Z-Wave
Funk-Maschennetz für Smart Home im Sub-GHz-Band mit strenger Zertifizierung und hoher Marken-Kompatibilität.
Der Controller (Primär-Hub) führt das Netz. Geräte am Strom wie Schalter und Steckdosen leiten weiter (Repeater). Der Batterie-Sensor liegt weit weg, ausserhalb der direkten Reichweite des Hubs.
In 30 Sekunden
Z-Wave ist ein Funkstandard, mit dem Smart-Home-Geräte wie Schalter, Sensoren und Türschlösser drahtlos miteinander reden. Anders als WLAN oder Zigbee funkt Z-Wave in Europa im Sub-GHz-Band (bei 868,4 Megahertz) statt bei 2,4 Gigahertz. Dadurch reicht das Signal weiter, kommt besser durch Wände und gerät kaum mit dem WLAN ins Gehege. Die Geräte bilden ein Maschennetz (jedes netzbetriebene Gerät leitet Befehle weiter), so dass sich das Funknetz über die ganze Wohnung spannt. Weil jeder Hersteller sein Gerät streng zertifizieren lassen muss, funktionieren Produkte verschiedener Marken zuverlässig zusammen.
Stellen Sie sich ein Dorf vor, in dem jedes bewohnte Haus eine Nachricht an das nächste weiterreicht, bis sie ihr Ziel erreicht. Der Dorfvorsteher (der Controller) kennt alle Wege und sagt der Nachricht genau, über welche Häuser sie laufen soll. Weil dieses Dorf auf einer eigenen, ruhigen Funkfrequenz spricht, hört es keiner der lauten Nachbarn (WLAN), und die Rufe tragen weit.
Wo trifft man Z-Wave an?
Beleuchtung
Schaltbare und dimmbare Lampen, Wandschalter und Zwischenstecker lassen sich zentral oder per App steuern. Beispiel: Beim Verlassen des Hauses schaltet ein einziger Tastendruck alle Z-Wave-Lampen aus.
Sicherheit und Zutritt
Türschlösser, Fenster- und Türkontakte sowie Bewegungsmelder melden Zustände und lassen sich fernbedienen. Beispiel: Das Türschloss verriegelt automatisch, sobald der letzte Bewohner das Haus verlässt.
Heizung und Klima
Funk-Heizkörperthermostate und Raumfühler regeln die Temperatur pro Raum. Beispiel: Ein Fensterkontakt meldet das offene Fenster, worauf das Thermostat im selben Raum die Heizung herunterfährt.
Sensorik und Melder
Batteriebetriebene Sensoren für Temperatur, Feuchte, Wasserleckage, Rauch oder CO warnen frühzeitig. Beispiel: Ein Wassermelder unter der Waschmaschine löst bei einem Leck sofort eine Meldung aufs Handy aus.
Rollläden und Beschattung
Motoren für Rollläden, Jalousien und Markisen werden nach Zeitplan oder Sonnenstand gefahren. Beispiel: Im Sommer fahren die Rollläden bei starker Mittagssonne automatisch halb herunter.
Energie- und Verbrauchsmessung
Schaltbare Steckdosen und Zwischenstecker mit Messfunktion zeigen den Stromverbrauch einzelner Geräte an. Beispiel: Der Zwischenstecker meldet, wenn die Waschmaschine fertig ist, weil der Verbrauch auf null fällt.
Gut geeignet für
- Für Smart-Home-Projekte mit Geräten verschiedener Marken, weil die strenge Zertifizierung dafür sorgt, dass zertifizierte Z-Wave-Produkte herstellerübergreifend zusammenarbeiten.
- Für grössere Wohnungen und Häuser, weil das Sub-GHz-Band (868,4 MHz in Europa) mehr Reichweite und bessere Wanddurchdringung bietet als Funk bei 2,4 GHz.
- Für dichte Funkumgebungen mit viel WLAN, weil Z-Wave auf einer eigenen Frequenz funkt und sich WLAN, Bluetooth und Zigbee (alle bei 2,4 GHz) so praktisch nicht in die Quere kommen.
- Für batteriebetriebene Sensoren, weil die niedrige Datenrate und kurze Funkbefehle wenig Strom kosten und Knopfzellen oft jahrelang halten.
- Für Einsteiger ohne Netzwerk-Wissen, weil das Anlernen per Inclusion und die Variante SmartStart (Gerät über QR-Code bzw. DSK schon vor dem Auspacken hinterlegen) den Aufbau vereinfachen.
Weniger geeignet für
- Für Video, Audio-Streaming oder grosse Datenmengen, weil die Datenrate mit maximal 100 kbit/s nur für kurze Steuerbefehle reicht; besser Wi-Fi oder Ethernet.
- Für sehr grosse Installationen mit tausenden Geräten, weil ein klassisches Z-Wave-Netz auf 232 Knoten begrenzt ist; besser Zigbee (deutlich mehr Knoten) oder ein IP-basiertes System.
- Für weitläufige Aussenbereiche oder Anwendungen mit sehr grossen Distanzen, weil das klassische Maschennetz auf bis zu vier Zwischenstationen begrenzt ist; besser Z-Wave Long Range (Sternstruktur, grössere Reichweite) oder eine LPWAN-Technik wie LoRaWAN.
