue Anleitung auf seiner Webseite bereit [8]. Anschließend finden Sie im Untermenü Entwicklung des Desktops einen entsprechenden Starter.

Für das Gateway benötigen Sie keine zusätzlichen Kernel-Module, jedoch installiert die Software beim ersten Start noch ein paar Abhängigkeiten automatisch nach. Anschließend öffnet die Startroutine einen aufgeräumten Programmbildschirm (Abbildung 1).

Abbildung 1: Nach dem ersten Start zeigt sich Deconz aufs Wesentliche beschränkt.

Durch einen Klick auf Connect verbinden Sie zunächst das Gateway mit der Steuersoftware. Nach wenigen Sekunden stellt die Software den Kontakt zum ConBee-Stick her. Die Ansicht wechselt nun in ein neues Fenster mit einer Darstellung des Zigbee-Netzes. Darin befindet sich zunächst nur das Gateway; die aktive Verbindung erkennen Sie an einer symbolischen Feldstärkeanzeige links oben. Sie bauen nun das Zigbee-Netz auf, indem Sie oben mittig auf Join klicken.

Nach der Initialisierung des Sticks im Zigbee-Netz erscheint oben in der Mitte des Fensters in grüner Schrift die Anzeige In Network. Links im Fenster sehen Sie eine vertikale Leiste, in der Sie Daten zu den jeweiligen Knoten und, sofern konfiguriert, Clustern abrufen (Abbildung 2). Als Knoten (Node) bezeichnet die Software dabei alle im Zigbee-Netz vorhandenen Geräte, unabhängig von deren Funktion. Deconz scannt nun die Umgebung nach Zigbee-Geräten ab und visualisiert nach und nach alle eingeschalteten Zigbee-Systeme, die es findet.

Abbildung 2: Unkonfiguriert besteht das Zigbee-Netz zunächst nur aus dem Gateway.

Die Linien, die die Nodes dabei verbinden, erscheinen je nach Signalqualität in unterschiedlichen Farben, wobei Grün auf eine gute Verbindung hinweist. Qualitativ nachlassende Verbindungen, die beispielsweise über zu große Entfernungen oder durch Wände hindurch entstehen, erscheinen in orangefarbenem bis rotem Farbton.

Um die technischen Statusangaben einzelner Geräte abzurufen, klicken Sie beim jeweiligen Device auf das rechts in der Gerätedarstellung vorhandene Optionsfeld. Klicken Sie danach auf einen der tabellarisch dargestellten Parameter, ändert sich links vertikal das Konfigurationsmenü, in dem Sie die jeweiligen Einstellungen modifizieren (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die integrierten Zigbee-Geräte lassen sich in der grafischen Oberfläche bis ins Detail konfigurieren.

Einfacher

Da dieses Prozedere insbesondere Einsteigern und Zigbee-Neulingen eine solide Einarbeitung abverlangt, bietet die Firma auch eine einfachere, ins Deutsche lokalisierte, webbasierte Steuersoftware speziell für die Leuchtensteuerung an. Sie erreichen sie, indem Sie entweder in Deconz oben rechts auf Phoscon App klicken oder von einem anderen Rechner im Intranet aus im Webbrowser die URL aus Listing 1 eingeben. Im Browserfenster wählen Sie das Gateway, dessen Zigbee-Netz Sie konfigurieren möchten.

http://IP-Adresse-Deconz-System:8080/pwa/login.html#host/IP-Adresse-Deconz-System:8080

Danach melden Sie sich am gewählten Gateway an und gelangen nun in das Dashboard. Zur deutschen Lokalisierung wechseln Sie, indem Sie links oben auf das Hamburger-Menü klicken und die Option Einstellungen | Darstellung anwählen. Anschließend öffnen Sie unter Geräte | Lichter den Dialog zum Einstellen von Leuchten.

Die automatische Suche nach Zigbee-Leuchten starten Sie mit einem Klick auf Neue Lichter verbinden. Die Applikation sucht nun im Zigbee-Netz nach neuen Leuchtmitteln und ordnet sie tabellarisch im Fenster an. Allerdings findet Deconz nur zum Zeitpunkt der Suche angeschaltete Leuchtmittel. Leuchten der Hersteller Ikea und Osram müssen Sie zudem aus- und wieder einschalten, damit das Gateway sie beim Suchlauf findet (Abbildung 4). Sensoren und Schalter, die der Leuchtensteuerung dienen, integrieren Sie auf dieselbe Weise ins Zigbee-Netz.

Abbildung 4: Per Mausklick suchen und finden Sie Ihre smarten Leuchten.

Steuerung

Um die Leuchten zu steuern, fügen Sie diese zunächst einer Gruppe hinzu. Dazu legen Sie in einem ersten Schritt im primären Fenster über den oben links eingeblendeten Button + Gruppe hinzufügen eine neue Gruppe an, der Sie die entsprechenden Leuchten hinzufügen. Dazu wählen Sie die Gruppe aus und aktivieren rechts im Fenster die Option Lichter verwalten. Nun fügen Sie im Dialog Verfügbare Lichter die gewünschten Leuchten der Gruppe hinzu, wobei Sie die Übernahme in die Gruppe jeweils im eingeblendeten Dialog speichern müssen.

