Funktionen und Einsatzmöglichkeiten von ZigBee Was ist ZigBee und welche Geräte sind ZigBee kompatibel?

Als einer der häufigsten Smart Home-Funkstandards wird ZigBee in der Hausautomation, in Sensornetzwerken und vor allem in der Lichttechnik eingesetzt. Der ZigBee Funkstandard überzeugt durch seine einfache Anwendung, Flexibilität, sowie Energieeffizienz und eignet sich besonders für batteriebetriebene Geräte. Wir stellen das multifunktionale, uniforme ZigBee 3.0 vor und bieten einen Überblick zu ZigBee-kompatiblen Geräte. Außerdem erklären wir, wo er sonst noch eingesetzt wird und haben ZigBee kompatible Geräte aus allen wichtigen Anwendungsbereichen zusammengefasst.

Mit Version 3.0 ist ZigBee deutlich sicherer geworden

Der ZigBee Funkstandard ist energieeffizient, unkompliziert und flexibel

Das Internet der Dinge erhält hat immer mehr Einfluss auf die Hausautomation im Smart Home. Ziel ist es, nahezu alle Haushaltsgeräte zu einem Netzwerk zusammenzuschließen, über das sie kommunizieren, Daten austauschen und gesteuert werden können. Dazu ist eine Technik nötig, die über Funk ein eigenständiges Netz aufspannt, sich selbst administriert und vom Smart Home für die Hausautomation genutzt werden kann. ZigBee ist ein solcher Funkstandard. Er verbindet unterschiedliche Geräte auf kurzen Strecken miteinander – die Funkreichweite beträgt je nach Leistung und baulicher Umgebung zwischen 10 und 100 Metern. Im Gegensatz zu bekannteren Standards wie WLAN oder Bluetooth zeichnet sich ZigBee durch Energieeffizienz, Einfachheit in der Anwendung und hohe Flexibilität aus. Die Endgeräte verwalten das Netzwerk autark. Das bedeutet, die Geräte treten dem Netzwerk nach einer ersten Einbindung in die jeweilige Hausautomation selbständig bei, werden gefunden und kommunizieren darüber.

Mit ZigBee sind zum Beispiel Lampen, Jalousien oder Thermostate steuerbar

Durch den geringen Energiebedarf ist ZigBee außerdem der ideale Standard für batteriebetriebene Geräte. Diese können selbst an schwer zugänglichen Stellen jahrelang per Funk kommunizieren, ohne dass es häufiger Akkuwechsel bedarf. Namhafte Hersteller wie Philips oder Netgear bieten bereits ZigBee-Produkte an. Die Installation ist meist unkompliziert und die Steuerung per App auf dem Smartphone oder Tablet ohne umfassende weitere Konfiguration möglich.

ZigBee Alliance erweitert ständig die Einsatzbereiche des Funk-Protokolls

ZigBee ist zwar weit verbreitet im Einsatz, aber immer noch verhältnismäßig unbekannt: Geräte, die ein ZigBee-Profil verwenden, sind oftmals (noch) nicht als solche ausgewiesen. Für die Zusammenstellung unterschiedlicher Komponenten ist diese Information allerdings wichtig, da nur solche mit demselben Profil miteinander interagieren.

Zuständig für die (Weiter-) Entwicklung des Standards und die Zertifizierung der Produkte ist die sogenannte ZigBee-Alliance, ein Zusammenschluss von über 400 Unternehmen, darunter etwa IKEA, belkin, Osram und Motorola. 

Was unterscheidet den ursprünglichen ZigBee Standard von ZigBee 3.0?

Vor ZigBee 3.0 ließ sich das ZigBee-Protokoll in verschiedene Standards für unterschiedliche Anwendungsgebiete unterteilen: ZigBee, RF4CE, ZigBee IP und ZigBee PRO, das inzwischen durch ZigBee 3.0 ersetzt wurde. Auch ZigBee 3.0 ist vor allem für spezifische Bereiche wie vernetzte LED-Leuchtmittel ausgelegt, das Profil Light Link wird etwa bei Produkten von Philips Hue, Osram Lightify und Belkin WeMo eingesetzt. Busch-Jaeger nutzt Light Link für Universal-Relais in Unterputzlösungen, dresden elektronik für den smarten Wandschalter Scene Switch. Das Profil Home Automation wird beispielweise für Kohlenmonoxidsensoren von Climax Technology, schaltbare Steckdosen von Bitron und Waschmaschinen von Miele verwendet.

