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Was ist Zigbee ?

ZigBee im Smart Home: Das sollten Sie über das Funkprotokoll wissen

Mehr als 40 Prozent der Deutschen nutzen bereits Smart-Home-Technologien, um ihr Leben komfortabler, sicherer und energieeffizienter zu gestalten. Wollen auch Sie Ihr Zuhause automatisieren, kommen Sie um Begriffe wie Heimautomation, Gateway, Plug-and-Play, oder ZigBee nicht herum. Um den Begriffe-Dschungel zu lichten, erfahren Sie in diesem Beitrag alles Wissenswerte über das ZigBee-Funkprotokoll, welche Rolle es in Ihrem Smart Home spielt und wie Sie es am besten einsetzen.

Inhalt

  • ZigBee: Was ist das?
  • Diese Vorteile bietet das Protokoll
  • Reichweite
  • Energieeffizienz
  • Einfachheit
  • So funktioniert die Vernetzung mit dem Funkprotokoll im Detail
  • Welche ZigBee-Zentrale ist die richtige?
  • Steuerung der Zentrale und verbundener Geräte
  • Diese Geräte können Sie mit ZigBee verwenden
  • Geräte mit und ohne ZigBee gemeinsam verwalten
  • Verwaltung über Drittanbieter-Apps
  • Verwaltung über Schnittstellen-Geräte
  • Fazit: Das Wichtigste über den ZigBee-Funkstandard im Smart Home
  • Übersicht der ZigBee 3.0 Produkte von DELiver-light

ZigBee: Was ist das?

ZigBee ist eine Spezifikation für drahtlose Netzwerke. Alternativ wird es als Funkprotokoll, Funkstandard oder Kommunikationsstandard bezeichnet. Diese Begriffe zeigen bereits die Funktion von ZigBee auf: Es legt einen Standard für die Kommunikation per Funk fest. Vereinfacht gesagt, gibt es vor, wie Ihre Geräte innerhalb eines Funknetzwerks miteinander kommunizieren.

Diese Vorteile bietet das Protokoll

ZigBee ist nur einer von vielen Funkstandards. Jedem bekannt dürften etwa WLAN oder Bluetooth sein, mit denen Geräte wie Smartphones, Wearables, Tablets oder Laptops miteinander oder mit Ihrem Router kommunizieren. Unterschiedliche Protokolle bringen Vor- und Nachteile mit sich, durch die sie für bestimmte Anwendungen besser geeignet sind. Deshalb werden WLAN und Bluetooth seltener für den Smart-Home-Bereich genutzt, während Funkprotokolle wie Z-Wave, EnOcean oder eben ZigBee besonders häufig zum Einsatz kommen.

Reichweite

Ein einzelnes ZigBee-Gerät verfügt über eine ähnliche Funkreichweite wie ein WLAN-Gerät: 10 bis 20 Meter werden im Durchschnitt erreicht. Bei idealen Bedingungen, die das Funksignal nicht stören, sind es bis zu 100 Meter. Produkte, die den ZigBee-Funkstandard nutzen, fungieren jedoch als sogenannte Verstärker: Sie empfangen das Signal anderer ZigBee-Geräte und geben dieses weiter. Gemeinsam errichten sie ein sogenanntes Mesh-Netzwerk.

Stellen Sie Ihre Produkte strategisch auf, erhalten Sie ein besonders großes Netzwerk. Das ist praktisch, wenn Sie im Außenbereich eines Hauses smarte Produkte einsetzen wollen. Zusätzlich zu den Geräten, die Sie ohnehin nutzen, können Sie außerdem einen speziellen Signal-Verstärker in das Mesh-Netzwerk einbauen.

Die Mesh-Funktion vergrößert aber nicht nur die Reichweite, sie erhöht auch die Zuverlässigkeit des Netzwerks. Das liegt daran, dass das Signal auf unterschiedlichen Routen durch das Netzwerk geleitet werden kann. Fällt eines Ihrer Geräte aus, das normalerweise das Signal übertragen würde, übernimmt ein anderes Gerät dessen Funktion. So haben Sie immer ein starkes Signal in Ihrem ZigBee-Netz.

Energieeffizienz

Neben der Reichweite ist die Energieeffizienz das Markenzeichen von ZigBee: Produkte, die über dieses Protokoll kommunizieren, verbrauchen besonders wenig Energie. Sie können so für Monate oder sogar Jahre betrieben werden, ohne dass ein Akkuwechsel nötig wird. Das ist besonders bei Geräten von Vorteil, die schwer zugänglich sind, sodass das Wechseln von Akkus umständlich ist, wie etwa bei Bewegungs- oder Rauchmelder.

