Z-Wave

Z-Wave ist ein Funkstandard für die Hausautomation und damit der direkte Mitbewerber von ZigBee. Er steuert Beleuchtung, Heizung, Rollläden, Schlösser und Sensoren.

Entwickelt wurde er ab 2001 von der dänischen Firma Zensys. Diese ging 2008 an Sigma Designs, deren Z-Wave-Geschäft 2018 an Silicon Labs überging. Gepflegt wird der Standard von der Z-Wave Alliance; seit 2020 ist die Spezifikation offen zugänglich, nachdem sie zwei Jahrzehnte geschlossen war. Die Funkschicht ist seit 2012 als ITU-T G.9959 genormt.

Unterhalb von einem Gigahertz

Der wesentliche Unterschied zu ZigBee ist das Frequenzband. Z-Wave arbeitet nicht auf 2,4 GHz, sondern in den regionalen Kurzstreckenfunkbändern darunter — in Europa auf 868,42 MHz.

Daraus folgen die beiden Eigenschaften, die den Standard ausmachen:

Kein Streit mit WLAN. Das 2,4-GHz-Band ist von WLAN, Bluetooth und Mikrowellenherden belegt. Darunter ist es ruhig. Das erspart Z-Wave die Kanalsuche und Störungsdiagnose, die bei ZigBee regelmäßig nötig wird.

Bessere Durchdringung. Niedrigere Frequenzen kommen durch Wände und Decken besser hindurch. Bei gleicher Sendeleistung trägt Z-Wave weiter als ein 2,4-GHz-System.

Der Preis dafür ist eine geringere Datenrate — in den älteren Fassungen 9,6 und 40 kbit/s, aktuell 100 kbit/s. Für Schaltbefehle und Messwerte reicht das.

Regionale Bindung

Weil die Bänder unterhalb von 1 GHz weltweit verschieden vergeben sind, sendet Z-Wave in jeder Region auf einer anderen Frequenz. Geräte sind damit nicht länderübergreifend verwendbar: Ein in den USA gekauftes Modul arbeitet auf 908,42 MHz und findet in einem europäischen Netz keinen Anschluss — und darf hier auch nicht betrieben werden.

Das ist beim Einkauf die häufigste Falle. ZigBee hat dieses Problem auf 2,4 GHz nicht.

Hinzu kommt, dass das europäische Band einer Sendezeitbegrenzung unterliegt. Ein Gerät darf es nur einen kleinen Teil der Zeit belegen, was häufige Übertragungen ausschließt — für Hausautomation unkritisch, für Dauermessungen nicht.

Netzaufbau

Z-Wave bildet ein vermaschtes Netz. Netzbetriebene Geräte leiten fremde Nachrichten weiter, Batteriegeräte schlafen und tun es nicht — dieselbe Regel wie bei ZigBee und derselbe Planungsfehler: Ein Netz aus lauter Batteriesensoren wächst nicht.

Die Grenzen sind enger gesteckt als bei ZigBee: bis zu 232 Knoten je Netz und höchstens vier Zwischenstationen auf dem Weg. Für eine Wohnung oder ein Haus ist das reichlich, für ein großes Gebäude nicht.

Jedes Netz trägt eine eindeutige Kennung, die der Controller vergibt. Geräte lassen sich nur in ein Netz aufnehmen und müssen vor dem Wechsel in ein anderes ausdrücklich entlassen werden — wer ein gebrauchtes Gerät kauft, muss es zunächst zurücksetzen.

Z-Wave Long Range ergänzt seit einigen Jahren eine Sternstruktur ohne Vermaschung, die deutlich größere Entfernungen und mehr Teilnehmer erlaubt. Sie ist für weitläufige Grundstücke und Zweckbauten gedacht und läuft neben dem klassischen Netz.

Zertifizierung als Verkaufsargument

Der Punkt, mit dem sich Z-Wave jahrelang von ZigBee abgesetzt hat: Jedes Gerät muss zertifiziert werden, bevor es das Logo tragen darf, und die Prüfung umfasst die Zusammenarbeit mit Geräten anderer Hersteller.

Während ZigBee vor Version 3.0 an getrennten Anwendungsprofilen litt, arbeiteten Z-Wave-Geräte herstellerübergreifend. Das hat den Standard trotz kleineren Angebots und höherer Preise getragen. Seit ZigBee 3.0 ist der Vorsprung geschrumpft.

Sicherheit

Verschlüsselt wird mit AES im 128-Bit-Modus. Entscheidend ist aber das Rahmenwerk S2, das seit 2017 für neue Zertifizierungen vorgeschrieben ist.

S2 behebt die Schwachstelle, die auch ZigBee betraf: Der Beitritt läuft nicht mehr über einen allgemein bekannten Schlüssel, sondern über einen gerätespezifischen Code, der als Zahl und QR-Code auf dem Gerät aufgedruckt ist und beim Anlernen eingegeben oder abgescannt wird. Ein Mithören des Anlernvorgangs nützt damit nichts.

Ältere Geräte nach dem früheren S0-Verfahren arbeiten weiter, bringen diesen Schutz aber nicht mit — und belasten das Netz zusätzlich, weil S0 jede Nachricht dreifach überträgt.

Abgrenzung

ZigBee hat die größere Geräteauswahl und die niedrigeren Preise, arbeitet aber auf 2,4 GHz und damit im Streit mit WLAN. Die Wahl zwischen beiden läuft meist auf diesen Gegensatz hinaus: mehr Auswahl gegen ruhigeres Band.

Bluetooth Low Energy braucht kein Gateway, reicht aber kürzer und vermascht nur eingeschränkt.

KNX ist die verdrahtete Lösung und dort überlegen, wo Leitungen verlegt werden können.

Insteon war der nordamerikanische Mitbewerber beider Systeme und ist in Europa nie angekommen.

Matter unterstützt Z-Wave nicht unmittelbar. Die Einbindung läuft, wie bei ZigBee, über eine Bridge, die das Gateway bereitstellt.

Normen

• ITU-T G.9959 – Short range narrow-band digital radiocommunication transceivers, Funkschicht und MedienzugriffZ-Wave Specification – seit 2020 öffentlich zugänglich, Z-Wave Alliance