Zu den besonders beliebten ZigBee-Geräten gehören zum Beispiel Philips Hue Lampen

ZigBee 3.0 weist eine standardisierte Applikationsschicht auf, die keine individuellen Profile mehr ermöglicht. Es vereint die sechs Profile von ZigBee PRO (Home Automation, Light Link, Building Automation, Retail Services, Health Care und Telecommunications Services) und erleichtert so die zentrale Steuerung des Smart Homes. Zusätzlich wird das bereits in ZigBee PRO enthaltene Profil „Green Power“ auch in 3.0 verwendet, dieses macht den Funkstandard stromsparender. Über Micro Energy Harvesting werden die kleinen Energiemengen, die zur Übertragung der Datenpakete nötig sind, autark gewonnen – allein durch Betätigen eines Schalters, Ausnutzen von Temperatur- und Helligkeitsunterschieden, Luftströmungen oder geräteinternen Vibrationen. So können etwa Sensoren ohne Batterie oder Stromanschluss betrieben werden.

Während die Hersteller inzwischen keine Auswahlmöglichkeit zwischen vielen ZigBee-Spezifikationen mehr haben und sich auf die Version 3.0 beschränken müssen, steigt für die Verbraucher die Zahl der Nutzungsmöglichkeiten. Denn mit dem neuen ZigBee 3-.0 Funkstandard wissen inzwischen alle Geräte im Smart Home, welche Aktionen gerade bei anderen vernetzten Komponenten ablaufen.

Über diese Netzwerktoypologien lassen sich ZigBee-Geräte verbinden

ZigBee-Endgeräte können sich in einem Stern-, Baum- oder vermaschten Netzwerkschema verbinden und untereinander kommunizieren. Die Sterntopologie ist sehr einfach aufgebaut, alle Endgeräte kommunizieren direkt über einen zentralen Knotenpunkt, der das Netzwerk steuert. Diese Verbindungsstelle ist jedoch anfällig für Kollisionen, wodurch die Datenübertragung gestört oder verzögert werden kann. In der Baumstruktur geht die Kommunikation ebenfalls vom zentralen Knotenpunkt aus und verbreitet sich hierarchisch ähnlich der Verästelung einer Baumkrone vom inneren zum äußeren Punkt. Das Mesh-Netzwerk hingegen sendet Datensignale beliebig von jedem Sender zu jedem Empfänger, wobei jeder Knotenpunkt als Router für die benachbarten Punkte funktioniert. Es sind immer mehrere Datenpfade möglich, falls einer der Mittler ausfällt – somit ist diese Netzwerktopologie die zuverlässigste und gleichzeitig anpassbarste.

Beim ZigBee Funkstandard sind alle Geräte untereinander vernetzt

ZigBee-Architektur: Das ZigBee-Protokoll ist vielschichtig

Das Funkprotokoll ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Die Basisschicht bestimmt Funktionen zum Funkablauf: Hier wird die Frequenz, mit der das Protokoll sendet, sowie die Übertragungsform der Datenpakete festgelegt. Das Stack Feature Set enthält mehrere Schichten, die Form und Größe des Netzwerks definieren und regeln, wie Geräte beitreten können oder Daten verschlüsselt werden. Die Applikationsprofile werden über Richtlinien und Arbeitsgruppen der ZigBee-Alliance (etwa Home Automation, Building Automation oder Energy Saving) je nach Einsatzzweck definiert. Für ein auf Lichtsteuerung ausgerichtetes Profil legt die Applikationsschicht zum Beispiel spezifische Einstellungen wie An-/Aus-Status oder Dimmen verschiedener Empfänger fest.

Das Schaubild zeigt die verschiedenen ZigBee Applikationsschichten

Steuerung von ZigBee-Geräten per Gateway, Fernbedienung und Co.

