Smarthome Funkstandards: Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth & DECT - eine vergleichende Einführung

Geposted von Manuel Pratsch am

Hallo liebe Leser_innen,

heute widmen wir uns einem Thema, das wohl für jedes Smarthome eine große Bedeutung hat: auf welche Funkstandards lege ich mich fest, um mein Smarthome aufzubauen? Oder muss ich mich überhaupt festlegen?

Diese Fragen stellen oft eine hohe Einstiegshürde dar, ob überhaupt erste Schritte bei der Planung und Installation eines Smarthome genommen werden. In diesem Blogbeitrag werden wir uns die wichtigsten Standards ansehen und die wesentlichen Vor- und Nachteile der einzelnen Schnittstellen ansehen. Diese Übersicht stellt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und behandelt die wesentlichen Schnittstellen am Markt, die einen einfachen Einstieg ins Smarthome darstellen und vor allem ohne großen Aufwand nachgerüstet werden können. Daher klammere ich Systeme wie KNX, die vorwiegend in Neubauten und wohl ausschließlich von Fachpersonal installiert werden, aus. Ebenfalls ausgenommen sind die Funkstandards Thread und Matter, da diese zum aktuell auf dem Markt nicht oder nur mit äußerst wenigen Produkten am Markt vertreten sind.

WLAN Bluetooth Zigbee DECT ULE
Frequenz (MHz) 2400 2400 2400 & 868 1880 - 1990
Stromverbrauch hoch mittel gering gering
Störanfälligkeit hoch sehr gering mittel gering
Gateway benötigt nein nein ja ja
Vorteile - Hoher Datendurchsatz - Einfache Handhabung - gute Reichweite (Mesh) - einfache Installation
  - gute Reichweite (Mesh) - Einfache Installation - sparsam - hohe Sicherheit
  - große Geräteauswahl   - große Auswahl - hohe Effizienz
  - günstige Geräte     - gute Reichweite
         
Nachteile - hoher Energiebedarf - geringe Reichweite - Gateway notwendig - geringe Geräteauswahl
  - mögliches  Sicherheitsrisiko - störanfällig - Kompatibilität - Bindung an ein System
  - störanfällig - hohe Latenz - mittlere Latenz - Kompatibilität
  - hohe Latenz     - Gateway notwendig

 

WLAN

WLAN ist als Netzwerkstandard entwickelt worden und hat eine extrem hohe Verbreitung: in nahezu jedem Haus und jeder Wohnung mit Internetverbindung dürfte der Modemrouter auch einen WLAN Access Point beinhalten. Ein weiteres Gerät, abgesehen von optionalen Repeatern oder Access Points für die lückenlose Versorgung größerer Flächen mit WLAN, ist nicht notwendig. Der Start in ein Smarthome ist mit smarten Leuchtmitteln, Steckdosen und multimediales Streaming auf WLAN-Basis daher einfach und vergleichsweise günstig.

WLAN ist für die Verwendung von sehr hohe Datenübertragungsraten konzipiert worden, dies hat aber auch den Nachteil des relativ hohen Stromverbrauchs. Batteriebetriebene Sensoren, die Zustände per WLAN an ein anderes Gerät senden, sind daher mit WLAN nicht möglich. Dies kann durch die Standortangabe innerhalb der App zur Bedienung des Gerätes teilweise ausgeglichen werden, indem etwa die Außentemperatur oder die Sonnenaufgangs- und untergangszeiten übernommen werden können, weitere Informationen stehen aber nicht zur Verfügung.

Des Weiteren funken viele Smarthome-Endgeräte aus Gründen der höheren Reichweite ausschließlich im 2,4GHz Band, dass aber in urbanen Räumen und Mehrfamilienhäusern häufig schon stark ausgelastet ist. Als Folge kann die Störanfälligkeit der Gerätschaften im Smarthome stark zunehmen. In der Vergangenheit gab es auch immer einmal wieder Gerätschaften, die Angreifern das WLAN-Passwort unverschlüsselt mitgeteilt haben, was die Sicherheit des Netzwerkes drastisch reduziert. Dieses Problem wurde von Tuya Geräten Ende 2018 behoben, zudem verwenden Geräte seit Ende 2019 TLS als Verschlüsselung, sodass diese Risiken der Vergangenheit angehören sollten.

