Domotica: de belangrijkste standaarden vergeleken

De voorbije jaren heeft het Internet of Things een grote stijging in populariteit gekend. Volgens Gartner zullen er tegen 2020 maar liefst 26 miljard Internet of Things-toestellen bestaan. Een belangrijke groep binnen het Internet of Things is domotica, welke al in zwang was alvorens fabrikanten voor het eerst de woorden Internet of Things in de mond namen. Enkele bekende voorbeelden van domotica zijn de Hue-lampen van Philips, de slimme thermostaat van Nest en beveiligingscamera’s die je met het netwerk kan verbinden.

Je zou denken dat je het ultieme slimme huis kan creëren door verschillende van deze producten in je huis te installeren en met elkaar en het internet te verbinden. Jammer genoeg is niets minder waar. Momenteel bestaat er immers geen standaard communicatieprotocol dat door fabrikanten wordt gebruikt. Er zijn verschillende protocollen in gebruik, waardoor de kans erg klein is dat je de slimme toestellen van verschillende fabrikanten met elkaar kan verbinden. Gelukkig zijn er enkele initiatieven die een einde proberen te maken aan de wildgroei van domoticastandaarden. Voordat zij erin slagen een standaardprotocol met succes naar voren te schuiven, zal je echter goed moeten uitkijken bij het aanschaffen van domoticatoestellen van verschillende fabrikanten.

X10

Eén van de oudste domoticastandaarden is X10, welke in 1975 werd geïntroduceerd. In tegenstelling tot meer moderne protocollen is X10 niet draadloos. Het maakt immers gebruik van het lichtnet om signalen uit te kunnen sturen naar verbonden toestellen. X10 verzendt digitale informatie door pieken van een 120 kHz-signaal uit te sturen. Deze pieken worden verzonden op het moment dat de wisselstroom – die eveneens op het lichtnet staat- de nuldoorgang bereikt. Op dergelijke momenten heeft de sinusgolf een waarde van nul volt en zal het slechts in beperkte mate kunnen interfereren met het 120 kHz-signaal.

Een digitale 1 wordt voorgesteld door een piek meteen gevolgd door de afwezigheid van een puls uit te sturen. Bij een nul gebeurt dit net andersom. Dankzij de startcode 1110 kunnen toestellen het begin van een bericht herkennen. Om te voorkomen dat berichten verkeerd worden verzonden, worden alle signalen tweemaal uitgestuurd. X10 heeft een datasnelheid van 20 bit/s, wat zo traag is dat het enkel bruikbaar is om toestellen in en uit te schakelen. Bovendien heeft het geen enkele vorm van encryptie. Indien je buren eveneens X10-toestellen gebruiken, kunnen hun signalen gaan interfereren met de signalen van jouw toestellen. Ook kan eenieder met een X10-afstandsbediening allerhande kattenkwaad uithalen.

Insteon

Door veiligheidsrisico’s, snelheidsproblemen en ouderdom wordt X10 momenteel slechts zelden gebruikt. Er zijn verschillende protocollen die de leemte vullen die hierdoor is gecreëerd. Naargelang het toepassingsgebied van een toestel zal een bepaalde standaard meer geschikt zijn dan een andere.

Een logische parameter waar eindgebruikers veel waarde aan hechten is of de standaard draadloos is of niet. X10 werkt via het lichtnet, waardoor je geen extra kabels hoeft te trekken doorheen je huis, maar je wel beperkt zal zijn door de infrastructuur die al aanwezig is. Om dit probleem van de baan te helpen, werd Insteon gecreëerd. Deze standaard is compatibel met X10 en kan zowel via het lichtnet als draadloos werken. Insteon zal zoveel mogelijk draadloos signalen versturen en ontvangen. In het geval van interferentieproblemen zal het protocol berichten via je lichtnet versturen. De draadloze communicatie van Insteon gebeurt op de frequentieband van 902 tot 924 Mhz. Het protocol heeft een bereik van 45 meter en haalt een gemiddelde snelheid van 180 bits per seconde.