Zur Nutzung des ZigBee-Standards ist eine Smart Home-Zentrale nötig. In der Regel wird dafür entweder eine Philips Hue Bridge 2.0, ein Osram Lightify Gateway oder ein ZigBee Cube von homee verwendet. Über den ZigBee Cube können auch unterschiedlicher Standards interagieren, beispielsweise ein ZigBee-Schalter mit einem EnOcean-Sensor. Es gibt jedoch noch einige weitere Möglichkeiten zur Vernetzung ZigBee-fähiger Geräte, wie unsere Auflistung zeigt.

Smart Home Systeme, die mit ZigBee funken

  • Almond: Der Securifi Almond+ Router ist nicht nur Zigbee-fähig, sondern auch mit dem Amazon Echo kompatibel und daher über Sprachbefehle steuerbar. 
  • CubeSensors: Die CubeSensors Base Station eignet sich für die Vernetzung von Sensoren aus den Kategorien Licht, Temperatur, Geräuscherkennung, Bewegung und vielem mehr. Allerdings ist dieses amerikanische Produkt noch nicht in Deutschland erhältlich. 
  • Fliwer Link: Dieses Gateway steuert zum Beispiel Temperatursensoren und Lampen. Es ist allerdings ebenfalls noch nicht in Deutschland erhältlich. 
  • Google: Zur Steuerung des Smart Homes setzt der Internetriese einen smarten Lautsprecher namens Google OnHub ein, der unter anderem mit den sehr populären Philips Hue Komponenten kompatibel ist. 
  • homee: ZigBee Cube heißt der kleine multifunktionale Steuerungswürfel von homee, der zum Beispiel die Jalousien herunterfahren kann, wenn die Sonne auf die Fenster scheint.
  • Iris: Neben den in der ZigBee-Lampenkategorie vorgestellten Iris Leuchten kann der Iris Smart Hub beispielsweise auch eine herstellereigene Alarmanlage, Iris Thermostate oder Tür- und Fenstersensoren über ZigBee steuern. Leider sind die Iris Komponenten in Deutschland bisher noch nicht erhältlich.
  • Logitech: Der Logitech Harmony Hub gehört zu den Smart Home Zentralen, die mit der Sprachassistentin Alexa von Amazon zusammenarbeiten und auf diese Weise Zugriff auf hunderte Alexa-Skills erhalten. Seine neuere Variante Logitech Harmony Home Hub Extender ist bisher leider nur in den USA erhältlich.
  • Mixtile: Das besonders an diesem Hub ist, dass er auch ohne Internet und notfalls sogar ohne Strom auskommt. Wie dies genau funktioniert, zeigt unser Mixtile Hub Artikel.
  • Notion: Die bisher nur in Amerika erhältliche Notion Bridge koordiniert verschiedene Sensoren des Herstellers. 
  • Schwaiger: Als ZigBee- und Z-Wave-Zentrale steuert das Schwaiger Gateway HA101 zum Beispiel Lautsprecher und Heizungen. Es kann sogar selbst als smarte Lampe genutzt werden. 
  • SmartThings:  Das Smart Home System von Smart Things  beinhaltet natürlich auch einen eigenen Hub, der neben dem Amazon Echo auch mit dem Google Home bedienbar ist und über IFTTT konfiguriert werden kann.
  • Wattio Dieses Gateway steuert unter anderem den Wattio Energiemonitor und die Wattio Thermostate. Es ist bisher leider nur in den USA erhältlich. 
  • WigWag: Das ebenfalls amerikanische WigWag Relay Gateway eignet sich unter anderem zur Bedienung von Bewegungs-, Geräusch-, Temperatur- und Lichtsensoren, sowie Lampen des Herstellers.
  • Wink: Produkte verschiedener Hersteller sind für den Wink Hub und dessen neuere Version Wink Hub 2 überhaupt kein Problem. Er sorgt zum Beispiel dafür, dass bestimmte Philips Hue Lampen eingeschaltet werden, sobald ein Kwikset Kevo Smart Lock an der Haustür entriegelt wurde.
  • Zipato: Speziell für den ZigBee Funkstandard bietet der Hersteller Zipato das ZipaTile Gateway an. Darüber hinaus produziert Zipato auch noch das Zipato Wall Tablet 7, das jedoch in Deutschland leider noch nicht erhältlich ist.
Der Mixtile Hub macht auch optisch eine gute Figur

ZigBee-fähige USB-Sticks

Der ConBee USB-Stick ist zwar in der Lage, smarte Komponenten direkt zu steuern, eignet sich aber vor allem als reine Hardwarelösung für Bastler, die ihr eigenes System programmieren möchten. Der ConBee USB-Stick hat dementsprechend einen eigenen Bootlader zur Ausführung von Firmware. ConBee unterstützt die Betriebssysteme Windows 7 / 8 / 8.1 / 10, Ubuntu Linux, Raspbian.

