Sein Zuhause aufzurüsten, um es smarter zu machen, kann kaum mehr als Trend bezeichnet werden. Trends verschwinden nach einer Weile - die meisten Smart Home-Technologien sind aber auf Langlebigkeit ausgelegt und bleiben bestehen.
Eine beliebte Wahl, um Ihr Zuhause intelligenter und kostengünstiger zu machen, ist KNX, das es bereits seit 30 Jahren gibt. KNX ist ein weltweiter Standard für die Gebäudesteuerung und nimmt einen großen Anteil am Markt für busbasierte Gebäudeautomationssysteme ein. Das grüne KNX Kabel ist der Ort, an dem die Magie passiert, aber es ist nicht die einzige Möglichkeit, die es gibt.
In diesem Artikel stelle ich Ihnen die KNX Kommunikationssysteme ausführlich vor (KNX Kabel, KNX RF, KNX IP und Powerline), sowie die Möglichkeit, kabellose Geräte mit nur wenigen Klicks hinzuzufügen.
Der Schlüssel, um ein Gebäude "smart" zu machen, ist das Hinzufügen von Sensoren und Aktoren, die entweder mit oder ohne Kabel mit demselben lokalen Netzwerk verbunden sind. Man unterscheidet zwei Hauptmöglichkeiten:
Kabelgebundene Smart Home-Technologie:
Bei der kabelgebundenen Verbindung konzentriere ich mich auf EIB KNX Verkabelung, die entweder neben der Netzleitung oder nach einer vordefinierten Topologie innerhalb des Gebäudes verlaufen kann.
Eine einzelne KNX Linie kann bis zu 256 Geräte enthalten, obwohl die tatsächliche Anzahl von der Größe der KNX Spannungsversorgung auf der Linie und dem Gesamtstrom der Geräte abhängt. Sie können das System auch über eine einzelne Linie hinaus erweitern, wobei jede neue Linie (bis zu 15) mit einer Hauptlinie verbunden wird, um einen Bereich zu bilden.
Üblicherweise wird eine dezentrale KNX Baumtopologie verwendet, um "intelligente" Sensoren und Aktoren über ein KNX Kabel zu verbinden, wobei jedes Gerät mit jedem anderen Gerät kommunizieren kann.
Beispiel: Ein Lichtschalter kann einem Dimmer mitteilen, dass er auf 80% Helligkeit eingestellt werden soll, oder ein Präsenzmelder kann dem Aktor für die Wohnzimmerlampe mitteilen, dass sich keine Personen mehr im Raum befinden, so dass er sich ausschalten kann.
Das KNX Verdrahtungssystem ermöglicht es, jeden Sensor und jeden Aktor, der auf Sensoren einwirkt, durch ein Buskabel miteinander zu verbinden und ein Netzwerk möglicher Kommunikationen zu schaffen.
Kabellose Smart Home-Technologie:
Kabellose Smart Home-Technologie verbindet alle Ihre Geräte mit dem lokalen Netzwerk. Nicht nur Ihr Smartphone, sondern alle kabellosen Devices des Internets der Dinge (IoT) können verbunden werden und miteinander über das lokale Netzwerk oder sogar aus der Ferne über eine Internetverbindung kommunizieren. Sie können KNX auch drahtlos über KNX RF oder KNX IP Kabel verbinden, was weiter unten im Text noch genauer erklärt wird
Die drahtlose Hausautomatisierung funktioniert durch den Einsatz von Geräten mit geringem Stromverbrauch, die Informationen senden und empfangen können, z. B. Lichtsensoren, die die aufgehende Sonne erkennen und automatisch Ihre Schlafzimmervorhänge öffnen.
Mit dem Aufkommen von smarten Lautsprechern und Displays, insbesondere denen der drei Tech-Giganten: Apple, Alexa und Google, haben die IoT-Gadgets und -Geräte langsam ihren Weg in unsere Häuser gefunden. Der Grund dafür ist ihre Zugänglichkeit, die gesunkenen Preise und die Neigung der Menschheit zu ökologischem Bauen und Energiesparen durch Hausautomation. Von smarten Steckern bis hin zu intelligenten Lampen, Sensoren und Lautsprechern - kabellose Technologie ist seit ein paar Jahren schwer angesagt.