Wifi

Een andere belangrijke parameter die door fabrikanten onder de loep wordt genomen, is de haalbare bandbreedte van een standaard. Voor de meeste toepassingen heb je een bandbreedte van enkele kilobits per seconde nodig, wat een stuk meer is dan X10 aankan. Bovendien vergen video’s nog meer van een netwerk. Om een filmpje te kunnen bekijken, dien je over een bandbreedte van ettelijke megabits per seconde te beschikken.

Met een theoretische snelheid van een gigabit per seconde is wifi het protocol bij uitstek voor domotica die veel bandbreedte nodig heeft. Wifi kost echter veel geld om in toestellen te integreren en was bovendien oorspronkelijk niet bedoeld voor domotica. Hierdoor verbruikt de standaard een hoop energie en vergt het veel rekenkracht van slimme toestellen. Domotica die slechts een beperkte bandbreedte nodig heeft – wat meestal het geval is – maakt daarom beter gebruik van een ander protocol.

Aangezien wifi in zo goed als alle huishoudens aanwezig is, heeft het ook enkele belangrijke voordelen. Toestellen die voorzien zijn van een wifichip kunnen gebruikmaken van een bestaand netwerk, in plaats van een nieuw netwerk te moeten opzetten. Ook is wifi een open standaard, wat inhoudt dat het protocol geen eigendom is van een bepaald bedrijf. Alle geïnteresseerde fabrikanten kunnen gebruik maken van wifi in hun toestellen.

Z-Wave

Zigbee en Z-Wave zijn allebei standaarden die geoptimaliseerd zijn voor domoticatoepassingen en worden momenteel het meest gebruikt. Z-Wave is de oudste van de twee protocollen en wordt ondersteund door 375 bedrijven. In totaal zijn er ongeveer 1.500 producten die volgens Z-Wave met elkaar kunnen samenwerken. Je dient echter wel uit te kijken van welke landen je slimme toestellen koopt. De frequentie waarop de toestellen met elkaar communiceren, varieert immers van regio tot regio. In de Verenigde Staten wordt bijvoorbeeld de frequentie 908,42 MHz gebruikt, terwijl binnen Europa de frequentie 868,42 MHz in trek is. Hierdoor zijn niet alle Z-Wave-toestellen compatibel met elkaar.

Ieder Z-Wave-netwerk en alle toestellen die zich binnen het netwerk bevinden, krijgen een unieke ID toegekend. Hierdoor is het onmogelijk voor toestellen die tot een ander netwerk behoren om met jouw producten te communiceren. Bovendien zijn alle berichten geëncrypteerd met AES-128. Dat is dezelfde encryptie die door grote banken wordt gebruikt.

Zigbee

In tegenstelling tot Z-Wave is Zigbee open technologie die door iedereen gebruikt mag worden. Het protocol is gebaseerd op de IEEE 802.15.4-standaard en maakt gebruik van de 2,4 GHz-frequentie. Een hogere frequentie laat een hogere bandbreedte toe, waardoor Zigbee snelheden tot 250 kilobit per seconde haalt. Z-Wave heeft een maximum bandbreedte van 100 kbps. De 2,4 GHz-band wordt echter eveneens door wifi gebruikt, wat tot interferentie en lagere snelheden kan leiden.

Zigbee wordt onder andere door Philips, GE, LG, Logitech en Samsung gebruikt. De standaard ondersteunt domotica die voorzien is van batterijen en tot wel zeven jaar autonomie hebben. Je kan Zigbee echter eveneens gebruiken voor slimme toestellen die geen accu nodig hebben, zoals lichtschakelaars. Net als bij Z-Wave wordt de communicatie van Zigbee beveiligd met behulp van AES-128.