Der  ConBee - ZigBee USB Stick  ist für 49,98 Euro bei Amazon erhältlich. (Stand: 17.10.2017)

 

Eine Ausnahme stellt der ZigBee-fähige USB-Stick von Telekom Smart Home ZigBee USB-Stick dar. Er ist dazu gedacht, eine bereits vorhandene Telekom Home Base um den ZigBee 3.0- Funkstandard zu ergänzen und sollte nicht einzeln verwendet werden.

Der  Telekom Smart Home - ZigBee USB Stick  ist für 19,00 Euro bei Amazon erhältlich. (Stand: 17.10.2017)

 

ZigBee-Fernbedienungen und Funktaster

Mit ZigBee-fähigen Dimmschaltern und weiteren mobilen Bedienelementen lassen sich zum Beispiel kompatible Lampen oder Thermostate ganz bequem vom Sofa aus steuern. Manche, wie die Bitron 4-Tasten-Fernbedienung, können sogar als Schlüsselanhänger genutzt werden.

  • Tipp der Redaktion: Philips Hue Dimmschalter
  • Bedienelement 6735-84 von Busch-Jaeger
  • 4-Tasten-Fernbedienung von Bitron
  • Fernbedienung Innr Remote RC 110
  • Iris Smart Button (US-Produkt, nur mit Steckdosen-Adapter nutzbar)
Auch der Philips Hue Dimmschalter arbeitet mit ZigBee

Der  Philips Hue Dimmschalter  ist für 24,90 Euro bei tink erhältlich. (Stand: 25.10.2017)

 

ZigBee-fähige Lampen und Leuchtsysteme

Zu den bekanntesten und populärsten Herstellern ZigBee-fähiger Lampen gehören sicherlich Philips und IKEA. Darüber hinaus gibt es jedoch noch viele weitere kompatible Beleuchtungselemente. Wir stellen die beliebtesten hier im Überblick vor.

  • Philips Hue: Zu den ZigBee steuerbaren Beleuchtungselementen von Philips zählen zum Beispiel der Philips Hue LightStrip beziehungsweise Philips Hue LightStrip Plus, die Stimmungsleuchten Philips LivingColors IrisPhilips Hue Go, sowie die Philips LivingColors Bloom. Eine Übersicht zu allen wichtigen Philips Hue-Lampen und Leuchtelementen listen wir im Artikel zum Philips Hue System auf. Dort wird auch erklärt, wie sich die einzelnen Lampen bei der Installation mit der Hue Bridge verbinden lassen.
  • Osram Lightify: Diese günstige Alternative zum Philips Hue System wird über das Osram Lightify Gateway bedient. So lassen sich beispielsweise die LED-Birnen Osram LIGHTIFY Classic E27 RGB und Osram LIGHTIFY Classic E27 Tunable White, der Osram LIGHTIFY Flex LED-Streifen oder der Osram LIGHTIFY Gardenspot Mini Warm White per ZigBee bedienen. Wir haben die Osram Lightify- Komponenten bereits intensiv getestet und verraten in unserem Ratgeber, wie sich OSRAM-LEDs in das OSRAM Lightify-System einbinden lassen.
  • IKEA TRÅDFRI: Das mit der Philips Hue Bridge kompatible smarte Lampensystem von IKEA umfasst unter anderem die ZigBee-kompatible IKEA TRÅDFRI LED-Lampe E27 und das IKEA FLOALT LED-Lichtpaneel. Nützliche Tipps und Tricks zur Nutzung der IKEA- Lampen liefert unser Artikel IKEA TRÅDFRI-Birnen mit Philips Hue verbinden.
  • belkin: WeMo Smart LED-Birne
  • Innr: Spot Flex SL (LED-Deckenspot für Schienenmontage)
  • Nanoleaf: Smart Ivy Bulb
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Gateways speziell für die Lichtsteuerung über ZigBee