Fazit: WLAN Endgeräte sind preiswert, einfach zu verwenden und es gibt eine riesige Auswahl unterschiedlichster Anwendungsoptionen. Dem steht eine gewisse Störanfälligkeit und potenzielle Sicherheitsrisiken gegenüber.

Hier geht es zu Smarthome Geräten, die WLAN als Funkstandard verwenden.

Bluetooth

Ähnlich wie WLAN ist Bluetooth ein Protokoll im 2,4 GHz Band, dass sich schon viele Jahre am Markt etabliert hat, vorwiegend in den Bereichen Audio und Kommunikation. Der neue Bluetooth Low Energy Standard ermöglicht nun eine sparsame Steuerung von Endgeräten, allerdings mit dem Nachteil einer verhältnismäßig kleinen Reichweite. Dieser Nachteil soll durch Bluetooth Mesh aufgehoben werden, indem viele Einzelgeräte zu einem vermaschten Netzwerk zusammengeführt werden, gleichzeitig wird die Störanfälligkeit stark vermindert. Allerdings ist oft völlig unklar, welche Geräte sich vernetzen lassen, von uns getestete Geräte wie Leuchtmittel lassen dies noch nicht zu. 

Eine zentrale Steuereinheit ist nicht notwendig, ein Smartphone oder Tablet kommunizieren direkt per App mit dem Endgerät. Bluetooth Geräte können per se nur lokal bedient werden, allerdings ist die Bedienung aus der Ferne über Amazon Alexa, Apple HomeKit oder Google Nest möglich. Ein Nachteil gegenüber anderen Standards ist die besonders hohe Latenz: Die Reaktion des Endgerätes auf einen Befehl kann schon einmal bis zu einer Sekunde dauern, andere Standards sind hier erheblich schneller.

Fazit: Die Installation und Bedienung von Bluetooth ist einfach, das Reichweitenproblem könnte durch das Mesh behoben worden sein, andernfalls ist die Reichweite für einen stabilen Betrieb zu gering.

Hier gelangen Sie zu den Geräten, die Bluetooth als Funkstandard verwenden.

Zigbee

Als Funkstandard, der dediziert für den Einsatz im Smarthome entwickelt wurde, ermöglicht Zigbee viele Vorteile: Der Datendurchsatz ist auf maximale Effizienz optimiert, folglich ist der Energiebedarf so gering, dass auch batteriebetriebene Gerätschaften wie Sensoren über einen langen Zeitraum verwendet werden können. Geräte können über die Frequenzbereiche 2,4 GHz und 868 MHz adressiert werden. Ein wesentlicher Vorteil von Zigbee ist, dass die Geräte wie bei WLAN ein Mesh aufbauen: Zigbee Router (meist netzbetriebene Geräte wie LED-Controller, Leuchtmittel, Steckdosenadapter etc.) leiten den Befehl weiter, was zu einer besonders robusten Verbindung mit hoher Reichweite führt. Ein Zigbee Endgerät (etwa ein Temperatursensor) sendet Daten an mit ihm verbundene Router, kann aber keine Befehle erhalten und weiterleiten. Der Zigbee Koordinator ist ein besonderer Zigbee Router, da er das Mesh aufbaut, Funkkanal auswählt und die Kennung des Netzwerkes vergibt. Oft wird der Koordinator auch als Zigbee Gateway bezeichnet.

Auch wenn ein Zigbee Mesh generell robust ist, ist es nicht in der Lage, sich selbst zu heilen. Fällt ein Zigbee Router als Knoten aus, so muss das Netzwerk händisch wiederhergestellt werden, da sich der Router nicht selbstständig wieder in das Netz integrieren kann.

