Zigbee Controller: Die smarte Steuerung
Der aktuelle Zigbee 3.0 Standard ersetzt den älteren ZigBee ZLL Standard. Zigbee 3.0 bietet verbesserte Kompatibilität mit verschiedenen „Brückengeräten“ unterschiedlicher Hersteller. Geräte, die diese Technologie nutzen, kommunizieren außerdem im Mesh-Verbund. Dabei werden nicht nur die Steuersignale von Dimmern oder Controllern empfangen, sondern gleichzeitig an alle anderen gleichartigen Geräte innerhalb der Umgebung und Sendereichweite weitergeleitet. Dies steigert die Übertragungsdistanz erheblich und trägt dazu bei, Funklöcher zu vermeiden.
ZigBee und seine Bedeutung
ZigBee repräsentiert einen drahtlosen Standard im Bereich Smart Home. Die ZigBee Alliance, heute als Connectivity Standards Alliance bekannt, zeichnet verantwortlich für die Entwicklung dieses Standards. Vernetzte Geräte kommunizieren miteinander über diesen Funkstandard, wobei stets eine Bridge für die Verbindung erforderlich ist. Um eine verbesserte Reichweite und Verfügbarkeit zu gewährleisten, setzt ZigBee auf ein spezielles ZigBee-Mesh. Zudem können verschiedene Modelle des Alexa-Sprachassistenten als ZigBee-Bridge genutzt werden.
ZigBee fungiert als Funkstandard bzw. Kommunikationsprotokoll, das die Vernetzung von Geräten ermöglicht. Es unterscheidet sich in Bezug auf Frequenzbereich, Netzwerktopologie und Übertragungsart von anderen Funkstandards wie Bluetooth, WLAN oder Z-Wave. Unternehmen wie Philips Hue, Ikea TRÅDFRI, Xiaomi, OSRAM und Somfy setzen auf ZigBee.
Die Entwicklung dieses Funkstandards begann 2002 unter der Leitung der ZigBee Alliance, die heute als Connectivity Standards Alliance (CSA) bekannt ist und mehr als 200 Unternehmen umfasst. Mit ZigBee 3.0 können Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander verbunden werden, um eine reibungslose Kommunikation zu ermöglichen.
ZigBee ist darauf ausgerichtet, energieeffiziente Verbindungen über kurze Strecken herzustellen, da die meisten Geräte in der Lage sind, Signale weiterzuleiten. Dies ermöglicht eine Funkreichweite von bis zu 100 Metern. In einer baulichen Umgebung wie einem Haus beträgt die Reichweite typischerweise 10 bis 20 Meter. Daher ist ZigBee besonders für Smart Home-Anwendungen geeignet. Die Reichweite kann durch dauerhaft mit Strom versorgte Geräte erhöht werden, wobei das erste Gerät nicht mehr als 10 bis 20 Meter von der Bridge entfernt sein sollte.
Das Funksystem
Die Funktionalität von ZigBee hängt wesentlich von der Struktur der Kommunikation ab. ZigBee-Geräte können miteinander über verschiedene Netzwerkschemata verbunden werden. Neben den Verbindungsmöglichkeiten über das Stern- oder Baumschema zeichnet sich ZigBee durch ein Mesh-Netzwerkschema aus. Im Gegensatz zur Sterntopologie, bei der alle vernetzten Geräte über einen einzelnen Knotenpunkt kommunizieren, ermöglicht das ZigBee-Mesh eine flexible und beliebige Vernetzung der Geräte untereinander.
Im ZigBee-Mesh fungiert jedes dauerhaft mit Strom versorgte Gerät als Router für die Kommunikation. Jede Lampe und Steckdose übernimmt somit die Aufgabe, das Signal flexibel weiterzuleiten. Diese Netzwerktopologie ist weniger anfällig für Ausfälle, da praktisch jedes Gerät sowohl als Sender als auch als Empfänger agiert. Durch die Beteiligung der meisten Geräte als Sender wird die Reichweite des ZigBee-Netzwerks erhöht. Im Gegensatz dazu leiten batteriebetriebene Geräte, wie beispielsweise Lichtschalter aufgrund ihres höheren Strombedarfs, das Signal nicht weiter.
ZigBee nutzt für die Kommunikation nicht das WLAN-Netzwerk, sondern ein eigenes Protokoll, das als Zigbee-Protokoll bezeichnet wird. Dieses Funkprotokoll ist in mehrere Schichten unterteilt, die als Layer bezeichnet werden.
Für Hersteller ist insbesondere der obere Application Layer, die Anwendungsschicht, von Interesse. Diese Schicht kann von Herstellern angepasst werden, was es ermöglicht, eigene Erweiterungen problemlos in ZigBee zu integrieren.
Daher entstehen verschiedene ZigBee-Profile, die für spezifische Anwendungen entwickelt sind. Zum Beispiel ist das Philips Hue Profil auf die Steuerung von Lampen und Steckdosen ausgerichtet, weshalb über dieselbe Bridge keine smarte Heizungssteuerung eingebunden werden kann.
Die Kommunikation zwischen den vernetzten Geräten wird durch eine Funkzentrale, in Form einer Smart-Home-Bridge, erleichtert. Diese ZigBee-Bridge fungiert als Basisstation und leitet Steuerungsbefehle an die verbundenen Geräte weiter. Der ZigBee-Hub wird an eine Steckdose angeschlossen und dann mit dem Router verbunden, entweder über WLAN oder ein Netzwerkkabel.
Die ZigBee-Zentrale vernetzt die Geräte und ermöglicht die Steuerung des Systems. Diese Steuerung erfolgt beispielsweise über eine App auf dem Smartphone, Tablet oder PC. In der App können Anpassungen vorgenommen sowie Automatisierungen und zeitgesteuerte Abläufe eingerichtet werden.
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