  • IKEA: Für das smarte Beleuchtungssystem TRÅDFRI des schwedischen Möbelriesen war ursprünglich ein spezielles IKEA Gateway nötig. Inzwischen können smarte IKEA Beleuchtungselemente allerdings auch mit der Philips Hue Bridge genutzt werden.
  • Osram: Beim Osram Lightify Gateway handelt es sich um einen smarten Stecker, mit dem sich bis zu 50 smarte Lampen besonders einfach und günstig vernetzen lassen. 
  • Philips: Die Philips Hue Bridge ist ein echtes Multitalent und mit besonders vielen anderen Geräten nutzbar. Welche dies genau sind, zeigt unsere Übersicht Philips Hue kompatibler Geräte.
  • RaspBee: Das RaspBee Gateway besteht aus einem Raspberry Pi 3, RaspBee premium und MicroSDHC-Karte mit Software. Es dient vor allem der Lichtsteuerung. Im Gegensatz zu vielen anderen Geräten ist es nicht mit der Philips Hue Bridge kompatibel.
Mit dem Ligthify Plug lassen sich zum Beispiel Lampen smart steuern

Das  OSRAM LIGHTIFY Gateway  ist für 25,99 Euro bei Amazon erhältlich. (Stand: 27.10.2017)

 

Heizthermostate mit ZigBee - 3.0- Funkstandard

Zu den angeschlossenen Mitgliedern der Smart Home Alliance, die smarte Thermostate in ihrem Produktportfolio führen, gehören zum Beispiel Homematic, somfy, ecobee und D-Link. Zu den beliebtesten zählt dabei sicherlich das Homematic Heizkörperthermostat. Ebenfalls ZigBee 3.0 kompatibel, aber leider noch nicht in Deutschland verfügbar ist das Zen Wandthermostat.

Das   HomeMatic Heizkörperthermostat  erhalten Sie bei Amazon für 38 €. (Stand: 24.03.2017)

 

Diese Zwischenstecker können mit ZigBee funken

Laut Hersteller beziehungsweise Händlerangaben sind folgende Zwischenstecker mit dem ZigBee-Funkstandard kompatibel:

ZigBee-kompatible Sensoren für mehr Komfort

Mit Smart Home- Sensoren können ganze Handlungsketten ausgelöst werden. So kann ein vernetzter Thermostat beispielsweise registrieren, wann die Fenster offen stehen und die Temperatur herunterregeln oder ein Bewegungsmelder aktiviert automatisch eine Überwachungskamera und die Außenbeleuchtung.

  • belkin: Zum belkin Smart Home System gehören der WeMo Alarm-Sensor und der WeMo Keychain Sensor, der als Schlüsselfinder nutzbar ist. Beides sind US-Produkte und noch nicht in Deutschland erhältlich. 
  • Bitron: Das Smart Home System Bitron Home umfasst beispielsweise einen ZigBee-fähigen Bitron Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor (mit Display) und einen Bitron Home Funk-Temperatursensor.
  • Philips Hue: Das umfangreiche System von Philips Hue bietet natürlich auch einen eigenen Philips Hue Bewegungsmelder, der zum Beispiel die Flurbeleuchtung aktiviert, wenn ein Familienmitglied nachts zur Toilette muss. 
  • Samsung SmartThings: Dieser Hersteller bietet ebenfalls ein komplettes Smart Home System an. Samsung SmartThings hat dementsprechend auch einen intelligenten Motion Sensor und einen SmartThings Arrival Sensor zur Anwesenheitserkennung im Sortiment.
  • Iris: Diese amerikanische Marke stellt unter anderem den ZigBee-kompatiblen Iris Motion Sensor und einen Iris Red Security Alarm Button als Hausnotruf her. Erhältlich sind beide in Deutschland bisher noch nicht. 
  • NYCE: Garage Door (Tilt) Sensor (US-Produkt, in DE noch nicht erhältlich)
  • SwannOne: Outdoor Siren (US-Produkt, in DE noch nicht erhältlich)
Auch im Bereich Sensoren gehört Philips zu den Marktführern

