Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/zigbee-und-z-wave-so-funkts-im-smarthome-1502-111858.html    Veröffentlicht: 11.02.2015 12:11    Kurz-URL: https://glm.io/111858

Zigbee und Z-Wave

So funkt's im Smarthome

Die Zigbee-Macher sind sich sicher, dass ihnen der Smart-Home-Markt gehört. Die Z-Wave-Macher auch. Doch aufgrund von Unterschieden im Detail und im Angebot sind nicht beide Funkstandards für alles geeignet. Außerdem verwirrt weitere Konkurrenz die Anwender.

Im Smart Home wird viel gefunkt: Vier Frequenzbänder, mehrere Funkprotokolle und zahlreiche Allianzen machen den Markt unübersichtlich. Das ist ärgerlich für Anwender, die sich abseits von Komplettlösungen für den Hausbau eher nach Komponenten zum Nachrüsten des Heims umschauen. Zu den weit verbreiteten Funkstandards, die von vielen Herstellern unterstützt werden, gehören Zigbee und Z-Wave. Für die Heimautomatisierung stehen zusätzlich einige Standards zur Verfügung, die teilweise zu Zigbee und Z-Wave in Konkurrenz stehen und sie teilweise auch ergänzen.

Ganz simpel und einleuchtend für den PC-Nutzer ist es, das WLAN zu nutzen - ein kleiner Webserver auf der Smart-Home-Komponente könnte genügen. Eine Lampe fürs vernetzte Heim, die WLAN nutzt, ist etwa Awox' LED-Lampe Striimlight, die wir getestet haben. Zwar funktioniert WLAN bei solchen Beispielen, doch der Standard hat einen Nachteil: den enormen Bedarf an elektrischer Leistung. Den kann eine Lampe über den Sockel liefern. Ein kleiner Sensor an der Wand hingegen hat keine ausreichend dimensionierte Energiequelle.

Ganz ohne WLAN geht es aber in der Regel nicht. Auch wer Zigbee- oder Z-Wave-Geräte per Smartphone steuert, der nutzt irgendwo doch WLAN als Schnittstelle zur Heimautomatisierung.

Bluetooth Smart als Option für das Smart Home

Eine stromsparendere und allbekannte Funktechnik gibt es: Bluetooth Low Energy alias Bluetooth Smart. Die Technik ist aber nicht mit dem älteren Bluetooth Classic zu verwechseln. Die Eigenarten von Bluetooth Smart haben wir in den Artikeln Warum Bluetooth nicht gleich Bluetooth ist und unserem Programmierartikel BluetoothLE im Eigenbau bereits ausführlich betrachtet. So gut wie jeder Anwender mit einem modernen Smartphone, Tablet oder Notebook hätte damit gleich eine Fernbedienung für sein Smart-Home-System im Haus. Doch in der Praxis sieht es mau aus. Bluetooth Smart setzt sich überwiegend bei Wearables durch; andere Smart-Home-Geräte haben hingegen oft keine Bluetooth-Smart-Unterstützung.

Einen Versuch, Bluetooth-LE-Lampen für das Smart Home auf den Markt zu bringen, hat beispielsweise Samsung unternommen. Diese waren sogar Mesh-fähig, um das Reichweitenproblem zu beheben: Bluetooth-Lampen reichen untereinander Kommandos weiter, selbst wenn das Steuer-Smartphone weit entfernt ist. Samsung hat sich jedoch weitgehend aus dem Leuchtmittelmarkt zurückgezogen, so dass ein großer Anbieter einer Bluetooth-basierten Smarthome-Lösung verschwunden ist.

Weit verbreitet sind hingegen Zigbee und Z-Wave, auch wenn das nicht jeder weiß.

Zigbee und Z-Wave - alte Standards, die neue Probleme lösen

Laut Z-Wave steckt dessen Technik in mehr als zehn Millionen Produkten. Zigbee gibt es seit zwölf Jahren, Z-Wave seit 15 Jahren. Die Standards sind seitdem in Industrieanlagen im Einsatz. Damit sind sie älter als der Begriff Smart Home - sieht man von Überlegungen der Anfangszeit ab, als das Smart Home kaum mehr als eine Utopie war. Damals surften Nutzer mit Windows 2000 per ISDN im Netz, WLAN war etwas Spektakuläres und die T9-Texterkennung das Maß aller Dinge.

