Inleiding
Een gemiddelde woning anno 2015 staat vol met consumentenelektronica. In vrijwel elke woonruimte zijn apparaten te vinden die een stopcontact vereisen. Denk aan televisies, settopboxen, computers, maar ook aan vaatwassers, wasmachines en allerlei zaken van de verlichting tot en met de deurbel. Buitenshuis wordt het gebruik van elektronica ook steeds groter: hekken die automatisch open en dicht kunnen, antidiefstalverlichting, beveiligingscamera's en weermeters.
In het verleden waren dergelijke apparaten niet aan elkaar gekoppeld en weinig intelligent; apparaten moesten individueel, handmatig worden in- en uitgeschakeld en bediend, en interactie tussen apparatuur kam nicht in Frage. De uitvinding van de afstandsbediening was voor sommige apparaten - en luie consumenten - een uitkomst, maar veel verder dan bijvoorbeeld een timer op de wasmachine kwamen de meeste elektronicabedrijven niet.

Domotica, ook vaak omschreven als huisautomatisering, is een segment binnen de consumentenelektronica dat iets aan deze situatie poogt te doen. De doelstelling van domotica is om met behulp van slimme diensten en technologie het woongemak te vergroten, energie te besparen, gemakkelijker te communiceren en de veiligheid te verbeteren. Daarnaast kan domotica een uitkomst zijn voor mensen met bepaalde beperkingen.
De markt voor domotica groeit inmiddels rap. Bedrijven duikelen over elkaar heen met allerhande producten en diensten in een nog deels onontgonnen markt, waarop potentieel veel geld is te verdienen. Wat kan er nu precies met domotica? In deze eerste achtergrond schetsen we de contouren van het domoticawerkveld en bekijken we de ontstaansgeschiedenis en snelle groei van de afgelopen jaren. Vervolgens gaan we in op de uiteenlopende protocollen en standaarden.
Heb je input voor deze serie? Wij lezen het graag terug op GOT.
De eerste domoticasystemen
Domotica is, in tegenstelling tot wat sommigen denken, geen 'nieuwe' sector in de it-industrie. Handige hobbyisten en veelal kleine bedrijfjes zijn al tientallen jaren bezig met het ontwikkelen van domoticatoepassingen. Vermoedelijk het eerste thuisautomatiseringssysteem is gebouwd door de Amerikaanse ingenieur Jim Sutherland in 1966. Met overtollig geworden onderdelen van het bedrijf waar hij werkte, begon hij een 'thuiscomputer' te bouwen in houten kasten. Sutherland doopte het systeem ECHO IV, ofwel Electronic Computing Home Operator versie 4.
De ECHO IV, die in het Computer History Museum is te vinden, was allesbehalve een compact systeem. In vier houten kasten van elk ruim 350kg plaatste de ingenieur een processor, het werkgeheugen, bestaande uit 82.192 bytes, en i/o-apparaten. Via een los toetsenbord en een ponskaartlezer kon het apparaat geprogrammeerd worden.

Sutherland liet het systeem, dat hij gezien de afmetingen maar in de kelder had geplaatst, een aantal huishoudelijke taken afhandelen. Zo konden er recepten op worden opgeslagen en boodschappenlijstjes worden samengesteld. Maar de ECHO IV was tot meer in staat; het apparaat kon de verwarming aansturen, het weer 'voorspellen' en andere apparaten automatisch in- en uitschakelen. Door middel van een toetsenbordje in de huiskamer konden de functies aangestuurd worden. Sutherland ontwikkelde zelfs een mogelijkheid om de ECHO IV het tv-kanaal te laten kiezen. Dit was mogelijk door de dakantenne zo te draaien dat het gewenste kanaal optimaal werd ontvangen.
Met systemen als de ECHO IV zagen Amerikaanse bedrijven een nieuwe markt opdoemen en er werd actief gewerkt aan domoticaproducten, met soms de vreemdste resultaten tot gevolg. Een beroemd voorbeeld is de Honeywell 316, ofwel de Kitchen Computer. Het destijds 10.000 dollar kostende apparaat was bedoeld om de huisvrouw recepten aan te bieden. Een werkvlak was boven op de terminal geplaatst.
De Kitchen Computer werd geen succes; voor zover bekend is er nooit een verkocht. De oorzaak was vrij eenvoudig; hoewel Honeywell enkele kant-en-klare recepten op het systeem had geïnstalleerd, was de invoer van een eigen recept een haast onmogelijke taak. De fabrikant gaf dan ook een twee weken durende cursus om de wijze van invoer, door middel van schakelaars, aan de potentiële klant duidelijk te maken. Ondanks het uitblijven van verkoopsucces wordt de Honeywell 316 gezien als het eerste commercieel verkrijgbare product op de domoticamarkt.