Der größte Vorteil von IoT Devices ist, dass sie einfach zu installieren sind - jeder kann es selbst machen - und sie mit Ihrem Smartphone bedient werden können. Es gibt mehrere verschiedene drahtlose Protokolle: von Bluetooth zu WiFi (am häufigsten) und ZigBee (hat weniger Überlastungsprobleme).
Der größte Nachteil der kabellosen Technologie ist die Interkonnektivität, die noch nicht zwischen den Marken besteht, was bedeutet, dass Sie für jeden Hersteller eine eigene App nutzen müssen. Ein weiterer Nachteil ist die geringere Stabilität und Konnektivitätsprobleme, die vor allem dann auftreten, wenn sich viele IoT-Geräte im selben Netzwerk befinden.
Dies soll sich mit dem für 2020 angekündigten Projekt Matter (früher bekannt als CHIP) ändern, das viele Hersteller und Protokolle unter einem Dach vereinen will. Matter plant die Unterstützung von Alexa, HomeKit, Google Home, sowie Ethernet, WiFi, Thread und Bluetooth LE.
Im Mai 2021 gaben sie bekannt, das Projekt weiter voranzutreiben. Mehr über den aktuellen Stand des Matter-Projekts finden Sie HIER.
Lassen Sie uns im nächsten Schritt die Vor- und Nachteile der einzelnen Optionen zur Erhöhung des IQ Ihres Zuhauses erläutern.
Die Vor- und Nachteile der KNX Verkabelung
VORTEILE:
- Absolute Zuverlässigkeit ohne Konnektivitätsprobleme
- Schnelle Ausführung der Geräte
- Gebaut für eine Lebensdauer von 30+ Jahren
- Einfaches Hinzufügen anderer KNX-zertifizierter Geräte, wo KNX Kabel installiert ist
NACHTEILE:
- Hohe Kosten beim Neu- oder Umbau
- Kostspielige Anpassung oder Erweiterung nach dem Einzug
- Kann nicht mit einer mobilen App out-of-the-box bedient werden
- Erfordert einen zertifizierten KNX Profi für die Installation
- Sie können die Installation nicht selbst durchführen
Die Vor- und Nachteile der kabellosen Technologie
VORTEILE:
- Relativ preiswert
- Sie können die Installation einfach selbst durchführen
- Kann mit einer mobilen App out-of-the-box gesteuert werden
- Die meisten bieten Sprachsteuerung
- Lässt Sie Ihr Haus einfach mit einer mobilen App automatisieren
NACHTEILE:
- Die Lebensdauer jedes Geräts beträgt nur etwa 5 Jahre
- Unzuverlässig, wenn die Internetverbindung langsam oder der WiFi-Router nicht gut genug ist
- Die Geräte von verschiedenen Herstellern sind (noch) nicht miteinander vernetzt
- Funktioniert in großen Installationen mit vielen Geräten (noch) nicht zuverlässig
KNX ist zwar nicht die einzige Bustechnologie auf dem Markt, aber es ist diejenige, die von einer großen Anzahl von Herstellern (500+) unterstützt wird, weit mehr als alle anderen Standards. Dies und die oben genannten Vorteile sind die Gründe, warum wir KNX jedem Smart Home-Besitzer empfehlen.
Wenn Sie sich für den Preis einer Installation interessieren, können Sie unseren KNX-Kostenrechner ausprobieren, der Ihnen eine Kostenschätzung für Ihr Haus oder Ihre Wohnung gibt.
KNX wurde zunächst für die Bedürfnisse großer, industrieller Anlagen und Gebäude entwickelt und erst später für kleinere Wohnprojekte eingesetzt. Die KNX Verkabelung kann die Kommunikationslast in einem riesigen Gebäudes problemlos bewältigen und somit auch ein Wohngebäude problemlos versorgen. Theoretisch kann ein KNX System aus 50.000 Geräten bestehen, sofern eine bestimmte Topologie eingerichtet wird.
KNX Produkte werden regelmäßig von unabhängigen Testlaboren auf Konformität geprüft, und jedes Produkt ist mit jedem anderen KNX-zertifizierten Produkt kompatibel. Der KNX Standard verbindet sie alle.
Die Funktionen des Hauses werden einfach in der "Engineering Tool Software" (ETS) konfiguriert und können jederzeit von einem zertifizierten Profi geändert oder angepasst werden.
