Z-Wave

Z-Wave ist ein drahtloser Kommunikations-Standard im 868 Mhz-Band (Europa), der von der Firma Sigma Designs und der Z-Wave Alliance, einen Zusammenschluss von mehreren Hundert Herstellern, für die Heimautomatisierung entwickelt wurde. Es existieren mehr als 1000 zertifizierte Produkte verschiedenster Hersteller, die innerhalb eines gemeinsamen Z-Wave-Netzes einsetzbar sind. (Quelle: Wikipedia)

Auf dieser Seite wird das Einrichten eines Z-Wave Systems in Fhem beschrieben.

Z-Wave

Nodes - Controller und Slaves

Ein Z-Wave-Netz besteht aus mindestens 2 Geräten, den sogenannten Nodes (Knoten). Es setzt sich zusammen aus dem steuernden Controller (Zentrale) und min. 1 bis max. 231 gesteuerten Slaves (Geräten).

Home-Id und Node-ID

Innerhalb eines Z-Wave-Netzes gibt es zu 2 Identifikationsnummern zur Kennzeichnung der Netzstruktur:

1. Home-ID: Gemeinsame Identifikationsnummer aller Nodes in einem Netz zur Abgrenzung gegenüber anderen Netzen. Nur Nodes mit der gleichen Home-ID können miteinander kommunizieren.
2. Node-ID: Identifikationsnummer zur eindeutigen Kennzeichnung von jedem Node im Netz.

Die Home-ID ist im Controller (fest) hinterlegt und seine Node-ID ist typischerweise 1. Die Slaves haben zunächst keine Home-ID und Node-ID. Bei der Inklusion (Aufnahme) der Slaves in das Z-Wave-Netz überträgt der Controller seine Home-ID auf die Slaves und weist den Slaves eine eindeutige Node-ID im Netz zu, mit der Sie direkt angesprochen werden.

Besondere Node-ID ist die 255. Eine Nachricht an die Node-ID 255 kann von allen Z-Wave-Nodes ausgewertet werden (Broadcast)

Primär- und Sekundärcontroller

Der Controller, der durch Zuteilung seiner Home-ID auf die Slaves, das Netz aufbaut, ist der Primärcontroller. Grundsätzlich können in einem Netz mehrere Controller existieren, aber immer nur ein Primärcontroller. Weitere in das Netz eingebundene Controller werden zum Sekundärcontroller. Nur der Primärcontroller kann die Inklusion (Einbindung) der Nodes in das Netz durchführen. Hingegen können sowohl Primär- als auch Sekundärcontroller die Exklusion (Ausschluss) eines Nodes aus dem Netz vornehmen.

Acknowledge

Im Z-Wave-Netz werden Nachrichten vom Empänger-Node an den Sender-Node rückbestätigt (Acknowledge). Bei ausbleibendem Acknowledge wiederholt der Sender-Node die Nachricht bis zu 3 (??) mal. Hierdurch wird eine höhere Betriebssicherheit des Z-Wave-Netzes erreicht. Bei Broadcast-Nachrichten an die Node-ID 255 findet keine Rückbestätigung statt.

Vermaschtes Netzwerk mit Routing

Z-Wave nutzt als Netzwerktopologie ein mesh network (vermaschtes Netzwerk), d. h. jeder Node ist mit einem oder mehreren (maximal 4 oder 5??) anderen Nodes verbunden. Das hat den Vorteil, dass eine Nachricht zwischen zwei Nodes übermittelt werden kann, selbst wenn diese nicht direkt miteinander kommunizieren können, z. B. weil sie zu weit voneinander entfernt sind. In diesem Fall wird die Funk-Nachricht über einen oder mehrere „Zwischen-Nodes“ übertragen; dieser Vorgang wird Routing genannt. (Quelle: Wikipedia)

Informationen über das optimale Routing werden bei der Inklusion der Nodes in einer Routing-Tabelle des Primärcontrollers gespeichert. Dies geschieht durch Abfrage des Nodes, welche weiteren Nodes er erreichen kann. Durch örtliche Änderung oder Defekte von Nodes können die in der Routing-Tabelle gespeicherten Informationen fehlerhaft bzw. suboptimal werden. Dies kann sich in Funkkommunikationsproblemen im Netzwerk äußern. Hier kann ein per Software angefordert Neuaufbau der Routingtabelle gegebenenfalls Abhilfe schaffen.

