Das Kommunikationsprotokoll ZigBee wird vor allem für die Heimautomation verwendet. Es ermöglicht eine herstellerübergreifende und kabellose Vernetzung unterschiedlicher Smart-Home-Komponenten.
Was ist ZigBee?
ZigBee ist ein Kommunikationsprotokoll, das sich für kabellose Netzwerke mit geringen Datenmengen eignet. Verwendet wird für Netzwerke, in denen nur kleine Datenmengen übertragen werden, etwa für das Internet der Dinge (IoT) und die Hausautomation.
Bei der Entwicklung des Funkprotokolls ZigBee lag der Fokus vor allem auf einem minimalen Energieverbrauch. Entwickelt hat das Kommunikationsprotokoll ZigBee die ZigBee Alliance, die inzwischen als Connectivity Standards Alliance (CSA) bekannt ist. Beteiligt waren an der Entwicklung unter anderem Philips, Innr/Ledvance (Osram/Lightify), Amazon, Ikea, Bosch, Samsung, Siemens, Telekom und viele weitere Technologiekonzerne.
ZigBee ist also mit Geräten von vielen bekannten Herstellern kompatibel und eignet sich perfekt für den individuellen Aufbau von Hausautomatisierungssystemen. Dank der einfachen Konfiguration können auch Laien mit dem kabellosen Kommunikationsprotokoll ZigBee problemlos entsprechende Smart-Home-Komponenten installieren und verknüpfen.
Wie steuert man ein ZigBee-Netzwerk?
Hardware, die mit dem ZigBee-Standard kommuniziert, wird über eine Funkzentrale, die auch als Bridge oder Gateway bezeichnet wird, gesteuert. Diese Basisstation, also die Kommunikationszentrale des Smart Home, wird per WLAN oder Netzwerkkabel mit dem Router verbunden. Anschließend kann sie über spezielle Apps oder ein Webinterface über verschiedene Endgeräte konfiguriert und bedient werden.
Die App der Basisstation ermöglicht es den Status der verbundenen Geräte sowie deren Automatisierungsmöglichkeiten per Smartphone, Tablet oder Computer abzurufen und zu ändern. Es können so beispielsweise wiederkehrende Abläufe definiert werden. Außerdem ermöglicht das ZigBee-Gateway die zeitgesteuerte und sensorgesteuerte Aktivierung von Geräten.
Strukturen der Vernetzung bei ZigBee
In einem ZigBee-Netzwerk können sich Geräte in einem Baumschema, einer Sternstruktur und per Peer-to-Peer-Topologie (Mesh) verbinden. Besonders die Datenübertragung per Mesh sorgt bei ZigBee für eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit, weil innerhalb des Netzwerks jede Komponente parallel als Empfänger und Sender arbeitet.
Die Komponenten kommunizieren also nicht nur mit der zentralen Basisstation, sondern stehen auch untereinander in Kontakt und fungieren dabei als Repeater. Neue Komponenten erhöhen also die Reichweite des Funknetzwerks und können diese über die Grenzen des WLANs ausweiten. ZigBee eignet sich damit perfekt für Smart-Home-Systeme in großen Gebäuden, die dank der Mesh-Funktion vollständig abgedeckt werden können.
Sollte es in einem Signalpfad eines ZigBee-Netzwerks zu einer Unterbrechung der Kommunikation kommen, können die Komponenten selbstständig eine neue Route wählen. Die Mesh-Funktion stellt somit eine hohe Zuverlässigkeit sicher und sorgt dafür, dass Datensignale ihr Ziel nahezu immer erreichen.
Wie funktioniert das Funksystem beim Kommunikationsprotokoll ZigBee?
Beim Funksystem ZigBee werden vernetzte Produkte über die lizenzfreien ISM-Bänder mit 868 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz über kurze Entfernungen miteinander verbunden. Die Funkreichweite liegt je nach Sendeleistung und Gebäude ähnlich wie bei WLAN und Bluetooth zwischen 10 und 20 Meter. Theoretisch ist unter Idealbedingungen mit ZigBee eine Kommunikation über 100 Meter möglich.
Die Datenübertragungsrate des Low Energy Funkprotokolls liegt bei maximal 250 Kilobit pro Sekunde (kBit/s). ZigBee eignet sich also nicht zur Übertragung größerer Daten, ist für die Übermittlung von Statusmeldungen und die Fernsteuerung aber ausreichend schnell. Weil das Funkprotokill in der Regel keine Interferenzen mit anderen elektronischen Geräten auslöst, kann es in nahezu allen Gebäuden verwendet werden.
Ist die kabellose Datenübertragung mit ZigBee sicher?
Die Datenübertragung zwischen sämtlichen Komponenten eines ZigBee-Netzwerks erfolgt immer verschlüsselt. Laut den ZigBee-Spezifikationen wird für die Verschlüsselung der AES-CCM-Algorithmus mit 128 Bit verwendet, der bis heute als sicher ist. Sicherheitsforschern sind unter Laborbedingungen jedoch bereits Angriffe auf ZigBee gelungen, die durch Fehler bei der Implementation möglich waren. Inzwischen haben die meisten Hersteller auf diese Sicherheitslücken mit Updates reagiert. Der Einsatz des Funkprotokolls ZigBee ist laut Sicherheitsexperten daher nur mit minimalen Risiken verbunden.
