Haussteuerung

Aus fablab Cottbus
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Wikipedia listet die folgenden Funksysteme zur Gebäudeautomatisierung:

  • DECT ULE (Ultra Low Energy), energiesparende Erweiterung des Schnurlostelefon-Standards DECT für die Hausautomation
  • EN 50090, der weltweit erste offene Standard für die Haus- und Gebäudeautomatisierung (Draht/TP, Powerline, Funk)
  • Enocean, seit 2012 internationaler Standard, dessen Sicherheitsoptionen jedoch nicht alle EnOcean-Produkte nutzen
  • HomeMatic (auch BidCoS), Funksystem für die Hausautomation
  • KNX-RF, Funkversion des KNX-Standards für die Gebäudeautomation
  • ZigBee, Funkstandard zur Gebäudeautomation mit Beteiligung zahlreicher internationaler Firmen
  • Z-Wave, besonders in den USA stark verbreiteter Standard der Z-Wave-Alliance

Im folgenden weitere Details zu einigen dieser Systeme (Quelle hauptsächlich Wikipedia):


Z-Wave

Z-Wave nutzt eine Zweiwege-Kommunikation mit Rückbestätigung. Nur erfolgreich bestätigte Datagramme gelten als erfolgreich versendet. Bei Kommunikationsfehlern wird der Sendevorgang bis zu dreimal wiederholt. Z-Wave implementiert als Netzwerktopologie eine Funkvermaschung, bei der jedes netzbetriebene Gerät Datagramme anderer Geräte im eigenen Netz weiterleiten kann. Das damit entstehende vermaschte Netz wird ebenfalls vom Primärcontroller gesteuert und die Routen bei Veränderungen des Netzes aktualisiert. Routen können sich über bis zu 4 Zwischen-Hops erstrecken.

Alle netzbetriebenen Geräte sind ständig funkaktiv und können daher als Router dienen. Batteriebetriebene Sensoren und Aktoren sind meist inaktiv und wachen periodisch auf, um Kommandos entgegenzunehmen und auszusenden.[1]

In Europa arbeitet Z-Wave auf einer Frequenz von 868,4 MHz bzw. 869 MHz.

EnOcean

Die Idee der Enocean-Technologie beruht darauf, dass für das Senden von kurzen Funksignalen nur geringe Mengen an Energie benötigt werden. Die Sender nutzen daher die Piezoelektrizität von Schaltern (Energy Harvesting), die Energie von Solarzellen oder Peltier-Elementen oder auch die Bewegungsenergie mittels elektrodynamischer Energiewandler. Diese Energie reicht aus, um Sender batterielos und somit wartungsarm zu betreiben. In einigen Anwendungsfällen sind jedoch weder gute Lichtverhältnisse noch mechanische Betätigungen zu erwarten, sodass teilweise auch Batterien als Energiequelle eingesetzt werden. Das Funkprotokoll ist darauf ausgerichtet, Informationen energiearm mit hoher Zuverlässigkeit zu übertragen. Dafür werden in Europa die Frequenz 868,3 MHz, in Japan die Frequenz 928 MHz, und in Nordamerika die Frequenzen 315 MHz (vorrangig) sowie 902 MHz verwendet.

Es existiert kein Mechanismus zur Vermeidung von Kollisionen; es wird versucht, diese durch die Beschränkung auf möglichst kleine und dadurch kurze Datenpakete gar nicht erst auftreten zu lassen. Zur Funkmodulation kommt die Amplitudenumtastung zum Einsatz, die sich elektronisch einfach und energiesparend umsetzen lässt.

Erweiterte Sicherheitskonzepte wie Verschlüsselung der Funkdaten und Rolling Code verhindern es, die Datenpakete von Enocean-Sendern unbemerkt abzugreifen. Zudem wird das Senden eines Datenpaketes von den originären Enocean-Komponenten nur unter Verwendung festgelegter 32bit großer IDs erlaubt, sodass die Manipulation eines Enocean-gestützten Systems von außen nur bedingt möglich ist. Einen Schutz gegen Signale einer eigenen Implementierung des relativ simplen Funkstandards gibt es jedoch nicht.

Im Gegensatz zu anderen Gebäudeautomatisierungstechnologien ist eine Bestätigung des Empfangs eines Datenpaketes in der Spezifikation vorgesehen. Mittlerweile sind auch kommerzielle Geräte verfügbar, die die Feststellung ermöglichen, ob ein Steuerbefehl erfolgreich ausgeführt wurde.[2]

ZigBee

ZigBee ist eine Spezifikation, welche ein Framework für drahtlose Funknetzwerke beschreibt. ZigBee baut auf dem IEEE 802.15.4 Standard auf und erweitert dessen Funktionalität insbesondere um die Möglichkeit des Routings und des sicheren Schlüsselaustausches. Im IEEE 802.15.4 Standard sind die PHY-Schicht und die MAC-Schicht definiert. ZigBee erweitert diesen Protokollstapel um die Schichten NWK und APL. Wobei zu beachten ist, dass es sich bei ZigBee um ein Framework handelt und eine Anwendung in die APL-Schicht eingebettet wird.

Die Einsatzmöglichkeiten von ZigBee sind vielfältig, z. B. in der Gebäude-Automation, im medizinischen Bereich, für Steuerungsanlagen und für alle Arten von Sensormessungen.

Die ZigBee-Spezifikation stellt dem Entwickler drei verschiedene Gerätearten (ZigBee Devices) zur Verfügung. Mit diesen Geräten wird ein ZigBee Wireless Personal Area Network (WPAN) aufgebaut. Man unterscheidet drei Rollen, die ein ZigBee-Gerät erfüllen kann:

Endgerät (ZigBee End Device, ZED)

Geräte wie zum Beispiel Steuerungs- oder Sensormodule werden meist mit Batterien betrieben. Diese können als ZigBee-Endgeräte implementiert werden und benötigen nur einen Teil der Funktionen der ZigBee-Spezifikation. Sie nehmen nicht am Routing im Netzwerk teil und können in einen Schlafmodus gehen. Sie melden sich an einem Router ihrer Wahl an und treten so dem ZigBee-Netzwerk bei. Sie können ausschließlich mit dem Router kommunizieren, über den sie dem Netzwerk beigetreten sind. Werden Daten an ein solches Endgerät geschickt und dieses befindet sich im Schlafmodus, speichert der Router diese Pakete, bis das Endgerät sie abruft.

Router (ZigBee Router, ZR)

ZigBee-Router nehmen am Routing der Pakete durch das Netzwerk teil. Sie benötigen einen größeren Funktionsumfang und damit auch etwas mehr Hardwareressourcen. ZigBee-Router treten einem Netzwerk bei, indem sie sich an einem im Netzwerk befindlichen Router anmelden. Das Routing im Netzwerk erfolgt entweder entlang eines sich so bildenden Baumes (Stackprofil ZigBee) oder durch dynamisches Routing als Meshnetzwerk (Stackprofil ZigBee PRO). Tritt ein Funkmodul über einen Router dem Netzwerk bei, vergibt dieser diesem eine 16-Bit-Kurzadresse (engl. short address). Bei Meshnetzwerken erfolgt dies zufällig. Auftretende Adresskonflikte müssen erkannt und dann behoben werden.

Koordinator (ZigBee coordinator, ZC)

Ein ZigBee-Koordinator startet das Netzwerk mit festgelegten Parametern. Nach dem Start übernimmt er dieselben Aufgaben wie ein ZigBee-Router.[3]

Bluetooth

Referenzen

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Z-Wave
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Enocean
  3. https://de.wikipedia.org/wiki/ZigBee