Z-Wave Smart Home Funkstandard

veröffentlicht am 29. Juli 2018 in Allgemein von Friedrich Schnell

Z-Wave Smart Home Funkstandard – Was ist das?

Z-Wave ist der internationale Smart Home 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.

INHALT

Bekannte Allianz Mitglieder

 Z-Wave Geräte- und System-Hersteller

Was lässt sich mit Z-Wave Geräten steuern?

Z-Wave Funkstandard und Multimedia?

 Z-Wave Leuchten

Z-Wave kompatible Smart Home Zentralen

 Digitale Sprachassistenten und Z-Wave Funkstandard

Wie funktioniert Z-Wave Funkstandard?

Z-Wave Geräte anlernen – Wie funktioniert das?

Z-Wave Funkstandard – Welche Vorteile bietet es Dir?

Z-Wave Plus – Was ist den das?

Z-Wave Plus Vorteile im Überblick

Z-Wave 700 Serie – Was verbirgt sich dahinter?

Z-Wave 700 Serie – Die Vorteile

 

 

Einige bekannte Allianz Mitglieder:

• Deutsche Telekom
• Bosch
• LG Elektronics
• Huawai
• Samsung (SmartThinks)
• Buffalo
• D-Link
• Danfoss
• Devolo AG
• Fakro
• Baumarkt Hornbach
• Logitech
• Nokia
• Panasonic
• Schwaiger
• Sharp
• somfy
• Steinel
• TechniSat
• TP-Link
• Z-Wave Europe

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 wurde ein öffentlicher Standard. Z-Wave Alliance 

 

Bekannte Z-Wave Geräte- und System-Hersteller:

Fibaro (Fibar Group) / (Fibaro Smart Home System )

Zipato

Aeotec

Popp

Danfoss

Devolo AG (devolo Home Control )

NodOn

PhilioTech

Danalock

Eurotronic

 

Was lässt sich mit Z-Wave Geräten steuern? | Welche kompatible Geräte gibt es?

Mit Z-Wave Geräten lassen sich mittlerweile nahezu alle nur erdenklichen Situationen im Haus, in der Wohnung oder auch im Firmengebäude steuern und überwachen. Um eine kleine Vorstellung zu bekommen, haben wir unten ein paar Möglichkeiten zusammengetragen.

Steuerung von Rollläden, Deckenlampen und anderen Verbrauchern

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

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

Kompatible Z-Wave Unterputz-Module unten als Beispiel:

• Fibaro Roller-Shutter-2  
• Fibaro Relais Unterputzeinsatz
• Aeotec (Aeon Labs) Nano Switch
• Philio Relais Unterputzeinsatz Jalousie

 

Die einfachste Steuerung von Verbrauchern mit Zwischenstecker-Schaltern

Wie lässt es sich auf eine einfache und schnelle Art ein Verbraucher steuern, der über ein normales Stromkabel angeschlossen wird? Für solche Fälle existieren die Z-Wave Zwischenstecker-Schalter (umgangssprachlich werden sie oft  Funksteckdosen  genannt) zum Schalten und auch Dimmen von elektrischen Verbrauchern (z.B. lassen sich Stehlampen, Waschmaschinen, Kaffeemaschinen, Bügeleisen u.s.w. ansteuern). Mit einigen Zwischenstecker-Schaltern lässt sich auch der Energieverbrauch ermitteln und protokollieren. 

Z-Wave Zwischenstecker-Schalter: 

• Fibaro Wall-Plug 
• NodOn Micro Smart Plug
• Aeotec (Aeon Labs) Smart Switch 6
• POPP Aussensteckdose IP44
• Everspring Zwischenstecker Schalter

Steuerung von Pforten, Türen und Garagentoren

Steuerung von Pforten, Garagentoren und anderen Arten von Toren, Türen und Fenstern (für die Türen existieren auch sogenannte smarte Schlösser), für Dachfenster existieren elektrische Z-Wave Fensteröffner (Kettenantriebe) z.B. von der Firma Fakro

Für diese Fälle lassen sich folgende Z-Wave Geräte einsetzen:

• Aeotec (Aeon Labs) Garagentorsteuerung GEN5
• Fibaro Roller Shutter 2
• Fakro Kettenantrieb für Klappfenster (Elektrischer Fensteröffner)
• Danalock V3 Z-Wave Vers. (smartes Türschloss)

IP-Kameras & Sirenen für mehr Sicherheit

Steuerung von IP-Kameras, die über die Gateway- (Smart Home Zentralen) Schnittstellen (API)  eingebunden werden können. Nachdem die Kameras in die Zentrale eingebunden wurden, kann man sie dann mit anderen Z-Wave Geräten verknüpfen. Sobald dann eine Person, Fahrzeug oder auch Tier erkannt wurde, bekommst Du eine Push-Mittteilung auf Dein Smartphone. Durch die Verknüpfung der Z-Wave Geräte ist es auch möglich bei Erkennung einer Bewegung, dass die Lampen anfangen rot zu leuchten oder blinken. 

