Mijn smart home – 2

Dit is deel 2 (deel 1 vind je hier) in een serie artikelen die ik schrijf over de werking van mijn smart home. In dit deel geef ik een algemene uitleg over de manier hoe al je slimme apparaten met elkaar en de controller ‘praten’. Dit wordt geen diepgaand technisch verhaal. Ik beperk het tot een korte uitleg van de verschillende manieren van onderlinge communicatie. Meer heb je niet nodig om de termen te begrijpen en een keuze te maken welke techniek je kunt gebruiken in je smart home. Ik start met een opsomming van de meest gangbare draadloze technieken met een korte beschrijving. Daarna een uitleg hoe een mesh netwerk in elkaar steekt.

433MHz

Een oude manier van communicatie is via 433MHz. Dit wordt nog wel gebruikt door bijvoorbeeld goedkope weerstationnetjes van Chinese Ali en voorheen door een systeem als KlikAanKlikUit, het ‘bouwmarkt’ spul. Het functioneert redelijk voor simpele dingen maar heeft als grootste nadeel dat de communicatie maar 1 richting op gaat. Je kunt dus een commando sturen naar een lamp om aan te schakelen maar de lamp kan geen bevestiging terug sturen dat het commando ontvangen is. Ook gaat deze manier van communiceren niet heel efficiënt om met energie. Dat is een nadeel voor sensors die op batterijen werken. Dit zijn flinke beperkingen als je je huis echt smart wilt maken. Deze techniek is langzaam aan het uitsterven en ik ga hier dus geen woorden meer aan vuil maken. Ik heb zelf geen 433MHz gebruikt in huis want toen ik begon met mijn smart home was dit al geen goede optie.

Wifi

Iedereen heeft wifi in huis. Er zijn veel smart home apparaten te koop die wifi gebruiken. Het lijkt dus een hele handige keuze om je smart home met wifi aan te gaan sturen. Maar niet alles is wat het lijkt…

Wifi heeft vooral nadelen als je het hiervoor gaat gebruiken. Een groot nadeel is dat het relatief veel energie gebruikt en daarmee niet geschikt is voor kleine sensors en lichtschakelaars die op een batterij werken. Ook is wifi niet geschikt voor grotere smart homes. Als je meer dan 100 apparaten in je wifi netwerk gaat hangen dan zal je merken dat zoiets met de gemiddelde huis tuin en keuken wifi router echt niet gaat.

Maar voor sommige toepassingen kan wifi wel de juiste keuze zijn. Apparaten die veel data moeten versturen, zoals een camera, werken prima met wifi. Zij kunnen geen gebruik maken van de gebruikelijke mesh netwerken in een smart home. Ook kan wifi handig zijn als je 1 sensor of schakelaar wat verder weg hebt. Bijvoorbeeld achterin de tuin of in de garage. De mesh netwerken hebben heel kort bereik maar met wifi kun je wat makkelijker een afstand overbruggen.

Er zijn dus best enkele dingen te bedenken waarbij wifi een goeie keus is. Voor al het overige kun je beter 1 van de mesh standaarden gebruiken voor je smart home. Laat al die mooie ‘slimme apparaten’ in de bouwmarkt dus vooral daar liggen. Koop voor hetzelfde geld betere spullen die een meer geschikte standaard gebruiken.

Mesh netwerken

Een techniek die in smarthomes veel gebruikt wordt voor de communicatie tussen alle aangesloten apparaten en de controller is een mesh netwerk. De 3 grote namen zijn:

• Zigbee. Een open standaard die werkt op 2,4 GHz (in de toekomst ook op 915MHz) die door erg veel fabrikanten gebruikt wordt. Je kunt dus heel erg veel smart home spullen kopen die zigbee gebruiken. Maar niet elke fabrikant volgt de ‘standaard’ exact dus niet elk merk kan probleemloos communiceren met elk ander merk. Die problemen met compatibiliteit worden wel steeds minder. Zigbee wordt gebruikt door grote namen als Philips Hue en Ikea.
• Zwave. Een gesloten standaard die werkt rond 900MHz. Fabrikanten betalen licentiekosten voor elk apparaat dat ze produceren met Zwave en zijn verplicht de standaard exact te volgen. Zwave apparaten zijn daardoor duurder maar de werking is eigenlijk altijd goed. Door de lage frequentieband is het bereik doorgaans beter dan de andere standaarden en heeft het minder last van muren etc. Ook voor Zwave kun je veel smart home spullen kopen.
• Thread. Een open standaard die werkt op 2,4GHz. Thread is een nieuwere standaard en ontwikkeld om gebruikt te worden met Matter. Thread is ontworpen om zeer energie efficiënt te zijn zodat sensors op een knoopcel heel lang blijven werken. Ook kan deze standaard erg veel apparaten in 1 netwerk aan, meer dan de andere standaarden. Thread is vrij nieuw en tot voor kort was de verkrijgbaarheid van smart home spullen die Thread gebruiken nog laag. Maar dat begint nu te veranderen. Aqara gebruikt het in erg veel van hun apparaten en ook Ikea gaat nu hun hele assortiment smart home spullen vernieuwen en uitbreiden en alleen nog Thread gebruiken.

Matter is een standaard voor smart home apparaten die door steeds meer fabrikanten gebruikt wordt en kan communiceren via wifi of Thread, niet via de ‘oudere’ standaarden zigbee en zwave. Het idee achter de matter standaard is dat een matter controller met elk apparaat dat matter gebruikt kan communiceren, onafhankelijk van welk merk etc.

Deze 3 mesh technieken hebben een lage bandbreedte. Ze zijn dus bedoeld om kleine hoeveelheden data heen en weer te sturen. Ruim voldoende om korte commando’s tussen schakelaars, lampen en sensors te versturen dus. Maar apparaten die veel data versturen, bijvoorbeeld een camera die een video stream verstuurt, zullen daar andere technieken voor moeten gebruiken zoals wifi of een bekabeld netwerk.

