ZigBee

ZigBee ist ein Funkstandard zur drahtlosen Kommunikation zwischen Sensoren und Geräten und sollte ursprünglich die vielen proprietären Funktechniken für Mess- und Steuerungszwecke im Nahbereich ablösen.

Die ZigBee-Spezifikation basiert auf dem IEEE-802.15.4-Standard und definiert die Funk- und Funkzugriffsschicht (PHY- und MAC-Layer), eine Netz- und Sicherheitsschicht sowie eine Anwendungs-API. In der API sind Profile beschrieben, die eine herstellerunabhängige Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Geräten möglich machen sollen.

Leider ist die Verbreitung von ZigBee begrenzt. Ein Grund ist, dass die Geräte trotz Zertifizierung nicht mit den Geräten anderer Hersteller zusammenarbeiten. Das liegt unter anderem daran, dass die ZigBee-Standards sehr umfangreich sind, aber diese die Geräte nicht vollumfänglich unterstützen müssen. Außerdem implementieren einige Hersteller propritäre Funktionen und Protokolle, um sich von der Konkurrenz abzuheben. Insgesamt ist das kontraproduktiv, weil dabei viele Insellösungen entstanden sind, die untereinander nicht interoperabel sind. Eigentlich wollte man genau das mit ZigBee vermeiden.

Softwareentwickler können ZigBee lizenzfrei nutzen und dafür Programme schreiben, während beim vergleichbaren Z-Wave eine kostenpflichtige Lizenz in Form eines Software Development Kits nötig ist. Trotzdem hat es ZigBee nicht geschafft den Markt zu dominieren und läuft Gefahr von Bluetooth überholt zu werden.

Geräteklassen

ZigBee sieht zwei Geräteklassen vor.

  • Full Function Device (FFD): Ein FFD beherrscht den kompletten Protokollstack und kann mit RFDs und anderen FFDs kommunizieren.
  • Reduced Function Device (RFD): Ein RFD ist einfacher implementiert und kann nur mit einem FFD kommunizieren.

Frequenzen und Übertragungsgeschwindigkeit

ZigBee-Geräte arbeiten in den lizenz- und zulassungsfreien ISM-Bändern. Weltweit ist hier der Frequenzbereich 2,4 GHz verfügbar. Zusätzlich existieren in den USA 915 MHz und in Europa 868 MHz.
Bei 2,4 GHz stehen zehn Kanäle zur Verfügung, was ZigBee eine Datenrate von bis zu 250 kBit/s ermöglicht. Bei 915 MHz sind es sechs Kanäle mit nur 40 kBit/s, bei 868 MHz ein Kanal mit nur 20 kBit/s. Es können Entfernungen von 10 bis 100 m überbrückt werden.
Im besonders viel genutzten 2,4-GHz-Band verwendet ZigBee eine PSK-Modulation, die mit DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) gespreizt wird, wodurch die Übertragung besser gegen Störer geschützt wird.

Gerätekommunikation mit "Dotdot"

"Dotdot" ist eine universelle Sprache für die Gerätekommunikation zwischen ZigBee-Geräten. Es ist eine Weiterentwicklung der ZigBee Cluster Library (ZCL).
Die Sprache und Applikationsschicht von Dotdot sollen nicht auf ZigBee-Produkte begrenzt bleiben,
sondern sich auch mit konkurrierenden Techniken wie WiFi, Bluetooth, Ethernet und NB-IoT (Narrowband IoT) einsetzen lassen. Das würde zu einer direkten Kommunikation zwischen den Protokollen führen, wobei sich im Unterschied zur derzeit gängigen Praxis der Umweg über einen Cloud-Dienst vermeiden ließe.
Auch müssten sich Anwender weniger Gedanken darüber machen, auf welches Protokoll sie bei ihrer Smart-Home-Ausstattung setzen.

Sicherheit

ZigBee weist drei Sicherheitsstufen auf. Die erste Stufe bedeutet "keine Sicherheitsvorkehrung". Die zweite Stufe sieht eine einfache Zugangskontrolle vor. Die dritte Stufe sieht eine symmetrischen Verschlüsselung mit AES und einer Schlüssellänge von 128 Bit vor.

Anwendungen

Die Anwendbarkeit von ZigBee ist äußerst vielfältig. ZigBee ist besonders bei vernetzten Leuchtmitteln sehr erfolgreich.

  • Industrie 4.0: Vernetzung von Industrieanlagen zu Überwachungszwecken.
  • Smart Home: Drahtlose Übertragung zur Steuerung von Licht, Heizung, Fester, Türen und andere Geräte im Haushalt.
  • Vielfältige Einsatzzwecke in der Gebäudetechnik, Brandmelde- oder Alarmanlagen.

Weitere verwandte Themen:

Teilen:

Kommunikationstechnik-Fibel

Kommunikationstechnik-Fibel

Das will ich haben!