Command Classes

Die Steuerung und Kommunikation der Nodes erfolgt über Command Classes (Kommandoklassen). Die Command Classes sind nach Gerätefunktionen unterteilt.

Alle Geräte haben als gemeinsame kleinste Übereinstimmung die Class Basic.

Z-Wave-Geräte haben im Originalzustand eine bestimmte Konfiguration. Anpassbar an individuelle Bedürfnisse ist die Konfiguration über die Class Configuration.

Durch eine Assoziation wird definiert, welche Geräte miteinander direkt -ohne Umweg über den Controller- kommunizieren können. Auch bei Ausfall des Controllers können diese Geräte ihre gemeinsame Funkton ausüben. Zudem dienen Assoziationen der Geschwindigkeitssteigerung und Funklastreduzierung innerhalb des Netzes. Angelegt werden Assoziationen über die Class Association

Z-Wave in Fhem

Allgemein

Fhem wird fortwährend weiterentwickelt und verbessert. Daher ist es zwingend notwendig, dass Fhem auf dem aktuellsten Stand ist. Dazu nach der Fhem-Installation den Befehl update ausführen und anschließend shutdown restart durchführen. Genauso auch vor Anfragen im Forum die Aktualität von Fhem überprüfen.

Die Nutzung von Z-Wave in Fhem ist für den Anfänger nur mit der standardmäßig eingeschalteten autocreate-Funktion einfach umsetzbar. Die Kenntnis der Fhem-Grundlagen und Durcharbeitung der Anfänger-Lektüren wird im Folgenden vorausgesetzt. Insbesondere ist Heimautomatisierung mit Fhem zu empfehlen, auch wenn es nicht speziell Z-Wave behandelt, so werden doch wesentliche Punkte für ein Verständnis von Fhem vermittelt.

Im Folgendem und auf den Wiki-Seiten der Einzelgeräte werden immer wieder Auszüge aus der fhem.cfg dargestellt. Diese dienen zur Erläuterung und Veranschaulichung. Die Bearbeitung der fhem.cfg sollte -zur Verhinderung von Anfängerfehlern- nach Möglichkeit immer über das "Befehl-Eingabefeld" und die "Objektdetails" erfolgen.

Definition des Gateways / Controllers

Autocreate des Gateways

Fhem kann mit einem Funkgateway Z-Wave-Funk empfangen und senden. Z-Wave-Gateways existieren von verschiedenen Hersteller.

Das Z-Wave-Gateway wird nach dem Anschluss an den Fhem-Rechner beim Fhem-Start zumeist automatisch erkannt und grundlegend durch entsprechende Einträge in der fhem.cfg definiert. Ein manuelles Anlegen des ZWDongle-Moduls oder Eingriff in die fhem.cfg ist normalerweise nicht notwendig und auch nicht ratsam.

Beispiele der automatisch erzeugten define-Zeile in der fhem.cfg:

Aeon Labs Z-Stick an der Fritzbox:

define zwaveStick ZWDongle /dev/ttyUSB0@115200

Folgende Gateways wurden bereits erfolgreich mit Fhem eingesetzt:

• Goodway WD6001 (Rudolf König)
• Vision Z-Wave USB Stick ZU 1401 EU (VIS_ZU1401) an Fritzbox 7390(Benutzer Diskussion:Krikan)
• Razberry in Verbindung mit Raspberry Pi Beitrag
• Aeon Labs Z-Stick

Folgende Gateways sind nicht mit Fhem einsetzbar:

• Merten Funk-USB-Datenschnittstelle CONNECT

Sollte das eigene Gateway hier nicht aufgeführt sein, ist aufgrund der Standardisierung dennoch die Chance für eine erfolgreiche Einbindung des Gateways in Fhem vorhanden. Bitte dies hier oder im Forum entsprechend vermerken.

Besonderheit bei fehlendem Kernelmodul (Fritzbox)

Auf der Fritzbox (und evtl. auch anderen Systemen) muss sichergestellt werden, dass das Kernelmodul für das Gateway geladen wird. Ansonsten scheitert die Einbindung des Gateways in Fhem.

