Erklärung ZigBee
Was ist ZigBee?
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Bereits seit fast zwei Jahrzehnten ermöglicht es der ZigBee Standard, smarte Geräte aller Art miteinander zu vernetzen. Häufig wird ZigBee mit Smart Home in Verbindung gebracht, doch auch für Unternehmen ist ZigBee eine sinnvolle Investition. Es hilft beispielsweise dabei, eine smarte Beleuchtung in Büros zu holen oder energiesparende Bewegungsmelder auf Lagerflächen zu integrieren.
Wie ZigBee funktioniert und welche Vorteile es insbesondere für Unternehmen hat, erklären wir Euch in diesem Blogbeitrag.
ZigBee allgemein
Das ZigBee-Protokoll wurde zur Übertragung von kleinen Datenmengen, einer Minimierung des Funkverkehrs und für einen minimalen Energieverbrauch entworfen. Der geringe Energieverbrauch ermöglicht die Verwendung von Bediengeräten, die langfristig mit einer Batterie betrieben werden können.
Entwickelt hat das ZigBee-Protokoll die ZigBee Alliance; eine Kooperation zwischen mehr als 230 Unternehmen wie Samsung, Osram, Amazon, Bosch, Huawei und Ikea. Ziele von ZigBee sind eine hohe Kompatibilität unter den Geräten verschiedener Hersteller, ein niedriger Energieverbrauch und ein offener Standard.
Wie funktioniert ZigBee?
ZigBee ist ein Funkstandard, mit dem sich intelligente Geräte wie Lampen/Leuchten, Steckdosen, Schalter und Schlösser in einem Heimnetzwerk miteinander verbinden. Damit auch Geräte unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten können, brauchen sie eine gemeinsame Sprache – dafür wurde ZigBee entwickelt.
Funktionsweise
Für ZigBee muss jedes Endgerät, dass gesteuert werden soll, entweder einen Empfänger enthalten oder mit einem Funkmodul nachgerüstet werden.
Die Geräte kommunizieren dann mit einem zentralen, mit dem Internet verbundenen ZigBee Hub (Gateway). Der Controller ist die ZigBee App, die mit dem Gateway verbunden ist. So lassen sich die verbundenen Geräte praktisch von überall steuern.
ZigBee Funktionen:
- Geräte per App oder Sprache ein- und ausschalten
- Dimmen der Beleuchtung
- Steuern motorisierter Rollläden und Jalousien
- Heizungssteuerung
Reichweite von ZigBee
ZigBee arbeitet mit dem IEEE 802.15.4-Protokoll über 2,4 GHz, dass speziell für kostengünstige, batteriebetriebene Geräte entwickelt und 2003 von Personen aus Unternehmen wie Philips, Motorola und Mitsubishi ratifiziert wurde.
Im Gegensatz zu WLAN hat es mit 10 – 100 Metern eine geringere Funkreichweite in Innenräumen. Weil es jedoch weniger Strom verbraucht, lassen sich batteriebetriebene Geräte dafür länger betreiben. Im Grunde genommen ist die geringere Funkreichweite ohnehin unbedeutend, da die Geräte ein Mesh-Netzwerk bilden.
In einem Mesh-Netzwerk gibt jeder Knoten das Signal weiter. Dadurch lässt sich eine Reichweite von mehreren hundert Metern erreichen. Im Mesh-Netzwerk übernehmen mehrere Geräte die Rolle eines ZigBee-Routers oder Repeaters. Sie senden die Signale also nicht nur an den Sender zurück, sondern wiederholen sie und übertragen sie an die anderen Geräte in der Umgebung. Damit erreichen Mesh-Netzwerke eine größere Reichweite und höhere Zuverlässigkeit als herkömmliche Sternnetze.
Auch die Leistungsaufnahme von ZigBee Komponenten ist ein wesentlicher Faktor, da die Komponenten zumeist in batteriebetriebenen Sensoren zur Überwachung und Steuerung eingesetzt werden. Damit bleiben die Komponenten über mehrere Jahre hinweg wartungsarm und arbeiten ohne einen Batteriewechsel.