Mesh

Zigbee, Z-Wave en de meeste andere draadloze domoticaprotocollen maken gebruik van een technologie die mesh wordt genoemd. Mesh is een communicatienetwerk dat bestaat uit radionodes die signalen kunnen ontvangen en versturen. In het geval van domotica zullen je slimme toestellen de radionodes zijn. Apparaten die gebruik maken van hetzelfde protocol kunnen signalen van elkaar ontvangen en deze opnieuw uitsturen. Op deze manier wordt het bereik van een domoticanetwerk drastisch vergroot.

Als voorbeeld nemen we een huis waarin Zigbee, dat een bereik van zo’n tien meter heeft, wordt gebruikt en een aanstuurpunt, toestel 1, toestel 2 en toestel 3 staan. Toestel 3 staat verder dan tien meter van het aanstuurpunt en is in theorie dus onbereikbaar. Dankzij meshnetworking zal het signaal echter van het aanstuurpunt naar toestel 1 worden gestuurd. Dit toestel detecteert dat het bericht niet voor hem bedoeld is en stuurt het signaal verder naar toestel 2, dat binnen een straal van tien meter staat. Bij toestel 2 gebeurt hetzelfde proces, waardoor het bericht uiteindelijk toestel 3 bereikt. Door alle toestellen telkens binnen elkaars bereik te plaatsen, kan je een erg groot netwerk creëren.

Hub

Draadloze domoticastandaarden hebben meestal een hub nodig. Dit toestelletje fungeert als een netwerkcontroller en maakt verbinding met je thuisnetwerk. De hub zal de communicatie tussen al je slimme apparatuur regelen en zorgt ervoor dat de berichten die je via een app stuurt bij het juiste toestel terechtkomen.

Veel hubs hebben als bijkomende voordeel dat ze verschillende domoticaprotocollen ondersteunen. Hierdoor kan je je slimme huis voorzien van toestellen die verschillende standaarden ondersteunen en ze toch met elkaar laten communiceren. Jammer genoeg is het aantal verschillende protocollen die door hubs worden ondersteund eerder beperkt.

Verschillende fabrikanten bieden hun eigen hub aan bij hun producten. Wanneer je bijvoorbeeld een starterspakket van Philips Hue-lampen koopt, zal je behalve lampen eveneens een bridge krijgen. Dit toestel zal de lampen kunnen aansturen en ondersteunt Zigbee. Ook Samsung biedt een hub voor je slimme huis aan onder de naam SmartThings. De hub kan de slimme toestellen van Samsung aansturen en ondersteunt wifi, ZigBee en Z-Wave. Jammer genoeg is het Verenigd Koninkrijk voorlopig het enige Europese land waar je de hub kan aanschaffen.

Europese standaard

Zoals je tot nu toe hebt kunnen lezen, zijn er allerhande domoticastandaarden in omloop die niet met elkaar compatibel zijn. Je kan dit probleem voor een stuk wegwerken door een hub te gebruiken die de juiste protocollen ondersteunt, maar een elegante oplossing kan je dit moeilijk noemen. Om deze reden zijn er verschillende bedrijven samengekomen om een standaard protocol te ontwerpen. De grote variatie in standaarden is immers niet alleen voor consumenten vervelend, maar maakt het eveneens voor fabrikanten moeilijk. Van welk protocol moeten ze hun slimme toestellen voorzien om de meeste gebruikers aan te spreken? Door een standaardprotocol naar voren te schuiven, kunnen ze zich ervan vergewissen dat ze bij het foutief beantwoorden van deze vraag geen klanten mislopen.

Eén van de eerste standaardprotocollen voor domotica kent zijn oorsprong in België. In 1990 kwamen verschillende bedrijven samen in Brussel en werd de European Installation Bus Association opgericht. Een jaar later publiceerde de associatie de eerst open specificatie voor European Installation Bus (EIB) en in 1992 werd het eerste product dat gebruikt maakte van EIB gelanceerd.

KNX

EIB gebruikte het traditionele wisselstroomnetwerk van 230 V als stroomvoorziening en een parallel DC-circuit van 30 V om signalen over te versturen. Een controller werd tussen het net en de gebruiker geplaatst, waardoor domotica kon worden aangestuurd. In een latere variant van het protocol werd de mogelijkheid geïntroduceerd om de communicatie eveneens via het lichtnet te laten verlopen.