Wie oben erwähnt benötigt Zigbee ein sogenanntes Gateway, dass Steuerbefehle vom Smartphone, Tablet oder Spracheingabe per LAN oder WLAN entgegennimmt und dann an die Zigbee-Geräte weiterreicht. Ein weiterer Nachteil ist, dass vor der Entwicklung des Zigbee 3.0 Standards einzelne Hersteller proprietäre Funktionen in ihre Produkte implementiert haben und dies zu einer eingeschränkten Kompatibilität von Zigbee-Geräten geführt hat. Daher sollten heutzutage nur Gerätschaften gekauft werden, die in jedem Fall dem 3.0 Standard entsprechen, was leider nicht immer offen kommuniziert wird. In der Connectivity Standard Alliance (ehemals Zigbee Alliance) sind viele große Unternehmen, wie Google, Amazon, Apple, Ikea und Signify (Philips Hue) an der Weiterentwicklung von Zigbee beteiligt.

Hier gelangen Sie zu unseren Zigbee Produkten.

DECT ULE

Schon seit Jahrzehnten wird der Funkstandard DECT für die digitale Schnurlostelefonie verwendet, daher setzen primär Gerätehersteller aus diesem Segment wie Gigaset (Telekommunikationshersteller) und AVM (Hersteller der Fritz!boxen) auf den DECT ULE Standard. Dieser wurde als offener Standard für besonders effiziente Kommunikation entwickelt, sodass batteriebetriebene Sensoren eine lange Laufzeit erlauben. Zudem funkt DECT-Geräte im eigenen 1800–1900 MHz-Band, eine Störung durch WLAN, Bluetooth oder Zigbee ist daher ausgeschlossen und eine hohe Reichweite möglich. Des Weiteren ist Verbindung der Geräte mit dem Gateway verschlüsselt und der Standard daher besonders sicher.

Ein Nachteil ist allerdings die geringe Anzahl an Herstellern am Markt und die anfangs fehlende Kompatibilität der Geräte verschiedener Hersteller untereinander. Dies ist erst seit der Entwicklung des Protokollaufsatzes HAN-FUN für DECT ULE herstellerübergreifend möglich. Ein Gateway ist zudem notwendig, ist aber im WLAN-Modemrouter in den allermeisten Fällen schon verbaut (AVM Fritz!Boxen mit DECT-Basis und Telekom Speedports).

Fazit:

Der ULE-DECT Standard wird vor allem von AVM, Gigaset und der Telekom verwendet. Fehlende Kompatibilitäten sind mittlerweile beseitigt, und der Standard hat viele Vorteile. Allerdings gibt es nur eine geringe Auswahl an Geräten, die gerade gegenüber WLAN-Endgeräten zunächst teurer anmuten.

Hier geht es zu allen Produkten, die DECT ULE als Schnittstelle verwenden.

Gesamtfazit:

Es gibt viele konkurrierende Standards am Markt, die eigene Stärken, aber auch Schwächen haben. Lange war es für Nutzer schwer, die Vorteile der verschiedenen Funkstandards gemeinsam zu nutzen, da die Gateways vieler Hersteller nur ihren eigenen Funkstandard unterstützt haben. Doch seit einiger Zeit unterstützen nicht nur die Smarthome Assistenten der Techgiganten Amazon, Google und Apple verschiedene Funkstandards, durch die Verwendung von Middleware wie Home Assistant, ioBroker und Co. können auch PCs diese Funktion übernehmen. Mit der Middleware, ihren Möglichkeiten und auch Nachteilen gegenüber etablierten Systemen werden wir uns in einem anderen Blog beschäftigen. Ich bedanke mich vielmals fürs Interesse, bis bald.

Quellen:

https://www.homeandsmart.de/smart-home-funk-standards-uebersicht-hausautomation

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/2203181.htm

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/2210201.htm

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/2212051.htm

https://www.silabs.com/wireless/multiprotocol/mesh-performance

https://www.smart-home.one/zigbee-201651

Bild von klickblick auf Pixabay, bearbeitet vom Autor.

Tabelle vom Autor erstellt

 


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