Naarmate de technologie in de daaropvolgende decennia vorderde, ontstonden er steeds meer mogelijkheden. De 'oudere jongeren' onder ons kunnen zich vermoedelijk nog wel het Huis van de Toekomst voor de geest halen, een project van Chriet Titulaer. In deze modelwoning uit 1989 konden consumenten eind jaren tachtig een blik in de toekomst werpen. Zo was het huis voorzien van zonnecellen, was er een centraal stofzuigersysteem geïnstalleerd en werd spraakherkenning toegepast om de ramen te openen. Door in de handen te klappen werd het licht automatisch in- en uitgeschakeld, en de gordijnen konden automatisch worden gesloten.
/i/2000574533.jpeg?f=imagenormal)
Titulaer was met de getoonde innovaties in het Huis van de Toekomst zijn tijd vooruit. Zo is bijvoorbeeld spraakherkenningstechnologie inmiddels tot in spelcomputers doorgedrongen en kunnen lichtsystemen op tal van manieren worden aangestuurd. Ook zonnepanelen zijn op steeds meer daken te vinden, terwijl 'slimme' thermostaten gestaag de markt veroveren.
Waardoor 'ontplofte' de domoticamarkt?
Met de komst van internet is de markt voor domotica sinds begin deze eeuw in een stroomversnelling geraakt. Apparaten kunnen dankzij internet immers veel gemakkelijker met elkaar en met servers ver weg communiceren. Hierdoor zijn de toepassingsmogelijkheden van domotica sterk vergroot. Denk bijvoorbeeld aan remote monitoring voor de beveiliging van woningen, een thema waar we later in deze serie op zullen inzoomen, of zaken als energiebeheer en verlichting, ook thema's die we zullen aanstippen. En niet te vergeten: doe-het-zelf-projecten, eveneens een aflevering in deze serie.
Naast internet is er nog een oorzaak waardoor de domoticamarkt gestaag groeit: de inburgering van de smartphone en, in mindere mate, de tablet. Sinds de komst van apparaten met gebruiksvriendelijke besturingssystemen en makkelijk te bedienen touchscreens, zoals de iPhone in 2007, en de mogelijkheid om apps op mobieltjes te draaien, is het probleem van het aansturen van domotica-apparatuur grotendeels opgelost. Een gemiddelde consument heeft immers zijn mobiele telefoon vrijwel altijd paraat en het leggen van een internet- of wifi-verbinding is een vanzelfsprekendheid geworden. Veelal kan de afstandsbediening in een laatje blijven liggen.
Wie zonnepanelen op zijn dak heeft liggen, wil graag inzicht in het rendement van zijn investering
Ook de immer voortschrijdende technologie speelt een belangrijke rol. Chips kunnen steeds kleiner en zuiniger worden gemaakt, waardoor het energiegebruik van domoticasystemen wordt teruggedrongen en de hardware veel compacter gemaakt kan worden. De kosten dalen bovendien. De beschikbaarheid van gestandaardiseerde draadloze netwerktechnologie, zoals wifi en bluetooth, voor de communicatie tussen domoticaonderdelen onderling en met andere apparatuur vergroot daarnaast de toepassingsmogelijkheden.
In mindere mate zijn maatschappelijke ontwikkelingen aan te wijzen als groeifactoren, zoals de tendens om 'groener' te leven door minder energie te gebruiken. Tegelijk worden er kosten bespaard op de energierekening. Wie bijvoorbeeld zonnepanelen op zijn dak heeft liggen, wil graag inzicht in het rendement van zijn investering. Domotica-apparatuur kan deze informatie presenteren.
In de nieuwbouw liggen er op het gebied van energiebesparing of -opwekking eveneens groeikansen voor de domoticasector. Huizen moeten energiezuiniger worden en 'nieuwe' energiebronnen zoals zonne-energie, warmtepompen en zonneboilers vragen om actieve monitoring en aansturing. Aanvullend leidt ook het overheidsstreven om oudere mensen langer thuis te laten wonen tot een golf aan nieuwe projecten. Zo kan cameratoezicht een nuttige functie zijn.