 

Hier der kleine Auszug der Kameras:

• Netatmo Welcome 
• Netatmo Presence 
• Technaxx TX-67
• Technaxx TX-66
• Foscam FI9831P

Sirenen zur Realisierung von Alarm-Szenarien (einige der Sirenen sind auch Solarbetrieben). Die POPP Aussensirene besitzt z.B. so einen Solar-Panel. Die Sirenen sind meist über 100 dB laut, was die meisten Einbrecher in die Flucht verhelfen sollte.

Einige kompatible Z-Wave Sirenen im Überblick:

• POPP Aussensirene
• Aeotec (Aeon Labs) Sirene  
• Vision Security Sirene
• devolo Home Control Alarmsirene

 

Klima- und Heizgeräte

Steuerung von Klima- und Heizgeräten mit Hilfe von Heizkörper-Thermostaten, Thermostaten für Heizung und Fussbodenheizung, Thermostaten für elektrische Fussbodenheizung u.v.a. Die Z-Wave Thermostate sollen Dich beim Energiesparen unterstützen und mehr Komfort bieten, indem sie, beim Nichtgebrauch, die Temperatur runter regeln oder Dein Badezimmer schon, bevor Du es morgens betritts, auf Deine Wohlfühltemperatur vorheizen.

Kompatible Z-Wave Geräte für Klima- und Heizungssteuerung als Beispiel :

• Eurotronic Spirit Heizkörperthermostat 
• Danfoss LC-13 Heizkörperthermostat
• MCO-Home Thermostat
• Heat-it Wandthermostat
• Fibaro Radiator Thermostat
• devolo Home Control Heizkörperthermostat
• devolo Home Control Wandthermostat

 

Scharfe Sinne – Die Z-Wave Sensoren

Die Bewegungsmelder, Temperatursensoren und Vibrationssensoren helfen Dir aus Deinem Heim ein richtiges „smartes Haus“ zu erschaffen. Sie melden sich per Push-Mittteilung, sobald eine Bewegung erkannt wurde. Die Vibrationssensoren melden sich bei einem Manipulationsversuch am Sensor. Die Temperatursensoren helfen bei der Steuerung von Thermostaten.

Verschiedene Luftqualität-Sensoren („CO2“-Kohlendioxid und „CO“-Kohlenmonoxid, Luftfeuchtigkeit), Rauchmelder, Wassersensoren, Sensoren zur Feststellung der Regenmenge und Windgeschwindigkeit und Gestensteuerung

Z-Wave Sensoren, einige Geräte im Überblick:

• Fibaro Rauchmelder
• Fibaro CO Sensor (Kohlenmonoxid Überwachung)
• Fibaro Tür- und Fensterkontakt 2 (7 verschiedene Farbvariationen)
• Fibaro Motin Sensor (Bewegungsmelder mit vielen weiteren Futures)
• Fibaro Überflutungssensor  (der Sensor erkennt Wasser und kann, zum Beispiel, beim Rohrbruch automatisch den Wasserhahn mit dem POPP „Flow-Stop“ absperren)
• Fibaro SWIPE  (innovative Gestensteuerung)
• Sensative Strips Tür- und Fensterkontakt
• Sensative STRIPS Comfort Licht & Temperatursensor
• Popp Z-Rain Regensensor
• Popp Z-Wave 10 Jahres Rauchmelder
• Aeotec (Aeon Labs) Multisensor 6 (Bewegungsmelder mit vielen weiteren Futures und insgesamt 6 Sensoren)

 

Z-Wave Funkstandard und Multimedia?

Steuerung von Multimedia Geräten, ist das möglich?  Oft werden die smarten Multimedia Geräte wie, zum Beispiel, die sehr bekannten und beliebten SONOS Lautsprecher ebenfalls über die Schnittstellen oder mit einem Plugin eingebunden. Doch der Dune HD Solo 4K geht da einen anderen Weg, nämlich, als weltweit erster Z-Wave Plus zertifizierter Mediaplayer mit einem eingebauten Z-Wave Controller. Der, eher aus dem Bereich Multimedia und Multiplayer bekannter Hersteller „DUNE“, soll der erste Hersteller sein, der einen 4K Mediaplayer und eine Z-Wave Smart Home Zentrale vereint hat. Der Sigma Designs SMP8758 Media-Prozessor soll dabei für die flüssige Wiedergabe von 4K Full-HD-Videos sorgen und die Steuerung des Smart Home(s) übernimmt die Software „Z-Way“ von Z-Wave.Me über das Sigma Designs ZM5304 Z-Wave Modul.