Obwohl beide Techniken so alt sind, lösen sie einige Probleme moderner, verbreiteter und bekannter Funkstandards. Zigbee ist beispielsweise sehr sparsam beim Umgang mit Energie. Manche Geräte funktionieren sogar komplett ohne handelsübliche Energieversorgung. Philips' Lichtschalter Hue Tap etwa braucht weder Batterien noch einen Stromanschluss oder Solarzellen für den Funkbetrieb. Der Mensch ist die Energieversorgung: Die kinetische Energie beim Drücken des Schalters reicht für kurze Funksignale - allerdings nur bei Philips' Zigbee-Bridges, zu denen die Schalter per Zigbee-Protokoll funken. Philips' Zigbee-Lampen der Hue-Serie, ein anderes Produkt des Herstellers, sind mit den Schaltern nur über die Bridge kompatibel.

Z-Wave ähnelt Zigbee in manchen Bereichen, auch wenn uns kein Schalter mit kinetischer Energieversorgung und Z-Wave-Standard bekannt ist. Z-Wave soll, wie Zigbee auch, mit einer autarken Stromversorgung, die eine kleine Knopfzelle sein kann, monatelang funken können. Ideal ist das für Sensoren wie Rauchmelder, Bewegungsmelder oder Thermometer. Eine Matrix-Anzeige für die Darstellung der aktuellen Temperatur fernab der Garage ist per Z-Wave-Funktechnik leicht zu realisieren. Die Anzeige könnte beispielsweise frei an eine Wohnzimmerwand geklebt werden, die Daten kämen kabellos über den Temperatursensor in der Garage.

Z-Wave funkt anders als Zigbee

Es gibt bei Z-Wave aber auch große Unterschiede im Vergleich zu Zigbee. Anders als Zigbee setzt Z-Wave auf ein niedriges ISM-Band im Bereich von 900 MHz. Das ist ein Band, das ohne Lizenzierung benutzt werden darf. Es gibt jedoch leichte Abweichungen bei der Frequenz von Land zu Land im Bereich von etwa 50 MHz. Wer sich einen Z-Wave-Schalter aus den USA mitbringt, sollte diesen lieber nicht hierzulande verwenden - er funkt in einem Bereich, der nur mit Erlaubnis der Bundesnetzagentur benutzt werden darf. Hierzulande arbeitet Z-Wave mit 868 MHz.

Vorteile des 900-MHz-Bandes sind die Reichweite bei niedriger Leistungsaufnahme und die Penetrationsfähigkeit durch die längeren Wellen. Für 2,4-GHz-Signale zum Beispiel sind Regentropfen und Blätter von Pflanzen mit der Länge im Bereich der 2,4-GHz-Wellen leicht dämpfbar. Diese Auswirkungen durch die Umgebung sind im 900-MHz-Band nicht so stark. Wir kennen das Problem dieser Frequenzunterschiede von Motorolas DTR-Funkgeräte-Serie. In den USA arbeiten die Geräte mit 900 MHz, hierzulande mit 2,4 GHz. Die deutschen Funkgeräte haben dementsprechend erhebliche Probleme in Gebäuden. Im Freien arbeiten beide Funktechniken hingegen vergleichbar gut.

Ein Nachteil von 900 MHz ist die geringe Datenrate. Doch die Relevanz sieht die Z-Wave-Allianz nicht, wenngleich sie der Meinung ist, dass 900 MHz das Optimum bei der Datenrate darstellt. Für Kommandos reicht die Datenrate allemal. Auch Zigbee ist trotz potenziell höherer Datenrate nichts für das Streaming von 4K-Videos. Problematischer ist der Umstand, dass mit drei unterschiedlichen Funkgrundkonfigurationen zwölf unterschiedliche Funkregionen abzudecken sind.

Z-Wave-Geräte müssen für die Interoperabilität zudem von der Z-Wave-Allianz zertifiziert werden. Die Allianz besteht aus 300 Herstellern, die Produkte für Smart-Home-Systeme herstellen. Trotzdem hat sie eine erhebliche Macht, denn es gibt nur einen Hersteller für die Z-Wave-Chips. Wenn ein Partner sich nicht korrekt an den Standard halte, dann werde einfach die Lieferung der Chips eingestellt, erklärte uns Mark Walters, Chairman der Z-Wave-Alliance auf der CES. Dieses Druckmittel sieht Zigbee hingegen als Nachteil von Z-Wave. Zigbee ist allerdings bisher nicht in der Lage, vernünftige, herstellerübergreifende Interoperatibilität sicherzustellen. Mit Zigbee 3.0 will die Zigbee-Alliance das ändern.