Der  Philips Hue Bewegungsmelder  ist für 34,95 Euro bei tink erhältlich. (Stand: 25.10.2017)

 

Rauchmelder, Smart Locks und weitere Sicherheitskomponenten mit ZigBee-Standard

ZigBee- kompatible Rauchmelder

Intelligente Rauchmelder dienen dazu, Fehlalarme durch automatische Selbstkontrolle zu reduzieren und bei Gefahr schnell mit anderen Geräten zu interagieren. Die meisten smarten Rauchmelder können sogar Nachrichten auf ein Smartphone schicken, falls die Bewohner nicht anwesend sind. 

  • Bestes Preis-Leistungsverhältnis: Rauchmelder Ei Electronics Ei650
  • Telekom Smart Home optischer Rauchmelder (Bitron Home)
  • Rauchmelder Ferguson FS1SD
  • Linxee Smoke Alarm (US-Produkt)  

 

ZigBee-kompatible Smart Locks und weitere Sicherheitskomponenten

  • Yale YRD-240 Smart Lock
  • Yale YRD-210 Smart Lock
  • Scout Alarm Door Panel (US-Produkt, in DE noch nicht erhältlich)
  • Scout Alarm System (US-Produkt, in DE noch nicht erhältlich)

Weitere ZigBee-kompatible Systeme und Geräte

ZigBee- kompatible Plattformen

Plattformen, die bereits jetzt mit ZigBee konform sind, zeigt die ZigBee Alliance Website.

Sonstige ZigBee-kompatible Geräte

Auch der Amazon Echo Plus funkt über die ZigBee-Technologie

Pro und Contra: Hat ZigBee 3.0 eine Zukunft im Smart Home?

Der ursprüngliche ZigBee Protokoll-Stack bestand aus vielen Anwendungsschichten, die individuell anpassbar waren. Hersteller konnten also für ihre Produkte das ZigBee Protokoll durch proprietäre Erweiterungen ergänzen oder aber Profile mit eingeschränkter Funktion einsetzen und diese dennoch zertifizieren lassen. Dadurch entstanden Insellösungen, die zwar ZigBee-Protokolle nutzten, aber trotzdem nicht mit anderen ZigBee-Geräten kompatibel waren. Für Hersteller eine Möglichkeit der Produktindividualisierung, für den Endnutzer bei der Zusammenstellung des Smart Homes unter Umständen nicht ideal. Das in Zigbee am häufigsten verwendete Mesh-Netzwerk verlinkt alle Kommunikationspunkte direkt miteinander und bietet so die schnellste und energieeffizienteste Übertragung – jedoch auch Angriffsfläche für Attacken auf das Smart-Home-System. Die anfangs durch die lockere Zertifizierungspolitik der ZigBee Alliance unterbundene Einheitlichkeit hieltmit der Einführung von endlich ZigBee 3.0 Einzug. Dieser Schritt war für ZigBee zwar unumgänglich, bedeutet jedoch für einige Hersteller möglicherweise eine Umstellung des Produktportfolios und könnte sich auch in Zukunft noch nachteilig auf die Marktverbreitung auswirken: Neben der etablierten Konkurrenz wie EnOcean drängen immer mehr, von großen Unternehmen wie Apple oder Google unterstützte Standards auf den Markt, die keine solchen Nachteile aufweisen. Durch die Energy-Harvesting-Komponente „Green Power“ und die einheitliche Zertifizierung hat ZigBee in der neuen 3.0-Version jedoch durchaus Potenzial als Funkstandard für die Smart Homes der Zukunft.

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homeandsmart Redaktion Mariella Wendel

Studium Germanistik und Multimedia, zahlreiche Film- und Schreibprojekte, freie Autorin im Bereich Medizin, Pflege und Erlebnispädagogik. Stellt sich immer neuen technischen Herausforderungen. Kreativ und handwerklich geschickt. Heute Redakteurin bei home&smart. Mit Leidenschaft an der Entwicklung neuer Formate beteiligt. Lässt sich von Bedienungsanleitungen nicht aus der Ruhe bringen. Am Ende läuft alles rund.

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