Was ist Z-Wave?

 Was ist Z-Wave?

Z-Wave ist der internationale Funkstandard zur Kommunikation von unterschiedlichen smarten Geräten und wurde von der im Jahr 2005 gegründeten Z-Wave Alliance und der Firma Sigma Designs weiterentwickelt. Die ersten europäischen Hersteller waren übrigens das Unternehmen Danfoss und Merten schon im Jahr 2007.

Die bekanntesten Alliance Mitglieder sind:

die Deutsche Telekom, Bosch, LG, Huawai, Samsung (SmartThinks), Buffalo, D-Link, Danfoss, devolo, Fakro, Baumarkt Hornbach, Logitech, Nokia, Panasonic, Schwaiger, Sharp, somfy, Steinel, TechniSat, TP-Link, natürlich auch Z-Wave Europe und viele mehr.

Entwickelt haben den Funkstandard aber zwei dänische Ingenieure schon im Jahr 2001, die als eigene (Proprietäre) Smart Home Lösung dienen sollte. Die Z-Wave Funk-Chips wurden als OEM-Produkte zunächst über die Kopenhagener Firma Zen-Sys vertrieben. Im Jahr 2003 verkaufte dann Zen-Sys sein Proprietäres Funksystem, und Z-Wave wird ein öffentlicher Standard.

z-wave-chip-sigma-designs

Beispiel für ein Z-Wave Funk-Chip (© zwave.de)

Mittlerweile existieren über 2400 verschiedene Z-Wave Geräte von über 700 verschiedenen Herstellern. Bekannte Hersteller sind zum Beispiel Fibaro, Zipato, Aeotec, Popp, Danfoss, NodOn, Philio Tech, Danalock, Eurotronic u.v.m.

Z-Wave und Z-Wave Plus Logo

Die offiziellen Logos von Z-Wave und Z-Wave Plus (© zwave.de)

 

Was lässt sich mit Z-Wave Geräten steuern?

 

Mit Z-Wave Geräten lassen sich mittlerweile nahezu alle nur erdenklichen Situationen im Haus steuern und überwachen, aber um eine Vorstellung zu bekommen, haben wir unten ein paar Möglichkeiten zusammengetragen.

  • Rollläden und Jalousien (die in den vorhandenen Wanddosen hinter den Wandschaltern installiert werden) können hoch- und runtergefahren werden, zudem   kann deren Lage kontrolliert werden ( z.B. Rollladen schliessen auf 50%)

steuern von rolllaeden im z-wave netzwerk

 

(© schnell36.de)

  • Steuerung mit Relais und Dimmern (die in den vorhandenen Wanddosen hinter den Wandschaltern und Steckdosen installiert werden) von normalen Lampen, Leuchtstoffröhren, LEDs und Halogenlampen u.s.w.

steuern einer led lampe im z-wave netzwerk

 

(© schnell36.de)

  • Genauso existieren auch Z-Wave Wandschalter und Zwischenstecker-Schalter zum Schalten und Dimmen von verschiedenen elektrischen Verbrauchern (Stehlampen, Waschmaschinen, Kaffeemaschinen, Bügeleisen u.s.w.) 

steuern einer waschmaschine im z-wave netzwerk

 

(© schnell36.de)

  • Steuerung mit Relais von Pforten, Garagentoren und anderen Arten von Toren, Türen und Fenstern (für die Türen existieren auch sogenannte smarte Schlosser), für Dachfenster existieren Z-Wave Kettenantriebe von Fakro

steuern von einem garagentor im z-wave netzwerk

 

(© schnell36.de)

  • Steuerung von Z-Wave Kameras oder IP-Kameras, die über die Gateway (Smart Home Zentrale)-Schnittstellen eingebunden werden

verbindung z-wave kameras

 

(© schnell36.de)

  • Sirenen zur Realisierung von Alarm-Szenarien (einige der Sirenen sind Solarbetrieben)

realisierung einer alarmanlage im z-wave netzwerk

 

(© schnell36.de)

  • Steuerung von Klima- und Heizgeräten mit Hilfe von Heizkörper-Thermostaten, Thermostaten für Heizung und Fussbodenheizung, Thermostaten für elektrische Fussbodenheizung u.v.a.

 

Es gibt für die Überwachung verschiedene Arten von Sensoren:

  • Bewegungsmelder, Temperatursensoren und Vibrationssensoren (diese Sensoren sind oft schon in anderen Sensoren mit integriert), 
  • verschiedene Luftqualität-Sensoren („CO2“-Kohlendioxid und „CO“-Kohlenmonoxid, Luftfeuchtigkeit), Rauchmelder, Wassersensoren, Sensoren zur Feststellung der Regenmenge und Windgeschwindigkeit, Gestensteuerung 
  • Steuerung von Multimedia Geräten die mit Z-Wave Funktechnologie ausgestattet sind, oft aber über die Gateway (Smart Home Zentralen) Schnittstellen 

 

darstellung verschiedener z-wave module im smart-home

Shematische Abbildung von verschiedenen Modulen und deren Positionierung in der Wanddose (© FIBARO)

  • Mit vielen Geräten lassen sich zudem noch der Energieverbrauch, Temperaturverlauf  mit aufzeichnen und überwachen 

aufzeichnungen von einem z-wave rauchmelder

 Verlauf der Aufzeichnung eines Rauchmelders von Fibaro. (© FIBARO)


Wie Funktioniert Z-Wave?