Auch Zigbee soll herstellerübergreifend funktionieren

Mit Zigbee 3.0 soll auch dieser Standard herstellerübergreifende Interoperatibilität herstellen. Die ersten Geräte sind schon für Zigbee 3.0 zertifiziert. In vielen Fällen reiche damit ein Firmware-Upgrade, um die neue Version nutzen zu können, versprach uns die Allianz. Erste Demonstrationen gab es auf der CES auch schon. Besonders interessant dürfte Zigbee 3.0 werden, wenn beispielsweise Philips sein Lampensystem anderen zur Verfügung stellt. Ein Schalter, der nicht von Philips ist, könnte per Zigbee 3.0 eben jene Lampen an- und ausschalten.

An der Technik ändert das Update nichts. Zigbee ist wie Z-Wave nicht für Medienstreaming gedacht. Es sollen weiterhin Kommandos übermittelt werden, nun aber auch zwischen den Herstellern.

Zigbee funkt aber auf einem Band, das wirtschaftliche Vorteile hat: 2,4 GHz ist weltweit weitgehend vereinheitlicht. Wer genau hinschaut, der weiß, dass beispielsweise nicht alle 2,4-GHz-WLAN-Kanäle überall verfügbar sind, doch ein Großteil des Bandes kann nahezu überall kostenfrei genutzt werden. Dass dies mit Zigbee funktioniert, konnten wir mit Philips' Hue Tap verifizieren. Wir haben einen Schalter in den USA gekauft und konnten ihn bedenken- und problemlos hierzulande einsetzen. Mit Z-Wave geht das nicht.

Für die Hersteller ergibt sich neben der Herstellung auch eine vereinfachte Vertriebssituation. Bestenfalls muss nur eine SKU (Stock Keeping Unit) vorgehalten werden, die weltweit verschifft werden kann.

Zigbee und Z-Wave sind Mesh-fähig

Abseits der Frequenzen haben beide Standards - Zigbee und Z-Wave - etwas gemeinsam: Sie sind beide Mesh-fähig. Solange der Anwender in Reichweite eines Geräts ist, kann er auch mit anderen Nutzern kommunizieren, weil die Kommandos von einem Gerät zum anderen weitergegeben werden können.

Die Reichweite beider Standards liegt im Heimbereich zwischen 15 und 20 Metern. Für spezielle Anwendungen sind aber auch deutlich höhere Reichweiten möglich. Dank Mesh-Networking ist die Reichweite im Heimbereich aber nicht so wichtig. Selbst größere Häuser lassen sich noch steuern, wenn in jedem Zimmer mindestens eines der Produkte installiert wurde und das Signal weitergegeben werden kann.

Die Technik funktioniert, nur kennt sie keiner

Beide Allianzen haben ein gewaltiges Problem, das auch die Kunden betrifft: Die Standards sind weitgehend unbekannt. Zwar gibt es kleine Logos an den Verpackungen, doch etabliert sind diese nicht. Zudem ist die Bedeutung eingeschränkt. Was nützt das Zigbee-Logo, wenn Zigbee-Geräte ohnehin nur als herstellereigene Lösung funktionieren? Bei Z-Wave ist das zwar anders, doch im Gespräch mit Golem.de gab die Allianz zu, dass Devolos Entscheidung, auf Z-Wave für sein umfassendes Smart-Home-Paket zu setzen, einen deutlichen Bekanntheitsschub in Europa gebracht hat.

Dabei ist Devolo ein vergleichsweise kleines Unternehmen, das allerdings mit seiner Entscheidung zugunsten der Z-Wave-Allianz etwas Aufsehen erregte. Es geht zudem mit der Z-Wave-Alliance weiter: Wir konnten die ersten D-Link-Geräte in der Z-Wave-Zertifizierungsliste ausmachen. Eigentlich hatte D-Link auf der Ifa im Jahr 2014 sein Smart-Home-System auf WLAN-Basis vorgestellt. Jetzt hat sich das Unternehmen offenbar umentschieden. Auch die Samsung-Tochter Smartthings interessiert sich für Z-Wave, obwohl ihre Hardware bisher auf Zigbee setzte.

Wenn Zigbee 3.0 mit der Interoperatibilität und Z-Wave mit starken Allianzpartnern werben kann, hilft das der Verbreitung der Technik, die Anwender bisher nicht verstehen. Das geht so weit, dass selbst technikaffines Publikum die Technik nicht kennt. Auf dem letzten Chaos Communication Congress überraschte uns zum Beispiel, dass ausgerechnet das Hackerpublikum zum überwiegenden Teil Zigbee nicht kannte. Es bleibt also noch viel Überzeugungsarbeit zu leisten, damit Hersteller und Händler mit ihren Angeboten nicht verwirren und darauf verweisen können, dass die Smart-Home-Systeme erweiterbar sind. Da könnte ein anderer Mitspieler helfen, den Smart-Home-Markt interessanter zu machen.