De grote jongens gaan meedoen
De domoticamarkt was in de jaren tachtig en negentig relatief klein en vooral het domein van kleine merken. Huisautomatisering werd daarom in eerste instantie toegepast in kantooromgevingen, terwijl daarnaast sommige kapitaalkrachtigen de eerste investeringen deden in de meestal prijzige domotica-apparatuur van de eerste generatie. Domotica was kortom allesbehalve een massaproduct.
Ruwweg omstreeks 2000 ontstond het op de vorige pagina geschetste groeiscenario voor de domoticamarkt, waardoor dergelijke hardware en software door dalende prijzen al snel minder elitair werden. Tegelijkertijd konden domoticasystemen steeds meer informatie verzamelen, bijvoorbeeld over het energiegebruik. Deze trend kreeg de warme belangstelling van 'de grote jongens', zoals internetbedrijven met een enorme informatiehonger, denk aan Google, of ondernemingen die veel marge halen uit de verkoop van hardware en diensten, zoals Apple. Elektronicaconcerns wilden niet achterblijven. Zo heeft Samsung onlangs op de CES zijn plannen rondom de Smart Home-standaard aangekondigd.
Om in te spelen op de behoeften van de gemiddelde consument komen de nieuwkomers veelal met 'slimme' apparaten op de markt. De Nest-thermostaat, die vorig jaar ook in Nederland op de markt kwam, is daar een goed voorbeeld van. Het apparaat heeft een uiterst eenvoudige interface, is te bedienen via een smartphone of tablet, heeft een 'zelfleermodus' en communiceert met clouddiensten op internet. Nest heeft daarnaast een 'slimme' rookmelder op de markt gebracht en eigenaar Google is van plan om van Nest een domoticaplatform te maken door de apparatuur ook met de hardware van derden te laten praten.
Apple ziet eveneens kansen en wil net als Google een eigen platform voor domoticatoepassingen opzetten. In iOS 8 werd daarom HomeKit aangekondigd. Via een aantal api's moeten de iPhone en iPad met compatibele hardware kunnen praten. En dat praten is evengoed van toepassing op de eindgebruiker, want die kan dankzij Siri-integratie spraakcommando's afvuren op zijn domoticahardware. De eerste apparatuur die compatibel is met HomeKit verschijnt inmiddels op de markt.
Samsung kwam op de CES met zijn eigen plafform, Smart Home geheten. De Koreaanse elektronicafabrikant wil zijn hele productenassortiment voor de consumentenmarkt door middel van Smart Home onderling laten communiceren. Denk aan koelkasten die, als je van de huiskamer naar de keuken loopt, op een lcd-scherm de tv-uitzending tonen waarnaar je aan het kijken was. Ook smartphone en spraakherkenning moeten in de komende jaren een belangrijke rol spelen op het Smart Home-platform.
In de komende afleveringen van deze domotica-achtergrondserie gaan we, waar relevant, dieper in op bovengenoemde hardware, api's en softwaretoepassingen.
Protocollen en standaarden
Hoewel de domoticasector gestaag groeit, gaat dat natuurlijk niet zonder belemmeringen. De voornaamste hindernis is wel de wirwar aan benodigde protocollen en standaarden. Een groot deel daarvan is propriëtair, ofwel in handen van een bedrijf of een consortium. Er zijn echter ook protocollen die, al dan niet deels, vrij te gebruiken zijn en juist open protocollen maken technologie veelal succesvol, zoals de onderliggende technologie van internet ruimschoots heeft bewezen. Hieronder geven we alvast een korte schets van de belangrijkste protocollen.
Een van de belangrijkste standaarden is het protocol knx. De standaard legt vast hoe twee belangrijke componenten in de domotica, sensors en actuatoren, met elkaar praten. Knx is zowel bedraad, via ethernet, als draadloos gestandaardiseerd door de KNX Association. Vooral de bedrade variant wordt toegepast. Een nadeel is dat veel knx-hardware relatief duur is, waardoor dergelijke systemen vooral in de professionele markt worden toegepast. Ook wordt de technologie als complex omschreven.
De x10-norm mag evenmin ongenoemd blijven. Het is een van de oudste standaarden op domoticagebied en werd in 1975 in het leven geroepen door de firma Pico Electronics. Net als knx kan x10 zowel bedraad, in dit geval via het stroomnet, als wireless worden toegepast. Er kunnen tot 256 verschillende apparaten aangestuurd worden via het x10-protocol. Omdat er veel hardware beschikbaar is die met het protocol overweg kan en deze bovendien veelal betaalbaar is, heeft x10 ondanks zijn beperkingen in snelheid en het gebrek aan bidirectionele communicatie nog steeds een flink marktaandeel.
