Smart Home (Bild: Bretislav Valek, CC BY-SA 3.0)

Funkstandards im Smart Home (Teil 2): Z-Wave, ZigBee und (viel zu viele) andere

Neue Funkstandards wurden entwickelt, da im Smart Home andere Anforderungen herrschen als beim WLAN-Surfen. Z-Wave, ZigBee und EnOcean sparen Energie wie Daten und funken bis in die letzte Ecke.

Z-Wave, ZigBee und EnOcean sind derzeit die bekanntesten und verbreitesten Funkstandards im Smart Home. Sie sind im Schatten von Bluetooth und WLAN entstanden, weil diese nicht für die Vernetzung vieler Sensoren und Aktoren geschaffen wurden (Teil 1: Woran WLAN und Bluetooth kranken). Die Idee ist einfach: Niedrigere Funkfrequenzen erhöhen die Reichweite und ermöglichen somit auch Sensoren am hintersten Kellerfenster. Zudem wird nur wenig Energie benötigt, sodass keine Kabel durch das Haus gezogen oder monatlich die Batterien gewechselt werden müssen.

EnOcean sorgt selbst für Energie

EnOcean funkt im Frequenzbereich um 868 MHz und ist damit im Vergleich zum überlaufenen 2,4-GHz-Band, in dem WLAN und Bluetooth funken, recht unempfindlich gegenüber Störungen. EnOcean ist ein freier Standard, der besonders sparsam mit Daten und Energie umgeht. Die Schalter können auch selbst den Strom erzeugen, den sie benötigen: kinetische Energie durch das Drücken des Schalters. Aber auch Sonnen- und Windenergie werden genutzt. Die Tugend ist jedoch auch eine Not: Nur kurze Datenpakete werden gesendet, der Empfang wird lediglich mit einem kurzen Feedback bestätigt.

So lässt sich der Zustand aller Geräte im Smart Home nicht ständig erfragen und auf einem schicken Dashboard anzeigen. Neuere Geräte, die über EnOcean funken und über einen eigenen Stromanschluss verfügen, sind jedoch schon auskunftsfreudiger. Die einzelnen Geräte erkennen sich über eine 32 bit große ID. Der Sender muss sich beim Empfänger jedoch auch über einen ständig ändernden Code identifizieren. Um bloß Lichter ein- oder auszuschalten, sollte das sicher genug sein.

Mit dem Funkstandard EnOcean können innerhalb von Gebäuden bis zu 30 Meter überbrückt werden. Da es sich um ein Mesh-Netzwerk handelt, werden Anweisungen von einem Gerät zum nächsten weitergegeben. Falls eines nicht mehr genug Energie zum Senden hat, wird ein neuer Weg gesucht, um das Ziel zu erreichen. Je mehr Sensoren und Aktoren miteinander verbunden werden, desto besser. Letztlich handelt es sich bei diesem Funkstandard aber um eine Nischenlösung, die auch nicht so häufig eingesetzt wird wie andere.

Z-Wave ist weit verbreitet

Der Funkstandard Z-Wave ist ebenfalls einfach gehalten, dabei aber gut durchdacht, denn er ist darüber hinaus stabil und ausfallsicher. Das hört sich bereits nach der ultimativen Funklösung an. Tatsächlich ist Z-Wave weit verbreitet. Gefunkt wird mit Funkfrequenzen um 868 MHz und zusätzlich auch um 2,4 GHz. Die Reichweite soll innerhalb von Gebäuden 30-40 Meter betragen.