Über Zurück oben links gelangen Sie zurück in die Gruppe, aus der heraus Sie im Dialog Lichter die Leuchten einzeln oder in ihrer Gesamtheit per Schieberegler steuern. Das Fenster zeigt dabei den Zustand der einzelnen Leuchten grafisch an, ebenso wie die gerade für die Steuerung aktivierte Leuchte (Abbildung 5).

Abbildung 5: Leuchten lassen sich sowohl einzeln als auch als Gruppe ansteuern.

In Szene gesetzt

Handelsübliche moderne smarte Leuchtmittel lassen sich in aller Regel dimmen. Die Phoscon-App steuert daher auch bei Zigbee-Leuchten die Helligkeit an. Dazu bietet sie verschiedene, definierbare Szenen. Im jeweiligen Gruppenmenü finden Sie dazu den Szeneneditor, mit dessen Hilfe Sie Szenen anlegen. Klicken Sie dazu auf + Szene hinzufügen oben links.

Im Lichterdialog für alle Leuchten dieser Gruppe oder die einzelnen Leuchtmittel passen Sie die Helligkeit und, sofern die Lampe diese Funktion unterstützt, die Lichtfarbe an. Zusätzlich stellen Sie über Einstellungen eine Überblendzeit per Schieberegler ein. Nach dem Sichern wird die Szene der Gruppe zugeordnet. Sofern sich in der aktiven Gruppe Sensoren befinden, legen Sie über Sensorsteuerung jeweils Aktionen dafür fest.

Über das Menü Zeitsteuerungen lassen sich darüber hinaus für die aktive Gruppe die Leuchtmittel zeitgesteuert ein- und ausschalten. Dazu klicken Sie links oben im Fenster auf die Schaltfläche + Zeitsteuerung, um eine Zeit für eine Aktion einzugeben oder einen Timer zu definieren. Die jeweiligen Einstellungen lassen sich wiederum mit einer der hinterlegten Szenen kombinieren und mit Wochentag, Uhrzeit und Überblendzeit der Leuchten versehen (Abbildung 6).

Abbildung 6: Mit wenigen Eingaben schalten Sie Ihre Leuchten zeitgesteuert ein und aus.

Schalter

Über die Gruppe Geräte | Schalter lernen Sie außerdem in die Phoscon-App integrierte Schalter an. Dabei unterstützt die App bereits zahlreiche Schalter unterschiedlicher Hersteller. Über Neuen Schalter verbinden öffnen Sie ein neues Fenster und wählen darin einen Hersteller aus.

Danach sucht die Software die Schalter und integriert sie automatisch in das Zigbee-Netz. Sobald Sie einen Schalter mit ihnen verbinden, blinken die entsprechenden Leuchten kurz auf. Danach lässt sich zusätzlich zur App das Funktionsspektrum der Schalter bei der Leuchtensteuerung nutzen (Abbildung 7).

Abbildung 7: Auch smarte Schalter steuert die App an.

Gateway

Da das Zigbee-Netz im selben 2,4-GHz-Frequenzspektrum arbeitet wie handelsübliche WLAN-Standards, kommt es mitunter beim Benutzen beider Standards zu Überschneidungen – und damit zu unerwünschten Effekten in beiden Netzen. In diesem Fall ordnen Sie über die Phoscon-App dem Gateway einen neuen Funkkanal zu.

Dazu öffnen Sie in der App das Einstellungsmenü und wählen die Option Gateway. Über die Schaltfläche ZigBee Kanal wechseln steuern Sie einen anderen Kanal an. In einem gesonderten Fenster stellt die Software vier verschiedene Kanäle zur Auswahl. Nach dem Wechsel dauert es, je nach Anzahl der angemeldeten Geräte, einige Minuten, bis alle Komponenten den Kanalwechsel vollziehen (Abbildung 8).

Abbildung 8: Im Bedarfsfall konfigurieren Sie das Gateway um.

Fazit

Die Hausautomationslösung von Dresden Elektronik überzeugt im Test. Der ConBee-2-Stick lässt sich unter Linux problemlos betreiben und erkennt die einzelnen Komponenten zuverlässig, auch über weitere Entfernungen.

Die Deconz-Software eignet sich für Endanwender ohne Vorkenntnisse nur bedingt, da sie technisches Wissen über die Funktionsweise des Zigbee-Netzes und der einzelnen angeschlossenen Geräte voraussetzt. Die Phoscon-App, die Sie mit einem einzigen Mausklick starten, eignet sich dagegen auch hervorragend für Einsteiger. Die App erlaubt es, schnell und effizient auch in größeren Gebäuden eine Lichtsteuerung anzulernen.

Möchten Sie herstellerübergreifend ein smartes Zigbee-Netz nutzen und dabei nicht viel Geld für mehrere Steuergeräte ausgeben, bieten sich der ConBee-2-Stick beziehungsweise das Aufsteckmodul für den RasPi mit den vorhandenen Anwendungen als Mittel der Wahl an.