Hoe werkt een mesh

Ik ga geen diepgaande uitleg geven over de exacte verschillen in de protocollen en technieken tussen deze 3 meest gebruikte systemen. Dat is info waar een gewone gebruiker toch niets mee kan. In grote lijnen zijn ze gelijk en ik beperk me dus tot een algemene uitleg hoe zo’n mesh werk. Mijn uitleg gaat over Zigbee. Zwave en Thread werken in grote lijnen hetzelfde maar sommige termen kunnen anders zijn, ook al duiden ze op hetzelfde.

Een smart home bestaat uit een controller, meestal een mini computertje, die communiceert met alle apparaten in je huis. In mijn geval is dat een Home Assistant Green. Die controller ontvangt bijvoorbeeld een signaal dat je een knopje op een dimmer hebt ingedrukt. Hij stuurt vervolgens een signaal naar een paar lampen om aan te gaan. Of de controller stuurt naar alle tuinlampen het commando om uit te gaan als de zon op komt. Zo kun je nog tientallen dingen bedenken die in je smart home gebeuren maar het komt allemaal op hetzelfde neer, apparaten die data en commando’s heen en weer sturen, draadloze communicatie dus.

Afhankelijk van je wensen en eisen kies je welke communicatie standaard je gaat gebruiken. In mijn smart home gebruik ik vooral zigbee apparaten, enkele wifi apparaten en sinds kort ook steeds meer Thread. Om je controller te laten ‘praten’ met al je slimme apparaten plug je er een (meestal USB) ‘zendertje’ in. Op de foto 2 van zulke USB dongles, in dit geval een zonbee2 zigbee stick en een skyconnect zigbee stick. In het vorige artikel staat een foto van de nieuwe ZBT-2 die ik momenteel gebruik voor zowel zigbee als Thread.

1 van de belangrijkste dingen bij communicatie van smart home apparaten is energieverbruik. De reden hiervoor is niet omdat de energiemeter te hard gaat draaien maar omdat veel apparaten werken op een kleine batterij. Dingen als bijvoorbeeld een temperatuur sensor of lichtschakelaar werken op een knoopcel en het is wel handig als zoiets gewoon 2-3 jaar werkt zonder dat je die batterij moet vervangen.

Voor apparaten die uit het lichtnet gevoed worden is het energieverbruik minder belangrijk maar het heeft uiteraard wel de voorkeur dat er niet teveel onnodig verstookt wordt. Daarom wordt voor de communicatie gebruik gemaakt van mesh netwerken. Alle apparaten, vooral die op een batterij werken, zenden met heel lage vermogens hun data. Het bereik van hun signaal is daardoor erg laag. Je hebt het dan over enkele tot maximaal 10 meter. Voor gebruik in een gemiddeld woonhuis is dat niet genoeg, veel van je slimme apparaten zijn verder dan enkele meters van je controller verwijderd en hun data zou daar dus niet aankomen.

Maar in een mesh werkt het wel. Elk apparaat in een mesh netwerk dat een vaste voeding heeft, zoals bijvoorbeeld lampen, zenden de signalen die ze ontvangen van sensors in de buurt weer door. Zo springt een signaal van het ene naar het andere apparaat en komt vanzelf bij de controller aan. Als je een zigbee netwerk opzet met 3 apparaten in je huis dan werkt dit niet goed. Een heel zwak signaal kan dan de ‘sprongen’ naar de controller niet maken. Maar een mesh netwerk zal steeds sterker worden naarmate je meer apparaten toevoegt.

Dit is mijn zigbee mesh op dit moment. Zwave en Thread werken min of meer hetzelfde, ze gebruiken wel andere termen. Dit zijn de delen in een zigbee netwerk:

Coördinator
Dit is het zendertje dat je aan je smart home controller koppelt. Meestal is dit een USB dongle. Er bestaan ook versies die je via een netwerkaansluiting of wifi aan je controller koppelt.

Routers
Dit zijn de zigbee apparaat die een vaste voeding hebben. Deze kunnen een iets sterker zigbee signaal zenden en ook continu ‘luisteren’ op het zigbee netwerk of andere apparaten iets proberen te versturen. Vaak zijn dit lampen of schakelende stopcontacten. Deze zigbee routers hebben dus naast hun eigen specifieke functie ook de taak om de zwakke signalen van batterij gevoede apparaten op te vangen en weer door te sturen richting coördinator.

End Devices
End Device is de term die gebruik wordt voor apparaten die gezien worden als eindpunt in het mesh netwerk. Dat zijn de apparaten die werken op een batterij zoals bijvoorbeeld een temperatuur sensor op een knoopcel. Zijn sturen af en toe hun data via wat sprongen door het mesh netwerk naar de controller. Maar hun zigbee zender/ontvanger staat verder uit om de batterij te sparen. Als een end device meer dan enkele meters van de coördinator verwijderd is dan zijn ze afhankelijk van routers in de mesh om hun data door te sturen.

Op zich werkt een mesh netwerk dus niet ingewikkeld. Als je problemen hebt met de communicatie in je smart home dan is het wel handig om een beetje te begrijpen hoe zoiets in elkaar steekt. Je kunt de meeste probleempjes dan eigenlijk vrij simpel oplossen. Bijvoorbeeld door te herkennen waar je een zwakke plek hebt in je huis waardoor sensors daar niet goed werken. Dat los je dan makkelijk op door een router device toe te voegen op die plek.

In een later artikel zal ik meer ingaan op wat dingen waar je rekening mee moet houden om storingen in je mesh te voorkomen.