Z-Wave

Z-Wave | Der weltmarktführende Funkstandard

Der weltweit am weitesten verbreitete Funkstandard für Smart Home Vernetzung nennt sich Z-Wave. Der Z-Wave Standard wird von der Z-Wave Alliance entwickelt, der rund 300 Unternehmen angehören und die in Europa durch Z-Wave Europe vertreten wird. Die Entwickler sorgen dafür, dass die Geräte der Hersteller mit diesem Standard nicht nur mit dem Gateway, sondern auch untereinander kommunizieren können.

 

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Logo der Z-Wave Alliance (Quelle: z-wavealliance.org)

 

1. Charakteristika des Z-Wave Funkstandards

Im Gegensatz zu Standards wie DECT ULE setzt der Z-Wave Standard auf das allgemein nutzbare Frequenzband zwischen 850 und 950 MHz, welches auch von anderen Geräten genutzt wird. Da es dadurch zu einer höheren Störanfälligkeit kommen kann, verwendet Z-Wave die Methoden der Frequenzumtastung, um das Signal unanfälliger für Störungen zu machen. Dabei wird bei weiteren Geräten das eigene Signal einfach aufgeschaltet und auf Seiten des Empfängers wieder decodiert.

Z-Wave nutzt dabei professionelle ISM-Frequenzbänder (ISM = Industrial, Scientific and Medical Band) und speziell für die Kurzstrecke bereitgestellte SRD-Frequenzbänder (SRD = Short Range Devices). Den Vorgaben der Z-Wave Alliance zufolge müssen zertifizierte Geräte eine Mindestreichweite von 40m innerhalb von Gebäuden haben.

Zudem zeichnet sich der Z-Wave Standard durch einen weiterer Aspekt aus, der die Störanfälligkeit verringert: Alle zertifizierten Geräte funken in zwei Richtungen und können sich somit auch untereinander vernetzen. Somit wird es z.B. möglich, dass ein Geräte einem anderen Datenseder eine Art Empfangsbestätigung zukommen lässt. Bleibt diese aus, so sucht sich das Gerät im Netzwerk einen anderen Kommunikationspartner, um die gesamte Leistungsfähigkeit zu erhalten. Dadurch entsteht ein sehr stabiles und untereinander verwobenes Gerätenetzwerk.

 

2. Entwicklung von Z-Wave im Smart Home Bereich

Die Entwicklung des Standards geht auf das Jahr 2001 zurück, als zwei Elektrotechnik-Ingenieure den Grundstein für die Markteinführung der ersten Produkte im Jahr 2004 legten. Ein Jahr später wurde dann die Z-Wave Alliance gegründet, um die Entwicklung weiter voranzutreiben. Seitdem hat sich der Standard weiterentwickelt. Die Z-Wave Alliance und ihre zugehörigen Unternehmen beschäftigen sich nicht nur mit der Weitentwicklung des Funkstandards, sondern produzieren auch selbst smarte Geräte für den Bereich der Heimautomatisierung.

2012 wurden die beiden Protokollschichten (MAC und PHY) offiziell von der Internationalen Fernmeldeunion als globaler Standard G.9959 zugelassen. Anfang 2014 gab es bereits mehr als 1000 zertifizierte Produkte mit Z-Wave Unterstützung. International gesehen ist er der erfolgreichste Funkstandard im Smart Home Bereich.

 

3. Engmaschig verwobenes Funknetzwerk aus Geräten

Um Smart Geräte zu vernetzen ist eine zentrale Steuereinheit nötig, das sogenannte Gateway. Hier laufen auch bei Z-Wave alle Geräteinformationen zusammen, damit smarte Aktionen eingeleitet und koordiniert werden können. Z-Wave Zentralen unterstützen dabei maximal 231 Geräte, was für den privaten Anwender vollkommen ausreichen sollte. Dabei wird zwischen drei Gerätekategorien unterschieden:

SensorenAktorenBedienungseinheiten
Sie messen Umwelteinflüsse oder Zustände und erfassen jene Daten, die die Grundlage für das intelligenten Zuhause bilden.
Dies sind Geräte, die eine bestimmte Aktion ausführen, z.B. Thermostate mit eingebauten Motoren oder automatische Lichtschalter.
Bedienungseinheiten dienen als Interface (Schnittstelle) zwischen dem Menschen und der Technik. Dazu gehören etwa fest verbaute Tablets oder auch mobile Fernbedienungen, mittels derer man die smarten Geräte programmieren oder steuern kann.
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Heimautomatisierung mittels Z-Wave (Quelle: z-wavealliance.org)

 

Die Vernetzung der Geräte, die ihre Energie entweder über das klassische Stromnetz oder aber Batterien beziehen, erfolgt über Funksignale. Damit die Batterien nicht zu schnell leer werden, kontaktiert das Netzwerk die sicherheitsirrelevanten Geräte nur in regelmäßigen Intervallen anstatt eine dauerhafte Funkverbindung aufrecht zu erhalten.

Das Einrichten des Netzwerkes und das Anbinden neuer Geräte gestaltet sich sehr einfach, indem man die Zentrale in den Inklusions-Modus schaltet. Die neuen Geräte wählen sich dann automatisch in das Netzwerk ein. Für das Entfernen von Geräten gibt es zudem eine spezielle Exklusions-Funktion, die ähnlich einfach ist wie das Auswerfen von USB Sticks. Die Vernetzung der Geräte untereinander wird als Assoziation bezeichnet und ist auch sehr einfach herzustellen, wenn dies nicht automatisch über die Zentrale geschehen sollte.

Seit einiger Zeit gibt es die neue Zertifizierung Z-Wave Plus, die sich durch einen noch geringeren Energieverbrauch (bis zu 50% längere Batterielaufzeit), eine höhere Reichweite (bis zu 67% weiter) sowie eine mehr als doppelt so hohe Bandbreite auszeichnet. Zudem können via Z-Wave Plus ganz einfach Software Updates (sogenannte Firmware Updates) auf die Geräte verteilt werden.

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Zertifizierungen der Z-Wave Alliance (Quelle der Logos: z-wavealliance.org)

4. Fazit

Wer auf den weit verbreiteten Funkstandart Z-Wave setzt, macht in puncto Komptabilität der Gerätschaften und Vernetzbarkeit nichts falsch. Die Einrichtung ist sehr nutzerfreundlich und das Netzwerk durch eine enge Vernetzungsdichte besonders stabil. Zudem gibt es bereits heute eine Vielzahl an Produkten auf dem Markt, die allesamt untereinander kompatibel sind und so ein funktionale Gesamtlösung für die Heimautomatisierung bieten. Durch die stetige Weiterentwicklung ist man mit Z-Wave auch für die Zukunft optimal aufgestellt.