21. September 2020

Philips Hue Grundlagen

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Philips Hue Grundlagen

In den nächsten Wochen werden wir uns dem Thema Smat Home vermehrt widmen, heute gibt es eine kleine Einführung in die Philips Hue Grundlagen.

Hue oder Philips Hue ist ein Smart Home System der Firma Signify N.V. (ehemals Philips Lighting), eine ehemalige Tochter von Philips, die inzwischen aber selbst an der Börse notiert ist. Philips Hue setzt in erster Linie auf Beleuchtung, weitere Hausautomatisierung ist nicht vorgesehen. Die erste Generation der Lampen wurde 2012 vorgestellt, es war eins der ersten Systeme dieser Art. Inzwischen ist Hue in der dritten Generation erhältlich, die Generationen sind aber weitestgehend kompatibel zueinander.

Die Serie war neben ihrer Poleposition auch immer beliebt aufgrund ihrer hohen Kompatibilität zu anderen Systemen, dazu aber später mehr.

Bevor wir uns die verschiedenen Produkte genauer ansehen, sollten wir uns erstmal mit den technischen Philips Hue Grundlagen vertraut machen.

Philips Hue – Zigbee Grundlagen

Zu den Philips Hue Grundlagen gehört unweigerlich die Technologie, wie die Lampen angesprochen werden. Grundsätzlich gibt es drei oder vier Technologien die für Smart Home Technik verwendet werden. Zwei davon sind recht trivial, es handelt sich um WLAN und Bluetooth. Doch trotz ihrer großen Bekanntheit und Verbreitung haben beide im Einsatz für Smart Homes schwächen.

Rüstet man ein ganzes Haus mit WLAN Lampen und Geräten aus, wird der Adressraum irgendwann knapp, in einem typischen Privat-Netzwerk können ohne Änderungen meist nur 254 Geräte gleichzeitig genutzt werden. Außerdem muss ein WLAN Accesspoint dauerhaft mit den Geräten Kommunizieren, schlecht für hohe Geschwindigkeiten. Und als wäre das noch nicht Herausforderung genug, ist der Stromverbrauch von WLAN Geräten recht hoch, Schalter und ähnliches könnte nur sehr bedingt mit Batterie über einen längeren Zeitraum betrieben werden.

Dem Gegenüber steht Bluetooth, welches insbesondere mit Bluetooth LE (Low Energie) sich durchaus für Schalter eignet. Jedoch gibt es auch hier Einschränkungen, eine der größten ist wohl die Reichweite. Bluetooth hat normalerweise nämlich nur eine Reichweite von 10 bis 15 Metern, für eine Wohnung grade noch ausreichend, wird man mit dieser Technik kein Haus ausstatten können. Hier gibt es zwar Mittel und Wege, die Reichweite zu erhöhen, ideal ist das aber alles nicht.

Und dann gibt es da noch die dritte Variante – Zigbee. Versteht mich dabei bitte nicht falsch, es gibt sehr gute Smart Home Produkte, die auf WLAN oder Bluetooth setzen, wir haben beispielsweise auch bereits die Eve Energy Steckdose getestet. Für ein Vollumfängliches Smart Home ist beides aber nicht so ideal wie Zigbee.

Was ist Zigbee?

Zigbee ist ein Netzwerk, welches “dezentral” funktioniert und Vermascht, bzw. in einer Peer-to-Peer Topologie aufgebaut ist, je nachdem, wen man fragt. Es wird von der Zigbee Alliance verwaltet und entwickelt, welcher viele namhafte Unternehmen angehören, darunter Apple, Google, Amazon und IKEA, aber auch der Hue Hersteller Signify. Was heißt Peer-to-Peer jetzt? Im Gegensatz zu einem Netz in Stern Topologie, in dem die gesamte Kommunikation über einen Zentralen Punkt laufen muss, können Daten in einem Peer-to-Peer-Netz direkt von Gerät zu Gerät gesendet werden. Die ZigBee-Spezifikation basiert auf dem IEEE-802.15.4-Standard.

