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
Z-Wave Geräte- und System-Hersteller
Was lässt sich mit Z-Wave Geräten steuern?
Z-Wave Funkstandard und Multimedia?
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
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
So sieht der Z-Wave Chip von Sigma Designs aus (© Z-Wave Alliance)
Mittlerweile existieren über 2400 verschiedene Z-Wave Geräte von über 700 verschiedenen Herstellern.
Fibaro (Fibar Group) / (Fibaro Smart Home System )
Zipato
Aeotec
Popp
Danfoss
Devolo AG (devolo Home Control )
NodOn
PhilioTech
Danalock
Eurotronic
Z-Wave und Z-Wave Plus Logos im Vergleich (© Z-Wave Alliance)
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 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%)
Mit solchen Unterputz-Modulen ist es möglich die Rollläden oder Markisen zu steuern
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.
Mit kleinen Unterputz-Modulen, die in der Wanddose hinter den Schaltern verschwinden, kannst Du nicht nur LED-Lampen ansteuern
Kompatible Z-Wave Unterputz-Module unten als Beispiel:
Solche Unterputz-Module solltest Du am besten von einem Fachpersonal installieren lassen, da Arbeiten an 230V Leitungen erfolgen
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:
Mit den sogenannten Zwischenstecker-Schaltern kannst Du eine Vielzahl an Geräten steuern. Im Beispiel ist der Zwischenstecker-Schalter von Fibaro abgebildet.
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
Elektrischer Z-Wave Fensteröffner von FAKRO
Für diese Fälle lassen sich folgende Z-Wave Geräte einsetzen:
Im Beispiel oben ist die Garagentorsteuerung der GEN5 (Z-Wave Plus Generation) von Aeotec (Aeon Labs) zu sehen
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.
Die Erkennung von Personen, Tieren und Fahrzeugen ist mit dieser smarten Kamera „Netatmo Presence“ möglich. Sie lässt sich z.B. in die Smart Home Zentrale homee einbinden (© Amazon)
Hier der kleine Auszug der Kameras:
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.
Im Beispiel zu sehen ist die Alarmsirene von Aeotec mit 106 dB (Aeon Labs)
Einige kompatible Z-Wave Sirenen im Überblick:
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.
Eurotronic Spirit Z-Wave Plus Heizkörper-Thermostat (© Amazon)
Kompatible Z-Wave Geräte für Klima- und Heizungssteuerung als Beispiel :
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.
Fibaro Motion Sensor. Dieser Sensor enthält bereits mehrere Sensoren in einem: 1. Lichtsensor 2. Bewegungssensor 3. Vibrations-Sensor und 4. Temperatursensor (© Amazon)
Verschiedene Luftqualität-Sensoren („CO2“-Kohlendioxid und „CO“-Kohlenmonoxid, Luftfeuchtigkeit), Rauchmelder, Wassersensoren, Sensoren zur Feststellung der Regenmenge und Windgeschwindigkeit und Gestensteuerung
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.
Dune HD Solo 4K Smart Home & Multimedia Zentrale in einem (© Amazon)
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.
Hank RGB LED Z-Wave Lampe (© Amazon)
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.
Z-Wave Smart Home Zentrale „Fibaro Home Center Lite“ (© Amazon)
Hier einige Z-Wave Zentralen im Überblick:
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.
So sieht die Z-Wave Meshnetzwerk-Topologie aus.
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.
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.
Hier siehst Du die Meshnetzwerk-Funktion des Z-Wave routings
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.
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:
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.
Das Verfahren zum Entfernen eines, bereits inkludierten, Geräts aus dem Z-Wave Netz, bezeichnet man als Exkludieren (exclusion).
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.
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 (© Z-Wave Alliance)
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.
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)
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.
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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