KNX unterstützt verschiedene Arten von Kommunikationsmedien, was die Installation in neuen Gebäuden oder die Nachrüstung von alten Gebäuden vereinfacht. Es ist das einzige Bussystem, das diese große Vielfalt an Kommunikationsmedien bietet, die alle miteinander kombiniert werden können.
Die unterstützten Kommunikationsmedien sind: KNX TP-Kabel (Twisted-Pair-Kabel, basierend auf einem Standard 2-Draht-Buskabel), PL (PowerLine, nutzt das vorhandene 230-V-Netz), RF (Radio Frequency) und auch Ethernet (IP-Kabel).
Im Folgenden werde ich jeden Typ vorstellen und die jeweiligen Vorteile aufzeigen:
1. KNX Twisted-Pair-Kabel (KNX TP)
Dies ist die KNX Verkabelung, die ich von Anfang an in diesem Artikel angepriesen habe
Das grüne KNX Kabel erfüllt alle technischen Eigenschaften und ist sofort als EIB KNX Busleitung erkennbar. Es stellt das gängigste Medium für KNX Installationen dar. Das Twisted-Pair-Kabel hat zwei Adern, die miteinander verdrillt sind (wie der Name schon sagt) und eine Außenbeschichtung aus Polyethylen (PE). Diese Art der KNX Verkabelung ist einfach zu installieren und kostengünstig. Sie hat die Aufgabe, die Kommunikation zwischen dem Aktor und den Sensoren zu ermöglichen und die Buslinie mit Strom zu versorgen.
So sieht es aus:
Die roten und schwarzen Adern werden für die Signalübertragung, also die Kommunikation (Datenpakete), verwendet. Mit diesen beiden Adern wird der gesamte KNX Bus verdrahtet und mit Spannung versorgt. Die gelben und weißen Adern stellen bei Bedarf eine zusätzliche Leistung zur Verfügung, werden aber im Allgemeinen nicht verwendet.
KNX TP wird in der Regel für Neuinstallationen, umfangreiche Renovierungen oder den hohen Kommunikationsbedarf von großen Gebäuden verwendet.
Bei der Installation verläuft das KNX/EIB-Kabel in der Regel neben der normalen 230V Leitung und kann vom Bauelektriker mitverlegt werden. Es kann mit freier Topologie installiert werden (Stern, Linie, Bus und Baum sind die gängigsten Methoden) - die einzige Einschränkung ist, dass an keiner Stelle des Busses eine Schleife entstehen darf. Die empfohlene Form ist die Linienstruktur (Daisy Chain), weil sie die Fehlersuche und Wartung erleichtert.
Die Busteilnehmer können leistungstechnisch mit Spannungen von 21 V bis 30 V umgehen, sodass in der KNX Leitung ein Toleranzbereich von 9 V zur Verfügung steht. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit beträgt 9600 Bit pro Sekunde, wobei die Information byteweise übermittelt wird.
Die Informationen, die über die KNX Leitung ausgetauscht werden, werden als Telegramme bezeichnet. Diese bestehen aus einer Folge von Zeichen, wobei ein Zeichen von acht Nullen und Einsen gebildet wird. Mehrere Zeichen werden wiederum zu einem Feld zusammengefasst. Jedes KNX TP Telegramm hat vier Felder:
Ein Telegramm kann nur dann gesendet werden, wenn gerade kein anderes gesendet wird. Um Kollisionen beim zeitgleichen Senden zweier Teilnehmer zu vermeiden, werden die Telegramme auf Basis eines CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) priorisiert. Der KNX Installateur gibt vor, welche Telegramme im Falle einer Kollision Priorität haben.
Der Hauptvorteil des TP-Kabels besteht darin, dass beliebige Busteilnehmer davon getrennt werden können, ohne die gesamte Datenübertragungsleitung zu stören. Das liegt daran, dass jedes Gerät über eine Busklemme angeschlossen ist, die so aussieht:
Die Einheit einer KNX TP Installation ist eine Linie, die eine Spannungsversorgung und bis zu 64 Busteilnehmer beinhaltet. Die KNX Leitung kann beliebig verlegt werden, wobei später jederzeit weitere Verzweigungen hinzugefügt werden können. Diese äußerst flexible Topologie wird als freie Baumstruktur bezeichnet.
