Oktober 2017
Utopie: één standaard voor woning- en gebouwautomatisering
Wanneer komt er nu eindelijk een toonaangevend winnaar in de standaardisering van woning- en gebouwautomatisering? Het zou voor veel installateurs en consumenten duidelijkheid scheppen, maar het is een vraag die onbeantwoord zal blijven. Vanaf het begin zijn er meerdere standaarden in omloop, en die zullen zeker voortbestaan. Wel zijn er strategische keuzes te maken, afhankelijk van werkveld en doelgroep.
In de eerste plaats is het zinvol om de begrippen protocol en standaard uit elkaar te halen. Bijna alle vormen van woning- en gebouwautomatisering gebruiken voor de communicatie tussen apparaten, sensoren en schakelaars een of meerdere protocollen. Een protocol is een 'taal' waarmee componenten met elkaar 'praten'. Sommige protocollen zijn beperkt, en werken tussen enkele componenten of systemen. Vaak zijn dat fabrikantspecifieke protocollen. Zodra meerdere leveranciers hun protocollen op elkaar afstemmen of, beter nog, hetzelfde protocol gebruiken, dan spreken we over een standaard.
De drager en het protocol
Het internet is, in tegenstellig tot wat vaak wordt gedacht, op zichzelf geen protocol. Het is wel een drager voor protocollen. Zo zijn er uiteenlopende internetprotocollen, erg veel zelfs, zoals er ook vele wifi-protocollen zijn. Maar de internettechnologie is feitelijk een gestandaardiseerde drager voor protocollen. Dat is een belangrijk uitgangspunt wanneer het gaat over standaarden, aangezien veel standaarden communiceren via internet (of ethernet), bekabeld of draadloos. Andere gestandaardiseerde protocollen communiceren ook via buskabels, over 230 V-kabels, of gebruiken specifieke draadloze frequenties.
Nieuwe toetreders
Om het nog iets ingewikkelder te maken, zijn er de laatste tijd nieuwe toetreders in de smart home-markt met een eigen systeem. Veel mensen denken dat Homekit van Apple, Weave van Google of IFTTT (if this than that) aparte protocollen zijn; je kunt er tenslotte apparaten mee aansturen. Dat is niet zo. Het zijn overkoepelende 'informatieschema’s', waarmee je vastlegt wat een apparaat kan, en hoe het communiceert met andere apparaten. Deze schema’s zorgen ervoor dat apparaten met elkaar kunnen praten. Het idee achter Homekit en Weave is dat apparaten met elkaar kunnen communiceren zonder specifieke details van het apparaat te weten, zoals de fabrikant, onderdelen of besturingssysteem. Zo kan Homekit werken met wifi, Bluetooth of Zigbee, door die specifieke protocollen aan elkaar te verbinden. In de toekomst zullen deze informatieschema's steeds meer protocollen ondersteunen.
Inventarisatie van standaarden
Er zijn, afhankelijk van de toepassing, wel een aantal veelgebruikte protocollen die zich tot standaard hebben opgewerkt. In de woning is dat in de eerste plaats wifi, maar ook Bluetooth en IP (zoals gezegd zijn hier meerdere varianten van). Daarnaast zijn Z-wave, Zigbee en KNX minstens zo belangrijk. Relatief nieuw is de standaard Thread, dat via IPv6 (dus een internetprotocol) werkt.
In de utiliteit zijn de bekendste en meest gebruikte standaarden KNX, Bacnet, Dali en Modbus.
Wifi is wereldwijd het bekendste communicatieprotocol.
De belangrijkste standaarden uitgelicht:
Wifi
Wifi is een veelgebruikt protocol voor communicatie tussen smart home-apparaten. Grote voordeel is dat wifi al in veel huishoudens aanwezig is. Dit voordeel is tegelijk een nadeel. Doordat veel apparaten wifi gebruiken, ontstaan er makkelijk en snel storingen door ruis in het signaal. Dit komt de reactiesnelheid en accuraatheid van de apparaten niet ten goede. Daarnaast vreet wifi energie. Veel slimme apparaten, zoals sensoren, sloten of schakelaars, hebben snel een lege batterij als ze via wifi communiceren.
Bluetooth Mesh
Bluetooth Sig, de organisatie achter de bluetooth-verbinding, introduceert de standaard Bluetooth Mesh als smart home-protocol. Apparaten met low-power Bluetooth aan boord kunnen zo een eigen mesh-netwerk opzetten en in stand houden. Met een mesh-netwerk in huis, op basis van wifi, zorg je ervoor dat je een betere verbinding hebt, ongeacht de locatie van het ontvangende product.