Der Funkstandard Z-Wave ist im Moment weit verbreitet

Der Funkstandard Z-Wave ist im Moment weit verbreitet

Dabei bilden die einzelnen Sensoren und Aktoren ein Meshnetz. Sie kommunizieren also auch ohne die zentrale Steuereinheit direkt miteinander. Die Geräte mit Stromanschluss fungieren als Router. Gefunkt wird bidirektional, es gibt also eine Rückmeldung, ob ein Befehl angekommen und umgesetzt wurde. Dennoch ist der Energieverbrauch niedrig, sodass die Batterien nur selten gewechselt werden müssen. Ein noch größerer Vorteil von Z-Wave ist jedoch die hohe Kompatibilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Wer sich nicht an ein Smart-Home-System binden möchte, ist hier gut aufgehoben. Bis zu 231 Geräte lassen sich mit einer Steuerzentrale verwalten.

ZigBee versucht aufzuholen

Der Funkstandard ZigBee hat ein wenig den Anschluss verloren. Er funkt im Frequenzband um 868 MHz und 2,4 GHz. Die Reichweite liegt zwischen 10 und 100 Meter, doch bei solchen Angaben sollte man immer Vorsicht walten lassen: Ein Sensor direkt hinter einer Wand mit Wasserleitungen könnte schon Kontaktschwierigkeiten haben. Die Daten können sich jedoch einen alternativen Weg durch die Wohnung suchen, allerdings nur über die Full Function Devices. Sensoren und Aktoren verbinden sich über ZigBee meist zu einem Mesh-Netz. Sie können jedoch auch in einem Stern- oder Baumschema angeordnet werden.

Zigbee-Chips lassen sich in einen Schlafmodus versetzen, um Energie zu sparen (Bild: Zigbee)

Zigbee-Chips lassen sich in einen Schlafmodus versetzen, um Energie zu sparen (Bild: Zigbee)

ZigBee-Chips arbeiten energiesparsam. Die Geräte können in einen Schlafmodus versetzt werden und mit einer einzigen Batterie jahrelang durchhalten. Doch da sie von unterschiedlichen Herstellern stammen, sind sie in der Praxis so gut wie nicht kompatibel. Geräte, die ein ZigBee-Profil verwenden, sind oft auch nicht als solche ausgewiesen.

Eine ähnliche Vielfalt gibt es bei den unterschiedlichen Profilen. Diese bieten unterschiedliche Funktionssätze, die für bestimmte Einsatzwecke erstellt wurden. ZigBee 3.0 soll die Standards ZigBee, RF4CE, ZigBee IP und ZigBee PRO sowie die sechs Profile von ZigBee PRO (Home Automation, Light Link, Building Automation, Retail Services, Health Care und Telecommunications Services) vereinen. – Auch bei der Sicherheit muss man Abstriche machen: Eine Entschlüsselung des ZigBee-Keys soll mit entsprechenden Tools sehr schnell gelingen.

DECT ULE und proprietäre Funkstandards

Daneben gibt es noch etliche proprietäre Funkstandards, die nur von einem Hersteller eingesetzt werden. So wird BidCos ausschließlich in den Produkten von HomeMatic verwendet, in einer nichtkompatiblen Variante aber auch in dem von der Deutschen Telekom initiierten System Qivicon. Sie arbeiten bidirektional, energiesparsam und verschlüsselt, sind häufig auch günstiger – lassen sich aber nicht so einfach mit anderen Systemen kombinieren. Zudem gibt es noch KNX-RF, Brillo, IoTivity, AllSeen, eNet und Free Control – um nur eine Auswahl zu nennen.

Eine besondere Rolle könnte der Funkstandard DECT ULE einnehmen, denn er wird von AVM in seinen Fritzboxen verwendet. Diese funken im Smart Home nicht über WLAN, sondern über DECT ULE. Die Ultra-Low-Energy-Variante des Standards für schnurlose Telefone funkt im Frequenzbereich von 1.880 bis 1.900 MHz und soll auch in Gebäuden 50 bis 100 Meter überbrücken. Trotz des Zusatzes im Namens wird aber dennoch viel Strom verbraucht. Dafür werden die Daten dann verschlüsselt übertragen, was für mehr Sicherheit sorgt.