- Für rein quelloffene, lizenzfreie Ökosysteme, weil Z-Wave-Geräte über einen zertifizierten Funk-Chip laufen; besser Zigbee (offene Allianz) oder das IP-basierte Thread/Matter.
Fakten
- Z-Wave (Funkstandard für Heimautomation, ursprünglich von Zensys)
- Z-Wave Alliance; Funkschicht als ITU-T-Empfehlung G.9959; Spezifikation seit 2020 offengelegt
- Sub-GHz, regional verschieden: Europa 868,4 MHz, USA 908,4 MHz
- Maschennetz (Mesh); netzbetriebene Geräte wirken als Repeater, bis zu 4 Hops
- Home-ID kennzeichnet das Netz, Node-ID das Gerät; max. 232 Knoten pro Netz
- Source-Routing: Der Primär-Controller führt die Routing-Tabelle und gibt den Weg vor
- bis 100 kbit/s (nur Steuerbefehle, kein Streaming)
- Security-2-Framework (S2): verschlüsselte Kommunikation und sichere Anlernung über DSK/QR-Code
Im Detail
Warum Sub-GHz statt 2,4 GHz
Z-Wave funkt in Europa bei 868,4 Megahertz, in den USA bei 908,4 Megahertz und damit im sogenannten Sub-GHz-Band (unterhalb von einem Gigahertz). Niedrigere Frequenzen tragen weiter und durchdringen Wände und Decken besser als die 2,4 Gigahertz, die WLAN, Bluetooth und Zigbee nutzen. Der zweite Vorteil ist Ruhe: Weil das 2,4-GHz-Band in vielen Haushalten stark belegt ist, kommt es dort leicht zu Störungen. Z-Wave weicht diesem Gedränge aus und funkt weitgehend ungestört.
Das Maschennetz und wie geroutet wird
Jedes dauerhaft mit Strom versorgte Z-Wave-Gerät (etwa ein Wandschalter oder Zwischenstecker) leitet fremde Befehle weiter und wirkt so als Repeater. Dadurch spannt sich ein Maschennetz auf, in dem eine Nachricht auch dann ankommt, wenn Sender und Empfänger keinen direkten Funkkontakt haben. Ein Befehl darf dabei über bis zu vier Zwischenstationen laufen (vier Hops). Batteriegeräte wie Sensoren leiten in der Regel nicht weiter, um Strom zu sparen.
Anders als bei manchen anderen Funknetzen sucht sich hier nicht jedes Gerät selbst den Weg. Z-Wave arbeitet mit Source-Routing: Der Primär-Controller (die Steuerzentrale) führt eine Routing-Tabelle über alle Geräte und legt fest, über welche Zwischenstationen ein Befehl laufen soll. Der Weg wird der Nachricht also mitgegeben. Jedes Netz wird über eine Home-ID identifiziert, jedes Gerät darin über eine Node-ID. Ein klassisches Netz fasst maximal 232 solcher Knoten.
Geräte anlernen: Inclusion, Exclusion und SmartStart
Ein neues Gerät wird über die Inclusion (Aufnahme ins Netz) angelernt und über die Exclusion wieder entfernt. Klassisch drückt man dazu einen Knopf am Controller und einen am Gerät. Komfortabler ist SmartStart: Dabei scannt man vorab den QR-Code beziehungsweise den DSK (Device Specific Key) des Geräts. Das Gerät nimmt danach selbstständig Verbindung auf, sobald es eingeschaltet wird, ganz ohne weiteres Antippen.
Sicherheit mit S2
Aktuelle Z-Wave-Geräte nutzen das Security-2-Framework (S2). Es verschlüsselt die Funkkommunikation und sorgt für eine sichere Anlernung: Beim Hinzufügen wird über den geräteeigenen DSK ein Schlüssel ausgetauscht, den ein Angreifer nicht einfach mitlesen kann. Damit sind auch sicherheitskritische Geräte wie Türschlösser besser gegen Abhören und Manipulation geschützt als mit älteren, unverschlüsselten Verfahren.
Zertifizierung und Kompatibilität
Wer ein Z-Wave-Gerät verkaufen will, muss es zertifizieren lassen. Diese strenge Prüfung ist ein Hauptgrund dafür, dass sich Produkte verschiedener Marken zuverlässig in einem Netz vertragen. Für Anwender bedeutet das: Ein zertifizierter Sensor der einen Marke arbeitet mit dem Controller einer anderen Marke zusammen, ohne dass man Bastellösungen braucht.
Z-Wave Long Range und die Abgrenzung zu anderen Standards
Neben dem klassischen Maschennetz gibt es Z-Wave Long Range (LR). Es arbeitet mit einer Sternstruktur, bei der Geräte direkt mit dem Controller sprechen, und bietet dafür deutlich grössere Reichweite und noch längere Batterielaufzeiten. Von Zigbee unterscheidet sich Z-Wave vor allem durch das Frequenzband (Zigbee funkt bei 2,4 GHz, gehört zu einer offenen Allianz und erlaubt mehr Knoten). Thread und der geräteübergreifende Standard Matter gehen einen anderen Weg: Sie sind IP-basiert, jedes Gerät ist also direkt Teil des Internetprotokoll-Netzwerks. Z-Wave bleibt dagegen ein eigenständiges Funknetz, das über einen Controller mit dem Heimnetz verbunden wird.