Z-Wave-Meshnetzwerk-topologie

Das Z-Wave Meshnetzwerk  (© schnell36.de)

Die Geräte funken in Europa auf der Frequenz von 868.42 MHz. Der Z-Wave Funkstandard ermöglicht eine sichere und stabile Kommunikation, indem jede Nachricht vom Empfänger rückbestätigt wird, eine sogenannte Zweiwege-Kommunikation, die komplett verschlüsselt abläuft.

Ein Beispiel dazu: Die Z-Wave Smart Home Zentrale sendet zu einer Z-Wave LED-Lampe ein Signal zum Einschalten, und die LED-Lampe sendet eine Antwort an die Zentrale, ob es auch geschehen ist oder nicht.

Es existieren Geräte, die sowohl vom Stromnetz, wie auch mit Batterien betrieben werden. Solche Geräte wie die Bewegungsmelder, Rauchmelder, Wassermelder, Tür- und Fensterkontakte, Fernbedienungen, einige Alarmsirenen (z.B. von Fa. POPP), verschiedene Wettersensoren, Heizkörper-Thermostate und Türschlösser werden meist mit Batterien betrieben. Mittlerweile gibt es auch Z-Wave Geräte, die mit Solarzellen ausgestattet sind, z.B. die POPP Aussensirene.

Die Smart Home Zentralen (auch Gateways genannt), Regler für die Heizung, Relais und Dimmer für Lichtsteuerung, Relais für Rollladensteuerung, Zwischenstecker-Schalter und Repeater (Router) werden dagegen vom Stromnetz betrieben.

Sollte eine direkte Funkverbindung zwischen Sender (Smart Home Zentrale) und Empfänger (z.B. eine LED-Lampe) gestört sein, können alle netzbetriebenen Geräte (wie im Bild zu sehen: ein Zwischenstecker-Schalter) auch als Router (es wird ein sogenanntes Routing aufgebaut) fungieren und die Z-Wave Nachrichten weiterleiten. Deswegen wird das Z-Wave Funknetz auch als Meshnetzwerk bezeichnet.

meshnetzwerk-funktion-des-z-wave-routings Z-Wave Meshnetzwerk (© schnell36.de)

Ein Z-Wave Netzwerk besteht aus einem Gateway (Smart Home Zentrale) und mindestens einem Gerät (z.B. Relais). Dieses Netzwerk kann dann noch maximal 231 weitere Geräte einbinden und verwalten. Es können mehrere solcher Netzwerke aufgebaut werden.

Die Funkreichweite innerhalb von Gebäuden beträgt dabei bis zu 25 Meter (Z-Wave Plus ca. 40 Meter) und im Freien bis zu 100 Meter (Z-Wave Plus ca. 150 Meter). Der Vorteil von Z-Wave ist die Frequenz von 868 MHz, deren Funkwellen die Wände besonders gut durchdringen können.

 

Wie werden die Geräte angelernt?

Inklusion

Zunächst einmal müssen die Geräte in einem Z-Wave Netzwerk einander bekannt gemacht werden, diesen Vorgang nennt man Inklusion (inclusion). Der Vorgang wird über die Smart Home Zentrale (Gateway) gestartet und muss am anzulernendem Gerät bestätigt werden.

Das Bestätigen wiederrum ist von Gerät zu Gerät unterschiedlich:

  • wenn das Gerät das erste Mal mit Strom versorgt wird, versetzt es sich in Inklusion-Modus, das nennt man Auto-Inklusion
  • durch dreimaliges Drücken der Taste am Gerät
  • oder durch einfaches Drücken  
  • das Gedrückthalten einer Taste stellt auch eine weitere Möglichkeit dar 

 

Nach dem Anlernen werden die Standard-Parameter von den Geräten übernommen, diese lassen sich in vielen Fällen aber anpassen. Das hängt wiederrum von der jeweiligen Smart Home Zentrale ab.

Exklusion

Das Verfahren zum Entfernen eines, bereits inkludierten, Geräts aus dem Z-Wave Netz, bezeichnet man als Exkludieren (exclusion).

Assoziation

Ein drittes und ebenfalls oft vorkommendes Wort aus dem Z-Wave Lager ist die Assoziation. Dabei können Z-Wave Geräte andere Z-Wave Geräte steuern. Zum Beispiel eine Fernbedienung steuert direkt einen Zwischenstecker-Schalter.

 

Welche Vorteile bietet Z-Wave? 