WLAN ist in normaler privater Nutzung ein gutes Beispiel für eine Stern Topologie. Ich habe da mal ein bisschen gezeichnet.

Auf der linke Seite seht ihr den schematischen Aufbau eines WLAN Netzes. Wie ihr seht, ist jedes Gerät mit der Switch, bzw. dem WLAN-Router verbunden. Wollen sich die Geräte untereinander austauschen geht dies immer nur über den Punkt in der Mitte, ein direkter Weg ist nicht möglich. Das hat auch zur Folge, das Geräte immer im Empfangsbereich des Senders sein müssen. Einen Rechner als Verstärker zu nutzen ist ohne weiteres nicht möglich. Dafür hat es bei der Verwaltung Vorteile, das ist jetzt aber nicht das Thema.

Das komplette Gegenteil stellt das Peer-to-Peer-Netz dar, auf dem das Zigbee Netz basiert, und somit zu den Philips Hue Grundlagen. Neben einer Verbindung der Geräte zur Bridge (in der Abbildung “B”) besteht auch eine direkte Verbindung zwischen den einzelnen Geräte (in der Abbildung “R”) dabei stellen aus Sicht des Netzwerks die Geräte Router dar, da auch über eine Lampe in der Mitte eine dritte erreicht werden kann. Somit können auch Geräte erreicht werden, die eigentlich nicht mehr erreicht werden würden, von der Bridge.

Nun gibt es bei Zigbee drei verschiedene Gerätekategorien, wobei auch hier die Literatur auseinander geht. Aus reiner Protokoll Sicht gibt es zwei Kategorien, die eine Beherrscht das gesamte Protokoll, die andere nur eine einfache Variante. Interessant ist aber eigentlich die praktische Seite und hier gibt es drei Kategorien:

Zigbee Coordinator (ZC)

Der Koordinator (ZC) ist die Zentrale eines Zigbee Netzes, es vergibt Adressen, und verwaltet das Netz. In der Praxis stellt der Koordinator auch eine Schnittstelle zu anderen Netzwerkarten dar, wie dem heimischen Ethernet. Außerdem wird es gerne für Automatisierung genutzt. Im Falle von Philips Hue handelt es sich hierbei um die Hue Bridge.

Zigbee Router (ZR)

Die Router stellen in einem Philips Hue Netz die Lampen und an den Strom angeschlossenen Geräte dar. Sie geben alle Nachrichten weiter, die nicht für sie Selbst bestimmt sind und erweitern somit das Netzwerk.

Zigbee End Device (ZD)

Die Endgeräte geben keine Information weiter, häufig senden sie nur Befehle. In einem Hue System sind dies die Lichtschalter, Bewegungsmelder usw. welche auf einen geringen Stromverbrauch angewiesen sind. Sie erweitern aber auch nicht das Netz.

Zwischenfazit

Eine der wichtigsten Philips Hue Grundlagen ist das Netz auf dem es Basiert. Zigbee ist ein Peer-to-Peer Netz, welches mit der Anzahl der verwendeten Geräte in der Reichweite wächst. Bei ZigBee benötigt man keine Repeater, da das Netz sich selbst erweitert. So kann die Bridge im Keller sein, unter dem Dach gehen die Lampen aber auch noch an.

Kritik an Zigbee und Alternativen

Doch neben den genannten Funktionen gibt es auch Kritik am Zigbee System auszusetzen. Eine berechtigte ist unter anderem, das viele Hersteller das Protokoll um eigene Funktionen erweitern. Das Schränkt die Kompatibilität zu andern Herstellern über die gleiche App oder das gleiche Netz teilweise stark ein. Beispielhaft kann man sich Hue und IKEAs TRÅDFRI System ansehen. Man kann Hue Lampen mit einem TRÅDFRI Hub nutzen und anders herum, jedoch lässt sich dann zum Beispiel kein Firmware Update auf den Lampen installieren.

