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Die ZigBee Gebäudesteuerung Lichtsteuerung
Die ZigBee Gebäudesteuerung Lichtsteuerung

Die ZigBee Gebäudesteuerung

Was ist ZigBee?

ZigBee ist ein Industriestandard zur drahtlosen Gebäudesteuerung.
Die ZigBee WLAN Funknetztechnik basiert auf IEEE 802.15.4 und ist als standardisierte Gebäudesteuerung konzipiert.
Verschiedene Aktoren kommunizieren mittels dieses Standards untereinander, senden und empfangen Steuerbefehle, die verschlüsselt weitergegeben werden. Die einzelnen Module sind für einen wartungsfreien Einsatz in unzugänglichen Bereichen konzipiert. Geräte können als Endgerät, Router oder Koordinator agieren. So wird ein Netzwerk aufgebaut, mit dem sich alle Aufgaben der Gebäudeautomatisation darstellen lassen. ZigBee Komponenten arbeiten mit geringen Übertragungsraten und zeichnen sich so durch geringe Leistungsaufnahmen aus.
Unter der ZigBee Alliance haben sich viele namhafte Unternehmen zusammengeschlossen, die den Standard gemeinsam weiterentwickeln. Dabei sind die IEEE 802.15.4 als auch ZigBee offene Plattformen.

Was kann ZigBee

Mit ZigBee fähigen Komponenten lassen sich alle Bereiche der Gebäudesteuerung, Industriesteuerung und Smart-Home abbilden.
Von der Anlagensteuerung, der Übertragung und Auswertung von Daten über die Überwachungstechnik bis zur Lichtsteuerung können alle Komponenten sicher gesteuert und überwacht werden. Steuerung, Überwachung und Automatisation von Geräten im Gebäude und untereinander ist damit möglich – z.B. zwischen Lichtschalter und Leuchte, Lichtsensor und LED Hallenstrahler, Präsenzmelder und LED Lichtbandsystem.

Ein großer Vorteil von Zigbee Lichtsteuerungen ist die Energieeffizienz. Durch die Möglichkeit, das Licht gezielt ein- und auszuschalten, können unnötige Energieverbraucher vermieden werden. Auch die Integration in Smart Home Systeme ist oft sehr einfach und bietet dem Benutzer zusätzliche Möglichkeiten, wie zum Beispiel die Steuerung per App oder Stimme.

Ein Nachteil von Zigbee Lichtsteuerungen kann die hohe Anfangsinvestition sein, da alle Leuchten im System mit Zigbee-fähigen Leuchtmitteln ausgestattet werden müssen. Auch die mögliche Abhängigkeit von einem Hub, der alle Geräte verbindet, kann ein Nachteil sein, da dieser bei Ausfall das gesamte System lahmlegen kann.

Technik

Um eine Zigbee Lichtsteuerung umzusetzen, müssen zunächst alle Leuchten im Gebäude mit Zigbee-fähigen Leuchtmitteln ausgestattet werden. Dann wird ein Hub installiert, der als Verbindungsstelle zwischen den Leuchten und dem Benutzer dient. Der Hub kann entweder direkt an eine Steckdose angeschlossen oder per LAN-Kabel mit dem Router verbunden werden. Anschließend können die Leuchten mithilfe einer App oder einer Smart Home Steuerungseinheit gesteuert werden.

Das ZigBee Protokoll weist eine geringe Komplexität auf. Datenübertragungen und ein Wechsel aus dem Schlafmodus können so sehr schnell durchgeführt werden.
Ebenso weisen ZigBee Komponenten eine geringe Leistungsaufnahme aus. Damit können auch batteriegetriebene Sensoren lange wartungsfrei betrieben werden.
Die Zigbee Frequenzen liegen in lizenzfreien ISM-Bändern um 868 MHz (915 MHz für die USA) bzw. 2,4 GHz. Die Daten werden in Paketen von bis zu 128 bytes gesendet. Standardmäßig werden 64 Bit IEEE Adressen als auch 16 Bit Kurzadressen zur Identifizierung verwendet. Ist das Netzwerk eingerichtet, kann die Kurzadresse verwendet werden. Das Netzwerk ist so in der Lage über 65000 Knoten zu verwalten.
Optional besteht auch die Möglichkeit der Zeitsynchronisation.
Je nach Gerät wird eine Sendeleistung von bis zu 100 Metern erreicht.
ZigBee unterstützt mehrere Netzwerktopologien wie Punkt zu Punkt, Punkt zu Gruppe und die Vernetzung aller Punkte.

ZigBee Standards

Es gibt mehrere Zigbee-Standards, die sich hauptsächlich in der Übertragungsrate unterscheiden. Der Zigbee 3.0 Standard bietet beispielsweise eine Übertragungsrate von bis zu 250 kbps, während der Zigbee Pro Standard eine Übertragungsrate von bis zu 40 kbps bietet. Es gibt auch spezielle Zigbee-Standards für bestimmte Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel Zigbee Smart Energy, das sich auf die Steuerung von Energieverbrauchern konzentriert.

