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ZigBee Light Link – was sonst!

16. Dezember 2015, 8:26 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Was bietet ZigBee?

Für ZigBee existieren mittlerweile Funk-Transceiver vieler namhafter Halbleiterkonzerne wie beispielsweise Atmel, Texas Instruments, NXP, Marvell und Freescale, die im weltweit lizenzfreien ISM-Band von 2,4 GHz arbeiten und teilweise bereits fertig zertifizierte Software-Stacks für Entwickler mitliefern (»ZigBee Compliant Platform«). Der Standard bietet seit jeher spezielle Profile für unterschiedliche Anwendungsbereiche, wie beispielsweise Beleuchtung, Fernsteuerung, Energieeinsparung sowie Heim- und Gebäudeautomatisierung, um die Interoperabilität zwischen Produkten unterschiedlicher Hersteller sicherzustellen. Mit der neuen Version ZigBee 3.0 werden diese bisher separaten Profile nun vereinheitlicht, sodass auch Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Bereiche garantiert wird, was bisher nur teilweise der Fall war (z.B. zwischen ZigBee Light Link und ZigBee Home Automation).

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ZigBee basiert auf den in der IEEE 802.15.4 spezifizierten Schichten PHY und MAC und baut im Fall von ZigBee Pro zwei weitere Schichten NWK (verantwortlich für Routing und Mesh-Netzwerkfunktionen) und APL (Binding, Gruppenmanagement, Datenübertragung, AIB-Management und APS-Frames) darauf auf. Der Standard verwendet und erweitert das in der IEEE 802.15.4 festgelegte Sicherheitskonzept. Dabei kommt das Blockchiffre-Verfahren CCM mit einer 128-bit-AES-Verschlüsselung zum Einsatz, die nicht in der MAC-Schicht (IEEE-802.15.4-Standard), sondern im NWK- und APL-Layer erfolgt. Auf diese Weise kann jeder Netzwerkknoten Pakete schnell und Ende-zu-Ende-verschlüsseln, ohne dass jedes Mal eine erneute Ent-/Verschlüsselung notwendig ist.

ZigBee-Geräte können über Gateways und Router mit Wi-Fi-Geräten kommunizieren und von diesen aus gesteuert werden. Eine Vielzahl von Apps ermöglicht das benutzerfreundliche Management der eigenen Geräte und Systeme über Smartphones, Tablets und PCs. Um die gewohnten Bedienungsweisen nicht zu sehr umzukrempeln, haben dresden elektronik und Busch-Jaeger bereits ZigBee-kompatible Schalter für Dezember 2015 angekündigt, weitere Hersteller arbeiten an eigenen, weitergehenden Schalterlösungen – man möchte ja schließlich im Schlafzimmer auf Knopfdruck Licht haben oder Rollos hochfahren lassen und nicht erst im Dunkel nach dem Smartphone kramen müssen, um eine App zu starten.

ZigBee-Eigenschaften im Überblick

Proprietäre RGB-LED-Systeme, wie sie momentan in jedem Baumarkt zu finden sind, enthalten bunte Infrarot-Fernbedienungen mit passendem Treiber und LED-Leuchtmittel, die »out of the Box« funktionieren. Keines dieser Systeme ist jedoch zu Geräten anderer Hersteller kompatibel und somit langfristig nicht konkurrenzfähig – wer möchte schon für jede Lampe im Haus eine eigene Fernbedienung herumliegen haben? Es ist folglich ein einheitlicher Standard für moderne, drahtlose Beleuchtungslösungen notwendig. Wichtige, für die Leuchtenhersteller substanzielle Eigenschaften einer Steuerungs- und Kommunikationstechnik erfüllt aktuell der ZigBee-Standard. Zu diesen Eigenschaften gehören unter anderem:

- Funktechnik (Reichweite/Datenrate) auf einer weltweit standardisierten Basis (IEEE 802.15.4)
- Weltweite Zulassung der Funktechnik
- Leistungsfähiges, selbstorganisierendes und selbstheilendes Netzwerkprotokoll
- Interoperabilität zwischen Produkten vieler Hersteller durch definierte und dokumentierte Profile
- Koordinierung der Protokollentwicklung durch eine akzeptierte Organisation
- Sicherung der Standardkonformität der Produkte durch Zertifizierung
- Akzeptanz bei einem breiten Spektrum von Herstellern
- Ständige Verbreiterung der Produktpalette durch eine Vielzahl von Herstellern
- Industrieverbände, die sich für ihre Mitglieder zu dieser Technologie bekannt haben
- Integrationsansätze für »benachbarte« Techniken [1, 2]
- Sicherheit der Kommunikationstechnik (Verschlüsselung)
- Geringer Energiebedarf der Kommunikationstechnik und günstige Hardware
- Möglichkeit der bidirektionalen Kommunikation der Teilnehmer untereinander
- Breite Hardware-Basis (Anbietervielfalt bei Transceiver-Chips)
- Entwicklerunterstützung durch vorzertifizierte Stack-Implementierung
- Verfügbarkeit einfacher Software-Interfaces zur Erleichterung der Entwicklung von Applikationen zur Steuerung der Produkte.