Zigbee, WiFi, Matter, Thread

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2024-01-06 21:17

ZigBee

  • eigener Funkstandard, lizenzfreie Frequenz 868 MHz (Europa) und 2.4 GHz LR-WPAN Kanal 11-25 (weltweit, wie WLAN)
  • erst Zigbee 3.0 ist ein einheitlicher Standard für alle großen Hersteller
  • Stand 2022/23: weit verbreitet im Bereich Steuerung und Statusmeldung (SmartHome, M2M, Industrie 4.0, IoT und Gebäudeautomation)
  • energiesparender als Bluetooth oder WLAN, geeignet für batteriebetriebene Geräte (Heizkörperthermostate, Thermometer, Türkontakte..)
  • Reichweite (je nach Router und Frequenz 10 bis 50m +Mesh), geringere Datenrate als WLAN od. Bluetooth (max. 250 kb/s)
  • spannt autark ein Mesh-Netzwerk über alle Geräte auf (Akku-Geräte sind meist im Standby und keine Mesh-Partner)
  • ZigBee Geräte haben keine IP-Adresse und kommunizieren proprietär nur mit dem passenden Gateway. Nur das (LAN-)Gateway hat eine IP-Adresse.
    Ist das Gerät nicht (mehr) am Gateway angelernt, erreicht man es nur durch Tastendruck am Gerät + neu anlernen.
  • in der Regel wird eine Bridge, ein Hub oder Router (Steckdosengerät!) benötigt. (Koordinator)
    - Amazon Echo Plus (einige Modelle)
    - Google Assistant
    - Sonoff, Tuya, Phoscon usw. Zigbee Bridge
  • Tuya Gateway arbeitet nur per Cloud, besser ist Tasmota, Phoscon (proprietär) oder Thread

    Eigene Erfahrungen mit ZigBee:
  • Reichweite geringer als WLAN (Tuya-Bridge), trotzdem kaum Grenzen im Wohnhaus durch Mesh
  • Inbetriebnahme absolut komplikationslos
  • deutlich langsame Reaktion bei direkter Kommunikation mit den Geräten (spürbar geringe Bandbreite)
  • Schalter reagieren schnell und verzögerungsfrei
  • ohne Internet keine Funktion (Tuya Cloud!)
  • sind App oder Gateway oder WLAN (WLAN ändern bedeutet App-Reset) defekt, müssen alle Geräte per Knopfdruck neu angelernt werden (also nicht zu fest einbauen)
  • SmartLife App funktioniert besser als Tuya App
  • in Alexa oder Google Assistant: SmartLife Skill laden, verbinden und die Geräte sind per Sprache steuerbar

WLAN

  • Funkstandard, 2.4 GHz und 5 GHz weltweit (IoT meist nur 2.4GHz)
  • hohe Bandbreite (Kameras, TV, Audio möglich)
  • hoher Energieverbrauch, nicht für batteriebetriebene Geräte geeignet
  • kein Mesh, reine Punktverbindung zwischen IoT-Gerät und WLAN-Router
  • jedes Gerät hat eine IP-Adresse, eine WEB-GUI und arbeitet ohne spezielles Gateway
  • Steuerung über jede gängige Home Automatisierung direkt möglich, kein Cloudzwang
  • Phoscon USB Zigbee-Gateway kann systembedingt keine WLAN-Geräte

Die Zukunft

  • Matter (Cloud-unabhängig) bzw. Thread (Matter + Anbieterunabhängig)
    Matter ist ein Kommunikationsprotokoll, Thread ein Funkstandard (wie ZigBee), meist mit Matter

  • Matter basiert auf drei Technologien:
    • Bluetooth LE für das Setup
    • Wi-Fi oder LAN für die Benutzung mit hohen Bandbreiten
    • Thread (mit Border Router) für geringe Bandbreiten
    • andere Funkstandards wie ZigBee werden durch Matter-kompatible Bridges angebunden
    Oberflächen von Apps für die Automatisierungen arbeiten wie bisher, nur unter der Haube soll alles kompatibel werden.
    Die Matter-Spezifikation enthält eine Funktion namens „Multi-Admin“, mit der ein einzelnes Matter-Gerät von mehreren Smart-Home-Systemen gleichzeitig gesteuert werden kann. Das bedeutet, dass Kunden nicht mehr ein einziges System wählen müssen, um Smart-Home-Geräte in ihrem Haus direkt zu steuern.
    Matter arbeitet lokal, Cloud-Zusatzfunktionern und Diadnosedaten sind erlaubt.

  • Thread-Geräte sind (wie WLAN) Netzwerkgeräte mit eigener IP und per mDNS auffindbar.
    Thread arbeitet im 2.4GHz Bereich als 6LoWPAN nach IEEE 802.15.4 als Mesh-Netz. Im Vergleich zu WLAN ist die Reichweite höher, bis 100m.
    Geräte werden einfach über einen QR-Code eingebunden.
    Die Steuerung erfolgt herstellerunabhängig mit beliebiger Thread-App.
    Der Standard ist stromsparend ausgelegt und (anders als WLAN) für Batteriegeräte geeignet.
    Gerätetypen:
    • Endgeräte (Sensoren, Aktoren)
    • Thread-Router (jedes nicht batteriebetriebene Thread Mesh-Gerät ersetzt den WLAN-Repeater)
    • Thread Border-Router (verbinden Thread mit dem LAN/WAN)

WiFi, ZigBee und Tread arbeiten im selben 2.4 GHz Frequenzband.
WiFi ist für batteriebetriebene Geräte ungeeignet (Laufzeiten < 1 Jahr).
ZigBee ist für fest verbaute Geräte ungeeignet, weil man die Geräte ohne Gateway (Defekt, Fehler) nicht erreicht.
Jedes ZigBee und Thread Netzwerk hat eine eindeutige PAN-ID (personal area network identifier), vergleichbar mit der WLAN-SSID.
Zigbee und Thread sollten auf dem gleichen Kanal betrieben werden, wenn das gleiche Interface/der gleiche Adapter für beides genutzt wird (Multi PAN). In größeren Netzen sollte man beide trennen.
Wichtig ist, dass die Geräte oder zumindest ihre Gateways Matter unterstützen.

Siehe:

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