Zigbee 3.0:

Übertragungsrate von bis zu 250 kbpsUnterstützt mehrere Netzwerktopologien, darunter Stern, Baum und Mesh

Eignet sich für Smart Home Anwendungen, Industrie 4.0 und IoT

Bietet umfassende Sicherheitsfunktionen, wie Verschlüsselung und Authentifizierung

Zigbee Pro:

  • Übertragungsrate von bis zu 40 kbps
  • Unterstützt Stern- und Mesh-Netzwerktopologien
  • Eignet sich für Smart Home und industrielle Anwendungen
  • Bietet erweiterte Sicherheitsfunktionen, wie Verschlüsselung und Authentifizierung

Zigbee Smart Energy:

  • Übertragungsrate von bis zu 250 kbps
  • Unterstützt Stern- und Mesh-Netzwerktopologien
  • Speziell für die Steuerung von Energieverbrauchern entwickelt
  • Bietet erweiterte Sicherheitsfunktionen, wie Verschlüsselung und Authentifizierung

Zigbee Green Power:

  • Übertragungsrate von bis zu 40 kbps
  • Unterstützt Mesh-Netzwerktopologie
  • Speziell für Geräte mit geringem Energiebedarf entwickelt, wie zum Beispiel Bewegungsmelder oder batteriebetriebene Geräte
  • Bietet grundlegende Sicherheitsfunktionen, wie Verschlüsselung und Authentifizierung

Zigbee RF4CE:

  • Übertragungsrate von bis zu 250 kbps
  • Unterstützt Stern-Netzwerktopologie
  • Speziell für die Steuerung von Unterhaltungselektronik entwickelt
  • Bietet grundlegende Sicherheitsfunktionen, wie Verschlüsselung und Authentifizierung

ZigBee Netzwerk

Mit ZigBee Komponenten ist es möglich, ein Netzwerk aufzubauen, in dem alle Komponenten untereinander kommunizieren und das Signal weiterleiten. So können große Entfernungen überbrückt und auch große Gebäude komplett abgedeckt werden.
Das Protokoll unterstützt dabei sowohl eine Kollisionsvermeidung, Wiederholungen als auch Bestätigungen der Befehlspakete.

ZigBee Geräte

Es gibt einfache Endgeräte mit eingeschränkter Funktionalität (RFD – Reduced Function Device), Router mit voller Funktionalität (FFD – Full Function Device) und Koordinatoren für das Netzwerk. Die Geräte kommunizieren untereinander – auch vollkommen autark. Sternförmige Netzwerke können zwischen einfachen Endgeräten (RFD) und einem Router (FFD) errichtet werden, dezentrale Netzwerke zwischen Geräten mit voller Funktionalität (FFD). Sämtliche Wir sind heller Netzwerkkomponenten arbeiten als Full-Function-Devices, und damit als Router, was eine ständige Erreichbarkeit aller Funkknoten sicherstellt.

Eine weitere Möglichkeit, die Zigbee Lichtsteuerung zu erweitern, ist die Integration von Smart Home Geräten, wie zum Beispiel Thermostaten oder Sicherheitssystemen. Auf diese Weise können alle Geräte miteinander vernetzt und mithilfe einer einzigen Steuerungseinheit gesteuert werden. So kann beispielsweise das Licht automatisch dimmen, wenn die Heizung angeschaltet wird, um Energie zu sparen.

Insgesamt bietet die Zigbee Lichtsteuerung viele Vorteile, wie Energieeffizienz und die Möglichkeit, das Licht gezielt ein- und auszuschalten. Allerdings kann die hohe Anfangsinvestition und mögliche Abhängigkeit von einem Hub für einige Nutzer ein Nachteil sein. Durch die verschiedenen Zigbee-Standards gibt es auch die Möglichkeit, das System auf die individuellen Bedürfnisse anzupassen.

ZigBee industrial Standard

Der industrial Standard erfüllt die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit für die Anwendung im Industrie- und Gewerbebereich. Der industrial Standard basiert auf einem mehrstufigen Sicherheitskonzept. Darunter eine 128-Bit AES Verschlüsselung und die Anmeldung über ein Trustcenter, in welchem alle Komponenten verifiziert werden müssen.

Schnittstellen

Bei Bedarf kann ZigBee mittels Schnittstellen in ein übergeordnetes oder untergeordnetes System der Gebäudeautomatisation eingebunden werden.

> KNX
> 1-10V
> DALI

ZigBee Gebäudesteuerung
ZigBee Gebäudesteuerung

Alternativen zu ZigBee

Eine Alternative zur Zigbee Steuerung ist die Steuerung mithilfe von WLAN. Diese ermöglicht es dem Benutzer, das Licht über eine App oder eine Smart Home Steuerungseinheit zu steuern. Der große Vorteil von WLAN ist die einfache Integration in bestehende Smart Home Systeme, da viele Geräte bereits WLAN unterstützen. Allerdings kann die Übertragungsrate geringer sein als bei Zigbee und die Abhängigkeit von einem starken WLAN-Signal kann ein Nachteil sein.

Eine weitere Alternative ist die Steuerung mithilfe von Bluetooth. Diese ermöglicht es dem Benutzer, das Licht über eine App oder eine Smart Home Steuerungseinheit zu steuern. Der Vorteil von Bluetooth ist, dass kein Hub erforderlich ist und die Übertragungsrate höher ist als bei Zigbee. Allerdings ist die Reichweite geringer als bei Zigbee und WLAN und es gibt möglicherweise Kompatibilitätsprobleme mit bestehenden Smart Home Geräten.

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