Die Effizienz kommt neben einer stromsparenden Arbeitsweise dadurch zustande, dass verhältnismäßig kleine Datenpakete versendet werden: Nur 250 Kilobyte können pro Sekunde maximal versendet werden. Aus diesem Grund ist das ZigBee-Funkprotokoll nicht die beste Wahl für Produkte, die große Datenmengen in kurzer Zeit übertragen müssen, wie beispielsweise Überwachungskameras.

Einfachheit

Ein weiterer Vorteil dieses Funkprotokolls ist seine Einfachheit und das auf allen Ebenen. Das Protokoll arbeitet drahtlos, daher müssen für den Einsatz keine Kabel verlegt werden. Solange Sie die notwendigen Komponenten anschaffen, müssen Sie diese nur aufstellen und installieren. ZigBee eignet sich damit perfekt, wenn Sie sofort loslegen möchten. Auch falls Sie zur Miete wohnen, ist dieses Funkprotokoll eine gute Lösung, da Sie die Komponenten jederzeit einpacken und mitnehmen können. In einem neuen Zuhause angekommen, können Sie diese sofort weiterverwenden. Neben der fehlenden Montage ist auch die Einrichtung des Netzwerks in wenigen Schritten getan. Anschließend verbinden sich die Geräte automatisch mit dem Netzwerk und können über eine App oder per Sprachsteuerung verwaltet werden.

So funktioniert die Vernetzung mit dem Funkprotokoll im Detail

Das Herzstück eines ZigBee-Netzwerks bildet eine Smart-Home-Zentrale, die auch unter Begriffen wie Bridge, Hub oder Gateway angeboten wird. Die ZigBee-Zentrale ist die Komponente, die die Steuerung der Geräte möglich macht: Sie empfängt das ZigBee-Signal der smarten Geräte im Haus und kommuniziert zugleich — meist über WLAN oder Bluetooth — mit einer Smart-Home-App ihrer Wahl. Außerdem kann die Zentrale Daten im ZigBee-Standard an die Geräte zurücksenden.

Die Zentrale nimmt also eine Vermittlerrolle zwischen smarten Geräten und App ein und erlaubt Ihnen, die Geräte über die App zu verwalten. Da ZigBee eine andere Funkfrequenz nutzt als WLAN und andere Funkstandards, müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass sich die Signale bei der Kommunikation von Zentrale und smarten Produkten überschneiden und gegenseitig hindern könnten. Andere Funkfrequenzen werden nur dann genutzt, wenn die Zentrale Informationen an die App weitergibt.

Nachdem Sie eine ZigBee-Zentrale Ihrer Wahl erworben haben, installieren Sie diese daheim. Wie genau das funktioniert, hängt vom gewählten Produkt ab. In der Regel ist die Installation jedoch einfach und kann in wenigen Minuten erledigt werden.

Sobald Sie über die Smart-Home-App Zugriff auf die Zentrale haben, können Sie Ihre smarten Geräte hinzufügen. Auch hier hängt die genaue Vorgehensweise von der verwendeten App ab. Viele der Apps verfügen jedoch über automatische Suchläufe, über die Ihnen smarte Produkte in Ihrer Nähe angezeigt werden. Diese fügen Sie mit wenigen Klicks hinzu. Den Suchlauf benötigen Sie nur bei der ersten Einrichtung. Ab dann sind Ihre Geräte automatisch mit der Zentrale verbunden und Sie können die Geräte per App steuern.

Welche ZigBee-Zentrale ist die richtige?

Welche ZigBee-Zentrale die richtige für Ihr Smart Home ist, hängt insbesondere vom gewünschten Einsatz ab. Dabei sollten Sie vor allem bedenken, dass die Geräte eines einzelnen Herstellers darauf ausgerichtet sind, perfekt zusammenzuarbeiten. Verfolgen Sie also ein ganz bestimmtes Ziel mit Ihrem Smart Home, sollte das die Entscheidung für oder gegen einen Anbieter beeinflussen. Deutlich wird das ganz einfach in ein paar Anwendungsbeispielen.