Apple als ergänzender Konkurrent und Archos mit 433-MHz-Unterstützung

Neben Z-Wave und Zigbee will Apple mit seinem Homekit-Framework den Markt verändern. Die Spezifikation ist fertig. Erste Hersteller haben auch schon Homekit-Hardware angekündigt. Apple hält sich dennoch bedeckt. Während andere Produkte mit viel Aufsehen vorgestellt werden, werden die Hersteller beim Homekit-Framework zum Stillschweigen verpflichtet.

Die Zentrale für die Heimautomatisierung könnte das kleine Apple TV werden. Damit kommen WLAN, Bluetooth Classic und Bluetooth Smart für die direkte Steuerung in Betracht, auch wenn Apple TV offiziell noch keine umfassende Unterstützung dafür hat. Seine Bluetooth-Lampe kann der Anwender beispielsweise noch nicht im Apple TV anmelden. Es gibt auch Hinweise, dass andere Hardware indirekt unterstützt wird. Philips ist beispielsweise ein Partner bei Homekit. Die Vorteile liegen auf der Hand: Per Homekit würde die Steuerung aller Produkte vereinheitlicht. Und die Philips-Leuchten sind dank einer Ethernet-Bridge im Heimnetzwerk angebunden. Ob dafür das kommende Zigbee 3.0 Voraussetzung ist, ist noch nicht bekannt.

Archos will Rollläden steuerbar machen

Einen ganz anderen Ansatz verfolgt Archos. Neben Smart-Home-Hardware mit Bluetooth Smart will es mit seinem Smart-Home-Tablet auch funkferngesteuerte Hardware per 433 MHz anbinden. Dazu zeichnet das Gerät die aussendende Frequenz einer Fernbedienung auf und kann dann selbst altes Equipment ansteuern, allerdings ohne Rückmeldung. Eine Rolllade meldet beispielsweise keinen Erfolg beim Schließen des Fensters. 433-MHz-Geräte anzubinden, würde vor allem Anwendern helfen, die Hardware dieser Art schon haben. Zum Smart Home gehören solche Installationen aber erst dann, wenn sie auch zentral über ein Gerät in Kombination zu anderen Aktionen betrieben werden können. Auch die 433-MHz-Technik wäre nur eine Ergänzung aus Kompatibilitätsgründen zu WLAN, Bluetooth, Z-Wave und Zigbee.

Z-Formatkrieg mit Hardware

Zigbee und Z-Wave: Am Ende wird die Hardware entscheiden. Diese sollte mit vielen Funkstandards kompatibel sein. Wer sich ein Smart Home einrichten will, will vielleicht sein Smartphone als Steuerzentrale verwenden. Dazu wird eine Bridge benötigt. Zigbee- oder Z-Wave-Implementierungen direkt in Smartphones gibt es bisher nicht.

Außerdem hat Z-Wave bei der LED-Beleuchtung große Nachteile. Es gibt keine vernünftige Auswahl für Smart-Home-Systeme. Immerhin werde bereits an entsprechenden Produkten gearbeitet, sagte uns ein Vertreter auf der CES.

Zigbee ist da einen Schritt weiter. Mit Philips und seinem Hue-Lampen-System ist ein bekannter Partner längst etabliert, auch wenn viele nicht wissen, dass es Zigbee-Leuchten sind. Zudem unterstützen mit Osram und GE weitere namhafte Hersteller Zigbee mit Leuchtmitteln. Das Zigbee-Sammelsurium an Einzellösungen, die nicht interoperabel sind, könnte dann der Vergangenheit angehören.

Für mehr Informationen über Smart Home empfehlen wir unsere Artikel Wenn das Zuhause vernetzt wird und Smarthomes offen wie Scheunentore, die sich anderen Smart-Home-Systemen abseits der Protokoll- und Funkeigenarten von Zigbee oder Z-Wave widmen, die natürlich beide durchaus als Ergänzung für andere Systeme betrachtet werden können. Mix and Match ist anscheinend ein Prinzip des kommenden vernetzten Heimes. Eines ist sicher: Der Anwender braucht viel Wissen für die richtige Smart-Home-Installation und dieser Markt wird in Bewegung bleiben.  (ase)


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