Auch wenn diese Aufzählung (nicht einmal aller Funkstandards im Smart Home) keineswegs helfen sollte, sich für ein System zu entscheiden: So steckt doch hoffentlich die Erkenntnis darin, dass gerade viel entwickelt wird. Vielleicht sollte jetzt nicht das vereintlich Beste gewählt werden, sondern das, was viele nutzen – und zwar voraussichtlich noch in einigen Jahren. Bei offenen Standards ist dies wahrscheinlicher als bei proprietären.

Titelbild: Bretislav Valek, CC BY-SA 3.0

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4 Kommentare zu “Funkstandards im Smart Home (Teil 2): Z-Wave, ZigBee und (viel zu viele) andere
  1. Wirklich guter Artikel zum Thema Funkstandards! Ich habe vielleicht noch kurz was zum Z-Wave Funkstandard hinzuzufügen. Die Z-Wave Allianz hat das sogenannte S2-Framework entwickelt. Damit das aber auch Hand und Fuß hat, waren Hackingexperten mit dabei. Dadurch sollen zum Beispiel Man in the Middle und Brute Force Attacken gegen das S2-Framework unwirksam bleiben. Durch diese Maßnahmen soll dieses Funkprotokoll noch sicherer werden. Die Z-Wave Geräte-Hersteller müssen ab April 2017 diesen S2-Framework nutzen.

  2. Guter Artikel, allerdings verstehe ich den Absatz bzgl. Quivicon nichtwirklich…
    Quivicon ist doch quasi ein Zusammenschluss von diversen Herstellern, das sollte ja zwangsläufig bedeuten, dass es auch entsprechend (höher)kompatibel ist, anders als im Artikel beschrieben.
    Zudem gehört meines Wissens eQ-3 ebenfalls zur Quivicon-Allianz, und das ist wie wir alle wissen der Name hinter Homematic Oo

  3. „Auch bei der Sicherheit muss man Abstriche machen: Eine Entschlüsselung des ZigBee-Keys soll mit entsprechenden Tools sehr schnell gelingen.“
    Solche Sätze gehören nicht in einen Artikel. Welche Information kann man daraus ziehen? Zuerst wird die Behauptung aufgestellt, man müsse bei ZigBee in Sachen Sicherheit Abstriche machen. Gleich danach wird enthüllt, dass diese Aussage auf Hörensagen beruht („soll“). Das ist einfach nur schlechte Recherche. Richtig ist die Behauptung allerdings tatsächlich, zumindest aus damaliger Sicht, wie man etwas bei Heise nachlesen kann. Dort wird das Ganze aber konkret untermauert mit Verweisen und Beispielen.

    • Zur journalistischen Arbeit gehört es, seine Quellen zwecks Überprüfbarkeit anzugeben. Das ist richtig. Heise macht das vorbildlich. Auch das ist richtig. Allerdings kann nicht jeder Autor oder jede Publikation sich auf Heise-Niveau befinden. Dafür fehlt einfach die Zeit bzw. der Platz. Kein Artikel kann alles behandeln.

      Wenn es also einen berechtigten Zweifel gibt, dass ZigBee absolut sicher ist, dann gehört das auch in diesen Artikel. Wenn ich allerdings nicht darlegen kann, worin der exakt besteht, dann schreibe ich auch das. So kam es zu der von Ihnen beanstandeten Soll-Formulierung. Dem Leser wird offengelegt, dass es einen berechtigten Zweifel gibt, dieser aber nicht mit Sicherheit behauptet werden kann.

      Diesen zweiteiligen Satz wegzulassen („Solche Sätze gehören nicht in einen Artikel.“), war für mich keine Alternative. Wenn es Bedenken zur Sicherheit gibt, gehören die auch in einen Artikel. Andernfalls würde ein Text sehr einfach gestrickt ausfallen. Und Simplifizierung ist definitiv kein guter Journalismus.

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