Wie zukunftssicher ist ZigBee?
Mit dem Funkstandard ZigBee können Geräte mehrere Jahre mit einer einzigen Batterie betrieben werden. Die kurze Reichweite, das geringe Datenübertragungsvolumen und die lange Batterielaufzeit machen ZigBee zu einem idealen Funkprotokoll für Schloss- und Sicherheitsanlagen. Wir untersuchen, ob ZigBee schon für den praktischen Einsatz geeignet ist.
ZigBee ist ein Schmalband-Funkstandard für batteriebetriebene Gebäudesteuerungen, die mehrere Jahre unterbrechungsfrei funktionieren müssen. Die Funknetzwerktechnologie von ZigBee ist stark an WiFi (umgangssprachlich: WLAN) und Bluetooth angelehnt, aber der softwaregesteuerte Netzwerkbetrieb („Stack“) unterscheidet sich erheblich von den beiden etablierten Standards. So bleiben ZigBee-Geräte im Unterschied zu WiFi und Bluetooth beispielsweise auch im Sleep-Modus aktive Netzwerkteilnehmer. Die Geräte können über sehr lange Zeit in einem Modus mit extrem geringem Stromverbrauch schlafen, beim Auftreten vordefinierter Ereignisse kurz aufwachen und eine Statusmeldung übertragen. Das Hochfahren aus dem Stromsparmodus und die Datenübertragung erfolgen in sehr kurzer Zeit und beanspruchen sehr wenig Energie.
WiFi- und Bluetooth-Netzwerke sind auf wenige Netzwerkknoten beschränkt. Bluetooth unterstützt maximal sieben Knoten pro Netzwerk und bei WiFi sind höchstens 32 Teilnehmer pro Basisstation zulässig. Beide Netzwerke haben nur eine relativ kleine Reichweite. Ein ZigBee-Netzwerk kann dagegen aus mehreren tausend Knoten bestehen, die über große Entfernungen verteilt sind. Die Datenübertragung zwischen den Endpunkten wird von einem Router organisiert. Gerätemeldungen können über mehrere Router („Hops“) geleitet werden, so dass kommunizierende Geräte nicht in unmittelbarer Reichweite stehen müssen. Durch den Einsatz zusätzlicher Router lässt sich die Ausfallsicherheit steigern. Wenn ein Router ausfällt oder den nächsten Hop nicht erreichen kann, erkennt das System den Fehler und leitet die Nachricht über eine Alternativroute. Das ZigBee-Netz verhält sich wie ein vermaschtes Netzwerk, in dem eine einzige defekte Komponente nicht zum Verlust von Nachrichten führen kann. Diese Netzwerktopologie bietet einen relativ hohen Grad an Zuverlässigkeit.
Aktuelle Situation
Durch seine große Reichweite und den geringen Stromverbrauch eignet sich ZigBee ideal für Funkschlösser und Sicherheitssysteme, in denen nur geringe Datenmengen übertragen, aber lange Batterielaufzeiten gewährleistet werden müssen. ZigBee kann beispielsweise Sicherheitstüren mit batteriegespeisten Kartenlesern und Niedrigstromschlössern ansteuern. Die ZigBee-Technologie ist jedoch noch nicht völlig ausgereift. Zwar sind für die Funkhardware und den Mikrocontroller bewährte Komponenten verfügbar, die auch weiter entwickelt werden, aber Stack, Software und Profile befinden sich noch in der Entwicklungsphase.
„ZigBee kann bereits jetzt für Sensornetzwerke eingesetzt werden“, meint Michel Noxfeld, F&E-Manager für Plattform-Interkonnektivität bei ASSA ABLOY, „aber für Sicherheitsanwendungen ist die Technik noch nicht geeignet. Die Hardware und das Funksystem sind gut, da die Sicherheitsfunktionen bereits im Standard definiert sind. Die Stackprotokolle sind jedoch noch nicht wirklich einsatzfertig“, erklärt Noxfeld.
Der Entwicklungsmanager weist darauf hin, dass die Entwickler ihre eigenen Anwendungen auf ZigBee aufsetzen können. „Der Anwendungsentwickler ist selbst für die Auswahl des Verschlüsselungsverfahrens verantwortlich. Wenn er sich dabei auf den IEEE-Teil des ZigBee-Standards beschränken kann, spricht nichts gegen einen Einsatz in der Praxis“.
Offene Standards
Eine Reihe von Unternehmen, darunter auch ASSA ABLOY, haben sich zur ZigBee Alliance zusammengeschlossen. Gemeinsam entwickeln sie den offenen ZigBee-Funkstandard, der die Grundlage für zuverlässige, kostengünstige und stromsparende Überwachungs- und Steuertechnik bildet. Auch wenn die Entwicklung des Standards noch nicht vollständig abgeschlossen ist, können erste Produkte bereits zur Serienreife gebracht werden. Mehrere Unternehmen der ASSA ABLOY Gruppe prüfen, ob Funktechnik, die teilweise oder komplett auf ZigBee basiert, schon produziert werden kann.
„Viele Leute meinen, offene Standards und ein hohes Maß an Sicherheit würden sich widersprechen“, meint Noxfeld. „Da die offenen Standards nicht geheim sind, so die weit verbreitete Auffassung, wären sie auch nicht sicher. Ich sehe das anders. Überlegen Sie nur einmal, wie viele Leute sicheres Internet-Banking machen, obwohl die Standards dafür ebenfalls der Öffentlichkeit zugänglich sind“, erklärt er.
ASSA ABLOY zieht offene Standards gegenüber herstellerspezifischen, nicht veröffentlichten Protokollen vor. „Da viele Unternehmen an ZigBee beteiligt sind, verläuft die Entwicklung schneller als bei konkurrierenden Technologien“, erklärt Noxfeld. „Eine umfangreiche Entwicklergemeinde kann eine größere Anzahl von Stack-Implementierungen und Profilen unterstützen und die Technologie voranbringen.“
„Einige große Unternehmen planen den Einsatz von ZigBee für die Automatisierung, Maschinensteuerung, Beleuchtung, Klimatechnik und Fenster. Das ist OK, aber für den Einsatz als Sicherheitslösung in Schlössern ist ZigBee noch nicht reif“, meint Noxfeld. „Der Standard ist für die Integration in andere Systeme noch zu unfertig und wir werden keine unfertigen Produkte auf den Markt bringen. Momentan sind wir mit der Entwicklung einer zuverlässigen ZigBee-Zutrittskontrolle beschäftigt und müssen noch mehr praktische Erfahrungen sammeln.“ Die Forschungslabors von ASSA ABLOY fertigen gerade Prototypen für ein einfaches Zutrittskontrollenetzwerk an, um die ZigBee-Technologie im Detail zu prüfen. Die Erfahrungen fließen in Entwicklungsrichtlinien und Beratungsleistungen für Unternehmen ein, die ZigBee-Technik planen oder bereits herstellen.
„Als Mitglied der ZigBee Alliance werden wir auf jeden Fall an der Festlegung eines Profils für die Gebäudeautomatisierung mitwirken. Bis zum Verabschieden des Profils kann es noch ein oder anderthalb Jahre dauern, aber wir werden definitiv daran beteiligt sein“, verspricht der Entwicklungsmanager von ASSA ABLOY.
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