Z-Wave
Z-Wave is specifiek ontwikkeld voor smart home-apparaten. Z-Wave maakt een eigen netwerk aan, naast het bestaande wifi-netwerk. Via een hub die met een router communiceert, kun je apparaten via smartphone of tablet bedienen. Z-Wave is geschikt voor specifieke commando’s die weinig data vragen en via een lage frequentie communiceren. Daardoor is er relatief weinig interferentie. Er kunnen zowel draadloze als bedrade apparaten via het Z-Wave protocol samen in een mesh-netwerk zitten. Er zijn inmiddels zo'n 600 bedrijven lid van de Z-Wave alliance, samen goed voor 2.100 producten.
Dali functioneert als een universele interface voor dimbare elektronische voorschakelapparaten.
Zigbee
Ook Zigbee is specifiek voor smart homes ontworpen. Kenmerk is dat het protocol weinig energie vraagt, zodat batterijen lang meegaan. Ook voor Zigbee bouw je een draadloos mesh-netwerk op. Zigbee heeft wel een probleem doordat niet elk product van alle fabrikanten exact dezelfde Zigbee-specificaties gebruikt, waardoor onderlinge communicatie soms problemen geeft. Zigbee kent een paar honderd bedrijven die ofwel als promotor, als partner of als lid bij Zigbee betrokken zijn. Het aantal producten met Zigbee is onbekend.
KNX
KNX bestaat als gestandaardiseerd protocol voor woning- en gebouwautomatisering al meer dan 25 jaar. In 2006 is de huidige naam ontstaan na de fusie van de protocollen EIB, Batibus en EHS. Het protocol KNX werkt volgens verschillende technieken: via aparte busbekabeling, maar ook via internetbekabeling, draadloos, via powerline (elektriciteitskabels) of een combinatie van deze technieken. KNX is als een van de weinige internationaal genormeerde en gecertificeerde protocollen. Er zijn wereldwijd meer dan 400 fabrikanten die gezamenlijk vele duizenden KNX-compatibele producten op de markt brengen.
Thread
Samsung en Nest stonden aan de basis van het draadloze protocol Thread. Dit protocol werkt op basis van het IPv6-protocol. Het protocol ontstond omdat deze bedrijven te veel problemen ondervinden met Bluetooth en wifi. In totaal kan via Thread een netwerk van maximaal 250 apparaten worden opgezet. Het nieuwe protocol kan ook overweg met bestaande hardware die het Zigbee-protocol gebruikt.
KNX is als een van de weinige protocollen internationaal
Bacnet
Bacnet is een door Ashrae, Ansi en Iso gestandaardiseerd protocol dat sinds eind jaren tachtig bestaat. Het protocol wordt vooral gebruikt voor regelap- plicaties in de HVAC, zoals verwarming-, ventilatie-, airconditioning-, verlichting-, toegangscontrole- en branddetectiesystemen. Daarnaast is het Bacnet-protocol geschikt voor beheer en bediening in managementsoftware, complexe en minder complexe regelaars en specifieke applicatieregelaars, sensors en actuators.
Dali
Dali, afkorting voor digital addressable lighting interface, is een onafhankelijke standaard voor verlichtingbesturing in gebouwen. Het protocol functioneert als een universele interface voor dimbare elektronische voorschakelapparaten, waardoor meer functionaliteit en meer gebruiksgemak ontstaat. Schakelen en dimmen worden via de besturingslijn uitgevoerd. Via een tweedraads besturingslijn kun je via Dali maximaal 64 Dali elektronische voorschakelapparaten zeer flexibel (stuk voor stuk of in groepen) regelen.
Modbus
De open standaard Modbus werkte aanvankelijk via een interface op het protocol RS-232, maar de meeste latere Modbus-versies gebruiken RS-485 (Modbus- RTU) omdat het langere afstanden, hogere snelheden en de mogelijkheid van een echt multi-drop network toelaat. Op dit moment is er ook Modbus-communicatie op basis van ethernet (Modbus TCP/IP) mogelijk. Een Modbus-netwerk wordt opgebouwd uit 1 master en maximaal 247 slave units, elk met een uniek adres.
Afhankelijk van de toegepaste bussnelheid mag de bekabeling een lengte hebben van ongeveer 1.200 m. Modbus wordt veel gebruikt in HVAC via toepassing in plc’s, ruimteregelaars, temperatuur- en drukopnemers en energie- en watermeters.
Tekst: Rob van Mill
Fotografie: Linda Kindt, Industrie
Philips Hue maakt gebruik van Zigbee dat specifiek voor smart homes is ontworpen.