Kompatible Multimedia Geräte als Bespiel:

• Dune HD Solo 4K 
• iEAST Soundstream Pro M30 (Über ein Plugin voll integrierbar in Fibaro Home Center, POPP Hub-2 und Razberry mit Z-Way)
• Sonos One (Smarter Speaker)
• Logitech Harmony Hub (Der Harmony Hub vereint viele Multimedia Geräte und lässt sich z.B. über ein Plugin im Fibaro Home Center integrieren)
• Diverse Fernseher lassen sich über Plugins integrieren (z.B. Samsung TV im Fibaro Home Center)

Z-Wave Leuchten

Für schönes Lichtambiente sorgen einige Z-Wave LED-Lampen und LED-Strips. Einen schönen Nebeneffekt haben einige Leuchten auch noch, sie dienen, zusätzlich, als Repeater, vergrössern und stabilisieren so die Z-Wave Funkreichweite.

 

• Zipato RGBW Bulb-2  
• Hank RGB LED-Lampe 
• Aeotec LED-Strip
• Aeotec LED-Lampe
• Domitech ZBulb

 

Z-Wave kompatible Smart Home Zentralen (Gateways)

Das Wichtigste darf, natürlich, auch nicht fehlen, etwas, wo alle Informationen zusammenkommen und ausgewertet werden können – nämlich, die Z-Wave kompatiblen Smart Home Zentralen – also praktisch das Hirn jedes Z-Wave Systems! Geräte einbinden, verwalten, Regeln erstellen, all diese Aufgaben erledigt die Z-Wave Zentrale.

Hier einige Z-Wave Zentralen im Überblick:

• Fibaro Home Center (HC Lite  und HC-2)
• Zipato Zipabox (Z-Wave und ZigBee in einer Zentrale. Über zusätzliche Module lässt sich das System noch weiter ausbauen: z.B. 433 MHz, EnOcean, KNX)
• Zipato Zipa Tile (Z-Wave und ZigBee in einer Zentrale)
• naon (Smart Living Zentrale) 
• homee  (Modulare Funkzentrale, vereint viele Funkstandards über verschiedene Cubes: ZigBee, Z-Wave, EnOcean)
• Popp Hub-2
• Gateway SMART HOME by Hornbach (Z-Wave, ZigBee, Bluetooth LE)
• devolo Home Control Gateway 
• Schwaiger Gateway (Z-Wave und ZigBee in einer Zentrale)

Digitale Sprachassistenten und Z-Wave Funkstandard

Es gibt drei digitale Sprachassistenten, die im Smart Home Bereich, im wahrsten Sinne des Wortes, was zu sagen haben. Sie lassen sich, ebenfalls, über diverse Schnittstellen und Plug-Ins, oder im Fall von Alexa über die, sogenannten, Skills in die Zentralen einbinden. Nach der Einrichtung lassen sich die smarten Geräte mit Sprachkommandos ansteuern.

• Amazon Alexa
• Google Assistant
• Apple HomeKit

 

Wie funktioniert nun der Z-Wave Funkstandard?

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.

Die Geräte, die wir oben schon vorgestellt haben, werden sowohl vom Stromnetz, wie auch mit Batterien betrieben. 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, wir haben sie oben schon mal erwähnt.

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 ein Meshnetzwerk bezeichnet.

Ein Z-Wave Netzwerk besteht aus einem Gateway (Smart Home Zentrale) und mindestens einem Gerät (z.B. Zwischenstecker-Schalter). 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.

Z-Wave Geräte anlernen – Wie funktioniert das?

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 anzulernenden Gerät bestätigt werden.

Das Bestätigen wiederum 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, wiederum, 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 direkt steuern. Zum Beispiel eine Fernbedienung steuert einen Zwischenstecker-Schalter auf direktem Weg, ohne einer Zentrale dazwischen.

 

Z-Wave Funkstandard – Welche Vorteile bietet es Dir? 

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 

 

Z-Wave Plus – Was ist denn das?

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, 5te Z-Wave Generation (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, haben.

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) 

 

Z-Wave 700 Serie: Nach 500er Funk-Chips kommt bald die neueste Generation

Die 700er Z-Wave Chip Generation (© Z-Wave Alliance)

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 (leider nur in Englisch)

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

Weiterhin ist das Buch von Chris Bertko und Tobias Weber „Home Smart Home“ zu empfehlen. Dort wird Dir, zum Beispiel, anhand der Z-Wave Smart Home Zentrale von Fibaro die ersten Schritte zum Smart Home gezeigt.

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