In 2001 werd de opvolger van EIB aangekondigd. KNX maakt gebruik van EIB als basis, maar voegt hier extra functionaliteit aan toe. Zo kan je KNX eveneens gebruiken als draadloos protocol. In 2003 werd KNX gecertificeerd door de European National Committees, waardoor het de officiële Europese standaard werd. In 2006 werd KNX uitgeroepen tot de wereldwijde standaard voor huis- en gebouwenautomatisering. Momenteel zijn er 405 fabrikanten die KNX-producten maken in 40 verschillende landen en maar liefst 65.323 KNX-partners wereldwijd.

Google Nest

Google dook in 2014 de wereld van de huisautomatisering in door de overname van Nest. Nest is voornamelijk bekend voor zijn slimme thermostaten, maar was eveneens op de achtergrond bezig met het creëren van een standaard domoticaprotocol, Thread genaamd. Google heeft de fakkel van het bedrijf overgenomen en heeft verschillende organisaties aangetrokken die mee willen helpen aan het protocol. Onder andere ARM, Samsung, Qualcomm en LG hebben hun schouders onder het project gezet.

De Thread-architectuur maakt gebruik van de IEEE 802.15.4-standaard. Deze standaard definieert de fundamentele netwerklagen voor goedkope en trage communicatie tussen toestellen. Thread-apparaten maken gebruik van 6LoWPAN (Low power Wireless Personal Area Networks), waarbij IPv6-pakketjes worden verzonden en ontvangen over een 802.15.4-netwerk. De makers van het protocol definieerden de standaard om kleine toestellen met een laag vermogen deel te laten nemen aan het Internet of Things. 6LoWPAN zorgt er met andere woorden voor dat alles – van kleine sensoren tot grote koelkasten – met het internet verbonden kan worden.

Thread-netwerk

Binnen een Thread-netwerk kunnen zich drie verschillende types toestellen bevinden. Het eerste type wordt de ‘border router’ genoemd, die je kan vergelijken met de hub die bij voorgaande protocollen wordt gebruikt. Deze router voorziet de verbinding tussen het 802.15.4-netwerk en een ander netwerk, zoals wifi, en voorziet de toestellen binnen het netwerk van services. Een Thread-netwerk heeft genoeg aan één border router, maar om redundatie in je opstelling te voorzien, kan je meerdere van de toestellen gebruiken. Op deze manier voorkom je dat je slimme huis niet langer functioneert nadat je border router het heeft begeven.

Routers verzorgen de routingdiensten binnen het Thread-netwerk. Ook helpen ze toestellen om op een veilige manier met het netwerk te verbinden. De hosts zijn de toestellen en sensoren die met het netwerk zijn verbonden. Ze communiceren uitsluitend via hun router en kunnen geen berichten doorsturen naar andere toestellen.

Apple HomeKit

Apple probeert de domoticawereld op een andere manier te standaardiseren met Apple HomeKit. Accessoires die compatibel zijn met HomeKit zullen met elkaar kunnen communiceren, ook al kan je ze zonder het platform van Apple onmogelijk met elkaar verbinden. Bovendien zal je de toestellen kunnen aansturen met je stem via Siri. Wanneer je bijvoorbeeld ‘Goedemorgen’ zegt tegen Siri op je iPhone of iPad zal je slimme thermostaat inschakelen, je slimme rolluiken zullen omhooggaan en je favoriete ochtendmuziek wordt gestart.

Om alle mogelijkheden van je HomeKit-compatibele toestellen te ontsluiten, dien je in de afzonderlijk iOS-apps initieel de instellingen aan te passen. Het platform van Apple is dus nog niet volledig gestroomlijnd, maar eenmaal je de nodige installatiestappen hebt doorlopen, zal Siri fungeren als een uniforme interface voor je domotica.