Zigbee lässt sich von Herstellern kostenlos verwenden, während beim vergleichbaren Z-Wave eine kostenpflichtige Lizenz in Form eines Software Development Kits nötig ist. Dies lässt die kosten für die Hardware steigen.

Kurz noch zum Thema Sicherheit von Zigbee, es wird mit symmetrischen Verschlüsselung mit AES und einer Schlüssellänge von 128 Bit verschlüsselt und gilt als sicher.

Philips Hue Kompatibilität

Zu den Philips Hue Grundlagen gehört auch die Kompatibilität. Zur Philips Hue Kompatibilität gehören zwei Seiten, die eine beschreibt das innere Netz, also die Zigbee Seite und die andere die Kommunikation nach außen.

Erweiterbarkeit von Philips Hue

Los geht’s mit der Erweiterbarkeit von Phillips Hue. Da Hue auf Zigbee setzt, kann man fast jedes Gerät mit Zigbee nutzen. Am besten erkennt ihr die Kompatibilität daran, das viele Händler diese Funktion zu ihren Produkten hinzufügen. Insbesondere bei Amazon liest man oft “Mit Philips Hue kompatibel”, jedoch eine Warnung, offiziell gibt es keine 3rd Hardware, garantiert wird also nichts. Erfahrungsgemäß lässt sich aber sagen das diese angeben in der Regel stimmen.

Wir haben die Erfahrung gemacht, das sich die IKEA TRÅDFRI Lampen wunderbar nutzen lassen, genau so wie die Produkte von Osram / LEDVANCE. Dazu gehören neben den Lampen auch die Sensoren und Steckdosen.

Ein Wort der Warnung: Ich greife mal kurz vor, Philips Hue ist mit Apples HomeKit Framework kompatibel. Dies gilt für die originale Hardware von Philips, nicht jedoch für 3rd Hardware. Diese lässt sich über die Hue App steuern, jedoch nicht aus der Home App von Apple. Wer darauf angewiesen ist, muss sich mit der HomeBridge beschäftigen.

Steuerbarkeit von Philips Hue

Neben der Philips Hue App, welche für iOS und Android verfügbar ist, lässt sich Philips Hue auch mit vielen weiteren Frameworks nutzen. Die Bekanntesten sind wohl Apple HomeKit, Amazons Alexa, Google Home und IFTTT. Aber auch Firmen wie Microsoft und Razer, ein Gaminghardwarehersteller finden sich in der Liste. Jedoch, bestehen teilweise Einschränkungen, insbesondere wenn Hardware von dritten Herstellern mit Hue genutzt wird.

Trotzdem stellt Philips Hue somit ein der Plattformen, mit den meisten Schnittstellen dar.

Apple Home Kit und weitere Smart Home Frameworks
Quelle: https://www2.meethue.com/

Fassen wir die Philips Hue Grundlagen nochmal zusammen

Philips Hue funkt mit Zigbee und ist in einem Peer-to-peer Netzwerk aufgebaut. Hue ist damit sehr einfach erweiterbar, auch mit Hardware von dritten Herstellern. Zu den Philips Hue Grundlagen gehören auch die Schnittstellen nach außen, hier gibt es eine besonders große Auswahl, darunter HomeKit und Google Home. Auch für den Einsatz mit Amazons Alexa ist Hue ideal geeignet.

Zur Kritik an Philips Hue lässt sich nicht viel sagen, das System ist ausgereift und einfach zu nutzen, nur der auch im Verhältnis zu anderen Smart Home Herstellern hohe Preis ist ein Ärgernis. Wir haben für euch die besten Angebote herausgesucht.

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Fynn Trenkner

Fynn Trenkner ist dualer IT Student, ist aber auch für Musik zu begeistern. Auf seinem YouTube Kanal stellt er die unterschiedlichsten Produkte vor und teilt seine Meinung mit den Zuschauern.

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