Haben Sie vor, Ihr Zuhause perfekt auszuleuchten, sollten Sie sich für einen Hersteller entscheiden, dessen Produkte auf den Bereich Beleuchtung ausgelegt sind. Signify etwa bietet hier die Reihe Philips Hue an, zu der auch die Philips Hue Bridge gehört. Mit dieser können Sie bis zu 50 Leuchtmittel steuern. Außerdem können Sie Zubehör wie Dimmschalter oder Smart-Buttons hinzufügen. Dafür stehen zwölf zusätzliche Plätze zur Verfügung. Die Philips Hue Bridge ist zudem mit gängigen Sprachassistenten kombinierbar, falls Sie diese Steuerungsart bevorzugen.

Möchten Sie mehr als Licht, empfehlen sich andere Zentralen. Welche geeignet sind, kann beispielsweise von den bereits vorhandenen Geräten abhängen. Nutzen Sie daheim viele Geräte mit Amazons Sprachassistentin Alexa, könnte ein Produkt der Echo-Reihe für Sie geeignet sein, in denen ein ZigBee-Hub integriert ist. Diese erlauben sowohl die Sprachsteuerung, als auch die manuelle Bedienung am smarten Display oder die Anbindung ans Smartphone.

Generell bieten viele Hersteller ZigBee-Zentralen an. Zu den bekanntesten gehören vermutlich die Philips Hue Bridge, das IKEA TRÅDFRI Gateway, die Innr Bridge, das Osram Lightify Gateway, Amazons Echo-Modelle und Samsungs SmartThings Hub, aber auch DELiver-light hat die Produktpalette mit ZigBee Produkten erweitert. Während diese Zentralen perfekt auf die Produkte ihres Herstellers ausgelegt sind, können Sie meist problemlos auch Produkte anderer Hersteller damit verwalten. Besitzen Sie bereits mehrere Geräte, die smart gesteuert werden könnten, sollten Sie deshalb überprüfen, von welchen Herstellern diese produziert wurden. Eventuell bieten diese selbst Zentralen an oder geben eine Empfehlung, mit welcher Zentrale Ihre Produkte besonders gut kompatibel sind.

Steuerung der Zentrale und verbundener Geräte

Die Geräte, die mit der ZigBee-Zentrale verbunden sind, können auf unterschiedliche Arten gesteuert werden. In erster Linie gehört dazu die Steuerung über die Hersteller App. Die an die Philips Hue Bridge angebundenen Produkte etwa werden über die Philips Hue App gesteuert, während Sie mit einem Echo-Modell verbundene Geräte über die Amazon Alexa App verwalten. Auch andere Hersteller verfügen über eigene Apps, die direkt auf ihre Geräte ausgelegt sind.

Viele Zentralen lassen sich aufgrund des gemeinsamen ZigBee-Standards jedoch auch über die Apps anderer Anbieter steuern. So kann etwa die Google Home App nicht nur Produkte von Google und seinen Tochterunternehmen steuern, sondern ist auch mit vielen anderen Produkten kompatibel.

Neben der Steuerung über die App ist bei vielen Smart-Home-Produkten auch die Steuerung über einen Sprachassistenten möglich und auch einige ZigBee-Zentralen bringen diese Funktion von Haus aus mit. Legen Sie Wert auf die Sprachsteuerung, sollten Sie überprüfen, ob die von Ihnen favorisierte Zentrale ebenfalls über diese Funktion verfügt.

Diese Geräte können Sie mit ZigBee verwenden

Haben Sie sich für eine Zentrale entschieden, können Sie Ihre smarten Geräte damit verbinden. Dabei spielt es keine Rolle, um welche Art von Gerät es sich handelt: Leuchtmittel, Lautsprecher oder Bewegungssensoren können alle ins Netzwerk eingebunden werden. Die Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Geräte das ZigBee-Protokoll nutzen und dabei exakt dieselbe Variante verwenden.

ZigBee existiert bereits seit 2004 und wurde seitdem immer weiter entwickelt. Der Standard verfügt über einen sogenannten Open-Source-Code. Das bedeutet, dass es einen grundlegenden Code für das Protokoll gibt, jeder Hersteller diesen aber auf seine individuellen Bedürfnisse oder die seiner Kunden anpassen kann.

Über die Jahre entstanden so unzählige Varianten des Protokolls, die auch Profile genannt werden. Bekannte Profile sind etwa ZigBee Light Link, ZigBee Home Automation, ZigBee Building Automation, ZigBee Health Care und ZigBee Retail Services. Diese kommen in unterschiedlichen Szenarien zum Einsatz: ZigBee Light Link ist beispielsweise ein Profil zur Steuerung von Licht, während ZigBee Home Automation die smarten Geräte in kleineren Gebäuden verwaltet.