Sie ist nicht auf 64 Geräte beschränkt, sondern kann mit einem Linienverstärker um weitere 64 Busteilnehmer erweitert werden. Bei maximal drei parallel betriebenen Linienverstärkern in einer Linie beträgt die maximale Geräteanzahl 255. Eine weitere Möglichkeit, die Anlage zu erweitern, stellt das Anlegen neuer Linien mit Linienkopplern dar.
Die KNX Leitungslängen sind beschränkt, um eine schnelle und zuverlässige Kommunikation zu gewährleisten (die Spannung fällt mit der Länge der Leitungen ab). Hier sehen Sie, warum sich mit der Kopplung von KNX TP Linien auch riesige Anlagen der industriellen Gebäudetechnik problemlos handhaben lassen.
- Entfernung vom Gerät zur Spannungsversorgung: max. 350 m
- Entfernung zwischen zwei Geräten in einer Linie: max. 700 m
- Länge eines Liniensegments: max. 1.000 m
2. KNX Powerline (KNX PL)
Die Nutzung der vorhandenen Stromkabel stellt eine gute und kostengünstige Möglichkeit für die Nachrüstung einer Wohnung mit KNX dar, da keine separate Busleitung verlegt werden muss.
Das bedeutet, dass keine zusätzliche Stromversorgung benötigt wird, da diese aus dem 230-V-Stromnetz der Wohnung kommt. Die Datenübertragung beträgt 1.200 Bit pro Sekunde und erfolgt in Form eines Telegramms. KNX PL Telegramme sind erweiterte KNX TP Telegramme und funktionieren auf ähnliche Weise.
Die Topologie ähnelt der des KNX IP Kabels, sie besteht aus Linien und Bereichen. Ein Bereich wird gebildet, indem 15 KNX PL Linien mittels Twisted-Pair-Leitung gekoppelt werden. Um Kollisionen zwischen Telegrammen zu vermeiden, benötigt KNX PL (wie KNX TP) den Buszugriff, um einige der Telegramme zu verzögern und andere zu priorisieren.
Das funktioniert so: Der Standardzustand aller Busteilnehmer ist der Empfangsmodus - nur wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, können sie in den Sendemodus wechseln. Erkennt ein Gerät die Bitfolge einer Präambel, zeigt ihm dies an, dass der Bus von einem anderen Teilnehmer belegt ist. Es wird zwischen den beiden Zuständen “Bus belegt” und “Bus gesperrt” unterschieden.
Empfängt ein Gerät ein “Bus belegt”-Signal, wird die Übertragung seines Telegramms auf einen späteren Zeitpunkt verschoben, der zufällig aus einer von sieben möglichen Optionen ausgewählt wird. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kollisionen enorm reduziert
Quelle: https://www.knx.org/wAssets/docs/downloads/Marketing/Flyers/KNX-Basics/KNX-Basics_de.pdf (Seite 8)
3. KNX Radio Frequency (KNX RF)
In Situationen, in denen es nicht möglich ist, eine neue KNX Verkabelung im Gebäude zu verlegen, ist KNX RF auch eine geeignete Option für die Datenübertragung. Sie wird auch regelmäßig zur Verlängerung der KNX TP Verkabelung verwendet. So können die Geräte drahtlos gesteuert werden, während jedes Gerät durch Batterien mit Strom versorgt wird.
Die Kommunikation wird in Form von Gruppentelegrammen (Multicast-Telegrammen) geführt. Das bedeutet, dass ein einzelnes Telegramm von mehreren Geräten gleichzeitig empfangen und gelesen werden kann und z. B. mehrere Leuchten gleichzeitig einschalten kann.
Die Funktechnik funktioniert im Allgemeinen durch Modulation einer Trägerschwingung mit den zu übertragenden Informationen. Dies kann entweder durch Modulation der Amplitude, der Frequenz, der Phase oder einer Kombination daraus erfolgen. Das Signal wird dann zu den Empfängern gesendet, die die Informationen daraus wiedergewinnen.
KNX RF verwendet die Frequenzmodulation, bei der die logischen Zustände Null und Eins durch geringfügige Abweichung von der Frequenz der Trägerschwingung, auch als Mittenfrequenz bekannt, erzeugt werden. Die Wahl der richtigen Mittenfrequenz bestimmt die Übertragungsleistung.
Es gibt zwei aufwärtskompatible Versionen von KNX RF - KNX RF Ready und KNX RF Multi.
