Funkstandard ZigBee:
Zigbee ist ein von der ZigBee Allianz entwickeltes energiearmes Funkprotokoll. ZigBee baut auf dem Standard IEEE-802.15.4 auf. Dabei nutzt ZigBee wie auch das WiFi oder WLAN den Frequenzberiech um 2,4 GHz. Jedoch stellt ZigBee nicht die hohen Übertragungsraten die WLAN hat zur Verfügung. Braucht es auch nicht, da ZigBee ausschließlich zu Steuer- und Regelzwecken entwickelt wurde. Dadurch benötigt ZigBee auch nicht die Bandbreite und Leistung die ein WLAN Kanal hat. Ein weiteres Merkmal des Standards sind lange Pausen bei der Datenübertragung. Damit kann jeder Netzwerkknoten in eine Art Ruhemodus gehen, was im Vergleich zu anderen Standards viel Energie spart. Somit ist ZigBee ein sehr energieeffizientes System in dem auch Batterie betriebene Geräte über eine lange Zeit ohne Batteriewechsel oder Nachladen funktionieren.
Zwischenzeitlich gibt es nahezu für jeden Anwendungsfall ZigBee Devices. Da gibt es Schalter, Sensoren, Lampen, Steuerungen und vieles mehr. Nahezu für jeden Wunsch ist etwas dabei. Ab ZigBee 3.0 sind auch die Geräte der einzelnen Hersteller untereinander kompatibel.
Wie arbeitet ein ZigBee Netz?
Im einfachsten Fall genügt eine so genannte Bridge (je nach Hersteller auch Hub oder Gatway bezeichnet) zur Bildung eines Sternnetzes. Die Bridge fungiert als Brücke zwischen den ZigBee Smart-Home-Geräten und der Steuerungs-App auf dem Smartphone beziehungsweise der Cloud.
Weitere Netzstrukturen können die Baum- oder die Mesh-Topologie sein.
In der Baum-Topologie gibt es einen Koordinator, wenige Router und Endgeräte. Jedes Endgerät (Kind) kommuniziert mit dem jeweiligen Router (Elternteil).
In der Mesh-Topologie sind die Router zusätzlich untereinander vernetzt. Das ermöglicht viele alternative Pfade, um Daten von einem Knoten zu einem anderen Knoten zu transportieren. Diese Netzvariante ist die übliche für ZigBee.
Die Reichweite:
Die Reichweite einzelner Komponenten ist eher gering (10m bis 15m). Jedoch durch die Baum- oder die Mesh-Topologie lässt sich die Reichweite erheblich erhöhen. Dabei fungieren die einzelnen Geräte selbst als Router. Es sind daher ohne weiteres Netze mit einer Ausdehnung von über 100 m möglich.
ZigBee, was sollten wir für unser Projekt noch wissen?
ZigBee hat gegenüber den bekannten WLAN Lösungen viele Vorteile. Durch die Energieeffizients behalten auch Batteriebetriebene Geräte über einen längeren Zeitraum ihre Funktion. Die Netze strukturieren sich selbst und können sich über eine größere Fläche ausdehnen, sofern man die Maximalzahl an Geräten nicht überschreitet. Mit dem CC2531-Stick können 15 Einzelgeräte verwaltet werden. Verwendet man im ZigBee-Netz mehrere Geräte mit Router-Funktion, was i.d.R. für jedes Strom-Netz gestützte Gerät zutrifft, können bis zu 50 Geräte verwaltet werden. Will man mit mehr Geräten arbeiten kann auch ein zweiter Stick angeschlossen und ein weiterer ZigBee Adapter geladen werden. Oder besser, man entscheidet sich für den ConBee II Stick von Dresden Elektronik. Dieser kannn bereits bis zu 50 Einzelgeräte (ohne Routerfunktion) verwalten und stellt auch eine eigene Softwarelösung bereit.
Ein weiterer Aspekt ist die Belastung durch den Elektrosmog. Dieser ist mit ZigBee, auf Grund der geringeren Leistung, Bandbreite und Sendehäufigkeit bedeutend geringer als bei WLAN.
Anbindung an den Raspberry:
Für die Anbindung an den Raspberry Pi eignet sich der USB-Stick CC253_ oder ein ConBee II Stick als USB Gateway. Ich habe mich zunächst für den günstigeren CC2531 entschieden und werde die Einbindungen im nächsten Kapitel (D2) beschreiben. Für später beabsichtige ich den ConBee II mit dem ioBroker zu betreiben. Hier ist allerdings eine andere Vorgehensweise als beim CC253_ zu beachten. Wie der ConBee II eingerichtet wird stelle ich ab Kapitel D5 vor. Für mich ist der ConBee II die erste wahl.
Weiter ins Detail zum ZigBee Funkstandard möchte ich nicht gehen. Hier gibt es sehr gute Abhandlungen im Internet die sich wesentlich genauer mit der Thematik befassen. Ich will mich lieber mit meiner Home_Automatic über den ioBroker befassen, der nun zusätzlich ZigBee Geräte mit verwalten soll um einen externen Cloud-Dienst zu umgehen.