Konkret bedeutet dies, dass Sie vor der Anschaffung jedes Geräts prüfen müssen, ob dieses einen ZigBee-Standard verwendet und wenn ja, welches ZigBee-Profil genutzt wird. Glücklicherweise setzen viele bekannte Hersteller auf die Verwendung des ZigBee-Standards, sodass Ihnen viele Geräte zur Einrichtung Ihres Smart Home zur Verfügung stehen. So nutzen etwa Produkte von Amazon, Bosch, General Electric, Huawei, IKEA, Kärcher, Philips, Samsung oder Telekom ZigBee als Kommunikationsstandard.

Was die ZigBee-Profile angeht, kann sich die Kompatibilität schwieriger gestalten. Gerade ältere Produkte bereiten hier Probleme. Neuere Produkte hingegen sind eher miteinander kompatibel. Das liegt daran, dass sich 2016 einige Hersteller zusammengeschlossen und das ZigBee-Profil 3.0 entwickelt haben. Dieses lässt keine individuellen Anpassungen seitens der Hersteller mehr zu, sorgt dadurch aber auch dafür, dass die Produkte alle miteinander kompatibel sind.

Möchten Sie also ZigBee als Funkstandard für Ihr Smart Home nutzen und sind auf der Suche nach geeigneten Produkten, empfiehlt es sich, zu neueren Produkten zu greifen, die bereits auf den Standard 3.0 setzen. Hier treffen die Vorteile von ZigBee mit erhöhter Kompatibilität zusammen und machen die Einrichtung des Smart Home noch einfacher. Die Vereinheitlichung des Standards hat außerdem für eine erhöhte Sicherheit gesorgt. In Smart-Home-Systemen mit dem ZigBee-Standard 3.0 sind Ihre Daten daher besser vor unbefugten Zugriffen geschützt als unter den alten Profilen. Bei DELiver-light finden sie ZigBee Produkte der neuesten Generation mit sehr großer Reichweite, LED Leuchtmittel mit hoher Bandbereite der Lichtfarben ( RGBTW: RGB + WW 2200K + KW 6500K), die Gateways funktionieren mit vielen gängigen Apps am Markt (Philips Hue, Samsung Smart Things, Amazin Echo+, Google Terncy, Homee,Conbee, Smart Friends, Tuya/Smartlife, Miboxer et)

Geräte mit und ohne ZigBee gemeinsam verwalten

Es gibt tausende von Produkten, die ZigBee als Kommunikationsstandard verwenden. Trotzdem kann es vorkommen, dass Sie in Ihrem Smart Home auch ein Produkt verwenden möchten, dass nicht auf diesen Standard setzt. Wenn es dabei nur um ein oder einige wenige Geräte geht, möchten Sie diese aber vermutlich nicht über eine zusätzliche App steuern.

Nutzen die Geräte WLAN oder Bluetooth, können Sie sie oft direkt über den Router mit der Smart-Home-App verbinden, über die Sie auch Ihre ZigBee-Geräte steuern. Verwenden die Geräte einen anderen Funkstandard zur Kommunikation, können Drittanbieter-Apps oder sogenannte Schnittstellen-Geräte unter Umständen Abhilfe schaffen.

Verwaltung über Drittanbieter-Apps

Da viele Hersteller ihre eigenen Smart-Home-Apps anbieten, sind diese selbstverständlich auf denselben Standard ausgelegt wie die Geräte des Herstellers. Die Philips Hue App beispielsweise wird Sie also nicht auch Geräte einbinden lassen, die den EnOcean-Funkstandard nutzen. Smart-Home-Apps von Drittanbietern sind anders: Diese Apps zielen darauf ab, möglichst viele Geräte mit unterschiedlichen Standards steuern zu können.

Die Apps bilden dabei die Schnittstelle zwischen verschiedenen Systemen. Sie können über eine solche App also beispielsweise ein ZigBee-Beleuchtungssystem, das an der Philips Hue Bridge zusammenläuft, in Kombination mit einem KNX-Sicherheitssystem steuern.

Wichtig ist, dass Sie vor der Auswahl einer solchen App sichergehen, dass diese mit Ihren Systemen kompatibel ist. Gerade wenn Sie bereits erste Produkte für Ihr Smart Home angeschafft haben, kann sich das schwierig gestalten. Derartige Drittanbieter-Apps lohnen sich daher besonders, wenn Sie am Beginn des Abenteuers Smart Home stehen und dieses von Grund auf planen.