Vorteile
- Hohe Kompatibilität: Geräte von verschiedenen Herstellern sind durch den Funkstandard kompatibel und können untereinander kommunizieren
- Funkbasiert – daher keine Verdrahtung einer Bus-Leitung nötig
- Sehr geringer Energieverbrauch – dadurch Batteriebetrieb von Sensoren und Steuerungsgeräten möglich
- Einfache und schnelle Montage ohne Stemmarbeiten
- Es kann problemlos umziehen – Zb. In neue Büros oder eine neue Industriehalle
- Jederzeit flexible Erweiterungen möglich
- Große Reichweite und stabilere Abdeckung durch Mesh-Netzwerk
- Bietet eine einfache Möglichkeit, um Beleuchtungsanlagen zu digitalisieren und effizienter zu gestallten
Nachteile
- Relativ geringe Reichweite der einzelnen Geräte (ca. 10 – 20 Meter)
- Erhöhte Kosten bei einer Nachrüstung, da jedes Gerät (wie z.B. jede Leuchte) mit einem Funkmodul ausgestattet werden muss
- Die Komponenten müssen immer im Stand-By sein, um zu kommunizieren
- Andere WLAN-Netzwerke können die Kommunikation stören – Aktuelle Gateways bieten aber die Möglichkeit andere Kanäle zu nutzen, um Störungen zu umgehen
Wo wird ZigBee angewendet?
Die Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Da die Geräte drahtlos miteinander kommunizieren, ist das System gleichermaßen für Neubauten als auch zum Nachrüsten für bestehende Installationen ideal.
Mit dem Standard können intelligente Hausautomationssysteme die Geräte ein- und ausschalten sowie steuern. So lassen sich beispielsweise Lichter dimmen und motorisierte Rollläden und Jalousien automatisieren. Häufig wird der Funkstandard daher im Bereich Smart Home verwendet.
Doch auch im gewerblichen Bereich kommt ZigBee zunehmend zum Einsatz.
Nice to know
Im medizinischen Bereich ermöglicht ZigBee die Vernetzung von Messgeräten und Sensoren für eine drahtlose Übertragung von Patientendaten. Die entsprechenden Geräte per Kabel zu installieren würde ansonsten eine erhebliche Einschränkung für den Komfort der Patienten bedeuten.
ZigBee für Unternehmen
Die Beleuchtung gezielt zu kontrollieren ist für Unternehmen heutzutage von zentraler Bedeutung. Die Steuerung der Beleuchtung – von einfachem Schalten und Dimmen bis zu Präsenzmeldung und tageslichtabhängiger Steuerung – vereinfacht das Tagesgeschäft und trägt erheblich zur Energieeinsparung bei.
ZigBee ermöglicht es außerdem, durch ein drahtloses Sensoren-Netzwerk die Produktivität industrieller Anlagen deutlich zu steigern. Während herkömmliche Sensorik kabelgebunden ist, können mit ZigBee auch batterie- oder akkubetriebene Sensoren zu Anwendung kommen. Das erleichtert die Installation erheblich und ermöglicht sie auch an schwierigen Installationsorten, wie beispielsweise beweglichen Bauteilen.
(Anmerkung: bei einer sehr hohen Mobilität ist die Anwendung dennoch nicht empfohlen, da die Kommunikation der Geräte untereinander gestört werden könnte.)
Insbesondere bestehende Beleuchtungsanlagen lassen sich mit dem Funkstandard schnell und einfach mit Sensorik ausstatten. Ob Unternehmen ihre Büros oder gesamte Industriehallen nachträglich mit einer Lichtsteuerung ausstatten möchten – ZigBee macht es möglich.
Vorteile für Unternehmen
- Eine Lichtsteuerung führt zu einer leichteren Bedienbarkeit, mehr Komfort und Effizienz.
- Es müssen keine zusätzlichen Kabel verlegt werden – das spart Zeit und Geld.
- Bestehende Leuchten können weiter verwendet und nachgerüstet werden.
- Die Umsetzung einer schnellen und einfache Modernisierung bestehender Beleuchtungsanlagen.
- Ein smartes Steuern via Tablet oder Smartphone werden möglich.
- Es lassen sich Auswertungen, wie zB. über den Stromverbrauch, realisieren. Kosten sind dadurch direkt zurechenbar und transparenter.
- Dynamische Lichtkonzepte wie Human Centric Lighting lassen sich integrieren. Das schafft mehr Wohlbefinden für die Mitarbeiter.
- ZigBee kann problemlos umziehen – in neue Räume oder gänzlich neue Gebäude.
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