✔︎ Dank der Z-Wave-Funk-Technologie können Produkte unterschiedlicher Hersteller miteinander und in einem Funknetz verwendet werden

✔︎ Z-Wave Funkstandard bietet mittlerweile über 2400 verschiedene Smart Home Geräte an

✔︎ von über 700 unterschiedlichen Herstellern

✔︎ somit keine Bindung an einen einzigen Hersteller

✔︎ die Kommunikation läuft komplett verschlüsselt ab

✔︎ durch das Meshnetzwerk kann die Reichweite erhöht und das Netzwerk stabilisiert werden

✔︎ Z-Wave Geräte können sowohl mit Batterien als auch mit dem Stromnetz betrieben werden

✔︎ Viele Weltmarktführende Hersteller haben sich der Z-Wave Alliance   angeschlossen 

 

Was ist Z-Wave Plus?

z-wave-plus-logo

 

Z-Wave Plus Logo (© zwave.de)

Z-Wave Plus™ ist ein neues Zertifizierungsprogramm von der Z-Wave Alliance. Es wurde entwickelt, um den Verbrauchern bei der Identifizierung der Produkte zu helfen, die bereits die neu eingeführte Z-Wave Hardware-Plattform einsetzen. 

Die neue Plattform wird auch als die 500er-Serie, 5. Generation Z-Wave (5GEN) oder auch als "Next Gen" genannt. Z-Wave Plus zertifizierte Produkte verfügen über einige Vorteile, die die Benutzerfreundlichkeit erhöhen und es ermöglichen, Z-Wave Lösungen noch schneller und einfacher zu installieren und einzurichten.

Seit der Zertifizierung des ersten Z-Wave Geräts im Jahre 2004, hat sich Z-Wave zum Marktführer für interoperable intelligente Geräte für das smarte Zuhause entwickelt. Mit der Einführung der neuen Z-Wave 500-Serie wurde das Z-Wave Ökosystem mit neuen Funktionen, wie erhöhter Reichweite, längerer Akkulaufzeit, Over The Air Upgrades (OTA), sowie zusätzlichen RF-Kanälen ausgestattet, die alle vollständig rückwärts kompatibel mit bestehenden Z-Wave-Produkten sind.

Für Verbraucher sollen diese Verbesserungen enorme Vorteile in Bezug auf kürzere und einfachere Installationen, noch mehr Geräteprofile, verbesserte Selbstheilung und längere Lebensdauer der Batterie

Mit dem neuen Z-Wave-Plus-Zertifizierungsprogramm führt die Z-Wave Alliance zusätzlich eine Reihe von Logos ein, die auf den Verpackungen der Z-Wave Plus™ zertifizierten Produkten zu finden sind und über die Vorteile der Z-Wave 500er-Serie informieren.

 

 

Zusätzliche Vorteile von Z-Wave Plus™ im Überblick:

 

✔︎ Z-Wave Plus Geräte sind auch kompatibel zu früheren Z-Wave Geräten 

✔︎ Verbesserung der Akkulaufzeit um ca. 50 %

✔︎ Verbesserung der Reichweite um 67%

✔︎ 250% mehr Bandbreite

✔︎ Drei RF-Kanäle für eine verbesserte Rauschfestigkeit und höhere Bandbreite

✔︎ Neue Netzwerkweite Plug-n-Play Inclusion-Funktion

✔︎ Verbesserte Selbstheilung und Fehlertoleranz mit Explorer Frame-Funktion

✔︎ Air Firmware-Updates (OTA) 

 

 

Nachtrag zum Beitrag: 15.01.2018

 

Nach 500er Funk-Chips kommt bald die neueste Generation: Mit 700er Chips

Z-Wave-700er-Generation

Die 700er Chip Generation (© zwave.de)

 

Auf der CES Consumer Electronics Show 2018 in Las Vegas hat der Z-Wave Chiphersteller Sigma Designs seine neueste Z-Wave-Generation präsentiert. Die „700er“-Chips sollen besonders für die Sensoren interessant sein. Nachdem die S2-Sicherheitsarchitektur und SmartStart Installation bereits vorgestellt wurden, kam jetzt das dritte Highlight dazu.

Die Z-Wave Plattform soll somit mit diesen Neuerungen noch sicherer und einfacher, intelligenter und nutzerfreundlicher sein.

 

Vorteile der Z-Wave 700er Generation:

 

✔︎ Die Batterielaufzeiten von mehr als 10 Jahren sollen möglich sein (mit Knopfzelle)

✔︎ Die Reichweite im Gebäude soll ca. 90 Meter betragen, damit wäre eine Abdeckung von mehreren          Etagen möglich

✔︎ Schnellere und kostengünstigere Entwicklung und Produktion neuer Z-Wave Produkte

✔︎ Durch die ARM - Chips schneller und energieeffizienter

✔︎ Durch das Security 2 (S2) - Framework wird die höchste Sicherheit erreicht

✔︎ Einfache Installation dank Z-Wave SmartStart Setup

✔︎ Die Abwärtskompatibilität zu den anderen Z-Wave Generationen wird gewährleistet 

 Im Video wird die Funktion des S2-Frameworks erklärt (EN)

Möchtest Du noch mehr und vor allem detaillierte Informationen über den Z-Wave Funkstandard bekommen, dann können wir Dir dieses Buch hier von Dr. Christian Pätz empfehlen.

 

 


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