Verwaltung über Schnittstellen-Geräte

Eine simplere Lösung als die Suche nach passenden Drittanbieter-Apps sind Schnittstellen-Geräte, die verschiedene Funkstandards empfangen und senden können. Ein Beispiel dafür ist das homee Cube-System. Dieses kann individuell auf die eigenen Bedürfnisse angepasst werden.

Die zentrale Einheit des Systems ist der sogenannte Brain Cube. Er übernimmt eine ähnliche Rolle wie die ZigBee-Zentrale in Ihrem Smart Home: Zum einen empfängt er die Signale von Geräten, die WLAN als Funkstandard nutzen. Zum anderen speichert er sämtliche eingehenden Daten lokal in verschlüsselter Weise und erlaubt die Bedienung über die homee Smart Home App, sowie per Sprachsteuerung.

Der Brain Cube kann durch zusätzliche, sogenannte Cubes erweitert werden. So kann etwa ein ZigBee-Cube hinzugefügt werden. Dieser empfängt und sendet dann das ZigBee-Signal für all jene Produkte, die den ZigBee-Standard empfangen. Daneben können aber auch Cubes für die Standards BiSecur, EnOcean, WMS und Z-Wave genutzt werden. Im Zusammenspiel mit dem Brain Cube sorgen diese dafür, dass die Standards miteinander kommunizieren können und alle Geräte in Ihrem Smart Home praktisch über die App von homee gesteuert werden können.

Das Cube-System von homee hat den Vorteil, dass es jederzeit erweitert werden kann, falls Sie sich neue Produkte anschaffen. Auch, wenn Sie bereits smarte Produkte unterschiedlicher Hersteller besitzen, die Sie gern unkompliziert über nur eine App statt mehreren verwalten möchten, macht das Cube-System diesen Schritt einfach. Damit ist es sowohl für Neueinsteiger im Bereich Smart Home als auch für jene geeignet, die bereits etwas weiter sind und lediglich umplanen möchten.

Selbstverständlich gibt es neben dem Cube-System von homee noch weitere solcher Hybrid-Geräte. Das Angebot ist jedoch noch recht überschaubar. Eine nennenswerte Alternative ist SMART HOME by hornbach. Dieses unterstützt neben ZigBee die Funkprotokolle Z-Wave und WLAN.

Unabhängig davon, welches Hybrid-Gerät als Zentrale gewählt wird, muss selbstverständlich auch hier auf Kompatibilität geachtet werden. Zum einen müssen die jeweiligen Funkstandards genutzt werden und zum anderen auch die entsprechenden Profile der Standards. Daher gilt auch bei dieser Art der Verwaltung von Geräten im Smart Home, dass Sie vor der Anschaffung genau die Kompatibilität prüfen sollten.

Fazit: Das Wichtigste über den ZigBee-Funkstandard im Smart Home

Das ZigBee-Funkprotokoll ist ein Kommunikationsstandard, der smarte Geräte miteinander kommunizieren lässt, und dem Anwender die Steuerung aller ZigBee-basierten Geräte per App oder Sprachbefehl erlaubt. Das Protokoll zeichnet sich dank Mesh-Funktion durch eine hohe Reichweite aus, ist einfach zu installieren und besonders energieeffizient.

Eine zentrale Steuereinheit, die je nach Hersteller als Bridge, Hub oder Gateway bezeichnet wird, empfängt ZigBee-Signale der smarten Geräte und leitet diese an eine Smart-Home-App weiter. Über die App wird die Steuerung vorgenommen, deren Signal dann von der Steuereinheit an die Geräte zurückgegeben wird.

Die Wahl der Zentrale hängt vom Einsatzzweck und bereits vorhandenen Geräten ab. An die Einheit angeschlossen werden können alle Geräte, die ebenfalls den ZigBee-Funkstandard in derselben Variante nutzen. Geräte, die andere Funkprotokolle verwenden, können dank Drittanbieter-Apps oder sogenannten Hybrid-Geräten gemeinsam mit ZigBee-Geräten verwaltet werden. Auch diese müssen jedoch mit dem ZigBee-Standard und dem jeweiligen Profil kompatibel sein.

Übersicht der ZigBee 3.0 Produkte von DELiver-light

  • Gateway
  • Controller
  • Fernbedienung
  • GU10 LED Spots
  • E27 LED Lampen
  • LED Flutlichtstrahler

Auch in Wikipedia finden sie einen Eintrag zu ZigBee