KNX RF Ready: Die Mittenfrequenz beträgt 868,3 MHz, und es ist nur ein Kommunikationskanal verfügbar. Der Nachteil ist, dass es anfällig für Störungen durch Nicht-KNX-Funksysteme in der Nähe ist, da nur ein Kanal zur Verfügung steht
KNX RF Multi: Hier wird diese Störung überwunden, indem die Geräte von einem belegten Kanal (z. B. F1, der mit dem von KNX RF Ready verwendeten Kanal identisch ist) auf einen anderen Funkkanal wechseln können, d. h. idealerweise auf zwei weitere schnelle Kanäle (F2 und F3) oder zwei langsame Kanäle (S1 und S2).
Die schnellen Kanäle sind für Anwendungen gedacht, die vom Menschen bedient werden (Licht, Jalousien), während die langsamen Kanäle für Geräte gedacht sind, die nicht permanent im Empfangsmodus sein müssen (HLK-Regelungen). Schnelle Kanäle haben eine Datenrate von 16,384 kbps, langsame Kanäle nur die Hälfte davon.
Mit KNX RF müssen die Geräte nicht hierarchisch angeordnet werden und können überall installiert werden, solange sie sich in Reichweite des RF Linienkopplers befinden.
4. Ethernet (KNX IP)
Die Ethernet- oder IP-Verbindung dient der Zusammenführung verschiedener KNX Bereiche im lokalen Netzwerk, insbesondere in Verbindung mit der Internetverbindung.
Auch wenn die IP-Kommunikation immer beliebter wird, ist das KNX TP Kabel immer noch energieeffizienter und bietet mehr Flexibilität beim Verknüpfen und Entkoppeln von Sensoren und Aktoren. KNX IP kann anstelle von Haupt- und Bereichslinien von TP Kabeln verwendet werden, sofern Sie einen KNX IP Router haben, der die KNX Telegramme routet.
Die maximale Länge des Ethernet-Kabels beträgt ca. 100 m.
Als Kommunikationsprotokolle werden die Protokolle der TCP/IP-Gruppe verwendet, zu der auch das UDP-Protokoll gehört. Das TCP-Protokoll baut eine permanente, fehlergeprüfte Verbindung auf und stellt sicher, dass alle Datenpakete in der richtigen Reihenfolge gesendet und vom Empfänger erfolgreich rekonstruiert werden (verbindungsorientiertes Protokoll). Das UDP-Protokoll wird für Applikationen (z. B. Audio- und Video-Streaming) verwendet, die den gelegentlichen Verlust von Datenpaketen tolerieren.
Das KNX System verwendet zwei Ethernet-Kommunikationsmethoden → Tunneling und Routing, die beide das UDP-Protokoll verwenden. Tunneling wird verwendet, um aus einem lokalen Netzwerk oder dem Internet auf den Bus zuzugreifen, um z. B. die KNX Installation zu programmieren.
Routing wird für den Austausch von Telegrammen über ein Ethernet-Netzwerk verwendet, z. B. für die Kopplung zweier KNX TP Systeme über Ethernet.
Mehr zur IP-Kommunikation über einen KNX IP-Router finden Sie HIER.
Integrieren Sie drahtlose IoT-Technologie in ein verkabeltes KNX Smart Home
Obwohl wir KNX für die Heimautomation, Stabilität und Flexibilität empfehlen, halten wir es für wichtig, dass Sie Ihr Zuhause zukunftssicher halten und Unabhängigkeit bei der Verwaltung Ihrer Heimautomation gewinnen.
Deshalb haben wir eine Lösung entwickelt, die die Lücke zwischen KNX und kabellosen Geräten schließt. Mit Hilfe unserer Geräte: 1Home Bridge (KNX zertifiziert) oder 1Home Box sind Sie in der Lage, Apple HomeKit, Amazon Alexa oder Google Home Plattformen in Ihr KNX zu integrieren.
Das bedeutet, dass Ihre KNX Geräte in die mobile App von Apple Home, Amazon Alexa oder Google Home importiert werden, um sie durch Antippen oder Sprachbefehle zu steuern. Mit dieser Integration können Sie auch alle kompatiblen kabellosen IoT-Geräte hinzufügen, z. B. Philips Hue-Lampen, IKEA Trådfri-Geräte, Sonos-Lautsprecher, Apple Watch, Nuki Smart Lock und Tausende mehr.
So stellen Sie eine Verbindung her:
Happy Smart Homing!