Een modern alternatief voor x10 is DigitalStrom. De Lego-achtige modules waarin een chip is geplaatst lijken op een kroonsteentje en communiceren door middel van powerline via het bestaande elektriciteitsnet in een woning. DigitalStrom kan via mobiele apps worden aangestuurd, maar de hardware is prijzig en veelal moet er een installateur in huis worden gehaald om de hardware te installeren.
Draadloze protocollen
Een moderner en voor draadloze domoticatoepassingen bedoeld protocol luistert naar de naam z-wave. Het protocol maakt in Europa gebruik van de 868MHz-band en kan snelheden tot 100kbit/s behalen. Het bereik is circa 30 meter, maar doordat er gebruik wordt gemaakt van mesh networking kunnen nodes onderling data doorsluizen naar andere onderdelen van het z-wave-netwerk. Zo kunnen afstanden tot 120 meter vanaf het aanstuurpunt worden overbrugd. Volgens de bedenkers is z-wave minder storingsgevoelig dan bijvoorbeeld wifi.
Zigbee is een directe concurrent van z-wave en in bepaalde opzichten geavanceerder. Zo kunnen hogere doorvoersnelheden worden behaald, tot maximaal 250kbit/s op de 2,4GHz-band. Zigbee kan ook op 868MHz ingezet worden, maar dan is de snelheid beperkt tot 20kbit/s. Volgens de Zigbee Alliance kunnen, dankzij geïntegreerde mesh networking in het protocol, afstanden tot 100 meter behaald worden, al is het bereik van de controller beperkt tot 10 à 20 meter. De komende zigbee 3.0-specificatie verenigt diverse, voorheen losse productprofielen voor bepaalde apparaten, waardoor de adoptie van de domoticastandaard in de komende jaren fors moet groeien.
Hardware die via open standaarden wordt aangestuurd, biedt de hobbyist tal van voordelen
Voor beginners is domotica-apparatuur die communiceert via de 433MHz-band interessant. Zo zijn producten van KlikAanKlikUit, zoals lichtschakelaars en deurbellen, populair en bovendien goedkoop, maar mede door de eenvoud van de technologie zijn er de nodige nadelen. Zo is er geen bidirectionele communicatie mogelijk, waardoor bijvoorbeeld de status van een sensor niet is uit te lezen. Mogelijkheden voor mesh networking ontbreken logischerwijs geheel en het 433MHz-signaal is bovendien onversleuteld. Ten slotte heeft het 433MHz-signaal soms moeite om te penetreren door muren en plafonds.
Noemenswaardig is verder de Insteon-techniek van de gelijknamige firma. Insteon kan zowel via het lichtnet als met radiosignalen gebruikt worden. Er is geen centrale controller nodig en modules doen in het kader van mesh networking ook dienst als repeater. De Insteon-techniek is voor diverse domoticatoepassingen te gebruiken en is backwards compatible met x10.
Hoewel een deel van de genoemde protocollen propriëtair is, komt er steeds meer hardware op de markt die juist via open standaarden aangestuurd kan worden. Dit biedt de hobbyist tal van voordelen, omdat hij zelf aan de slag kan gaan.
Conclusie
Domotica is, zoals geschetst, booming business geworden. De benodigde hardware is in de meeste gevallen eindelijk betaalbaar en veelal open standaarden lijken uit te groeien tot de norm. Bovendien leveren tablets en mobieltjes de benodigde gebruikersinterfaces aan.
Een duidelijk signaal dat er nog veel groeipotentie in de smart home-sector zit, is de ontwikkeling waarin grote bedrijven als Google, Apple en Microsoft met domoticaproducten en -diensten komen. Deze zijn vaak zo laagdrempelig mogelijk; gebruiksvriendelijkheid moet voorop staan, terwijl ook de installatie veelal eenvoudig is uit te voeren.
De komst van producten als Nest heeft, ondanks het gemak en de eenvoud, ook potentiële nadelen. Zo kan de privacy van de gebruiker onder druk komen te staan. De software kan immers zaken als gebruikspatronen in kaart brengen. Gelukkig zijn er alternatieven; er bestaan tal van producten op basis van open standaarden waarbij de eindgebruiker volledige controle heeft. In de komende afleveringen zullen we een aantal van deze mogelijkheden bekijken, waarbij we echter de domoticaproducten voor instappers niet uit het oog zullen verliezen.
/i/2000577546.jpeg?f=imagenormal)