Für den Aeon Labs Z-Stick muss beispielsweise auf der Fritzbox das Kernelmodul cp2101.ko geladen werden. Diese Datei ist bei einer FHEM und FritzBox 7390 Installation über das Image von fhem.de bereits enthalten. Um den Aeon Labs Z-Stick zu verwenden muss dieses Kernelmodul vor oder beim Starten des FHEM Servers geladen sein. Dies erreicht man durch einen Eintrag in der Datei startfhem.

Die entsprechende Zeile kann direkt unterhalb der modprobe Anweisungen eingefügt werden.

insmod $home/lib/cp2101.ko

Nach einem FHEM Neustart sollte das Gateway (der USB Stick) nun erkannt.

homeId und nodeList des Gateways

Zur Definition von Z-Wave Aktoren und Sensoren ist die homeId notwendig.

Die homeId des Gateways kann man mit folgendem Befehl auslesen:

get zwaveStick homeId

Die aktuelle Liste der Z-Wave Knoten, die bereits am Gateway registriert sind, kann mit dem folgendem Befehl ausgelesen werden:

get zwaveStick nodeList

Definition von Geräten / Slaves

Hinzufügen eines neuen Z-Wave Geräts / Inklusion

Zuerst wird das Z-Wave Gateway in den Modus zur Inklusion (zum Aufnehmen) neuer Geräte gesetzt:

set zwaveStick addNode on

Danach muss das Gerät in den Inklusionsmodus (Aufnahmemodus) versetzt werden. Wie dies zu erfolgen hat, ist im Handbuch des Geräte nachzulesen. Typisch sind ein- oder dreimaliges Drücken einer Taste am Gerät oder beim Anlegen der Versorgungsspannung. Durch die Inklusion werden Home-ID und Node-ID im Gerät gespeichert.

Abschließend wird der Inklusionsmodus am Z-Wave Gateway wieder ausgeschaltet:

set zwaveStick addNode off

Erneutes Hinzufügen eines bereits registrierten Z-Wave Geräts

Es können die bereits an dem Z-Wave Gateway registrierten Geräte abgerufen werden:

get zwaveStick nodeList

Es werden die verschiedenen IDs zurückgeliefert, wobei 1 der Z-Wave Stick selbst ist.

Mit dem folgenden Befehl wird das bereits registrierte Gerät mit der ID 2 eingerichtet:

set zwaveStick createNode 2

Assoziation

Devices die die Association unterstützen sind in der Lage, direkt mit anderen Devices zu kommunizieren. Dies können zum einen direkte Befehle sein, als auch Meldungen über den Status und Zustand der Devices.

Zum Beispiel kann damit ein Bewegungsmelder bei entdeckter Bewegung direkt eine Lampe ein oder ausschalten oder die aktuelle Temperatur an den Controller senden.

Devices können mehrere Association Groups haben, die für vom Hersteller vorgesehene unterschiedliche Aktionen definiert sind. Welche das sind, geht aus der jeweiligen Beschreibung hervor.

Damit FHEM auf Statusmeldungen von Sensoren reagieren (und auch Anzeigen) kann, muss der Controller (ZW_Dongle, DeviceID = 1) mit dem jeweiligen Device assoziiert werden.

set associationAdd <associationGroup> <deviceID>

Nahezu alle in Europa erhältlichen Devices unterstützen die Rückmeldung des Status via Association. Daher ist diese Konfiguration in der Regel Pflicht, um ein Device sinnvoll mit FHEM nutzen zu können.

Ausnahmen gibt es in Nordamerika, wo aufgrund von Patentansprüchen einige Hersteller auf die Statusrückmeldungen verzichten. Diese Geräte unterstützen in der Regel die Command Class ASSOCIATION nicht.

Entfernen eines Z-Wave-Geräts / Exklusion

Zuerst wird der Z-Wave Stick in den Modus zur Exklusion (Ausschluss) von Geräten gesetzt:

set zwaveStick removeNode on

Danach muss das Gerät in den Exklusionsmodus (Ausschlussmodus) versetzt werden. Wie dies zu erfolgen hat, ist im Handbuch des Geräte nachzulesen. Durch die Exklusion wird die Home-ID und Node-ID aus dem Gerät gelöscht.

Abschließend wird der Exklusionsmodus am Z-Wave Gateway wieder ausgeschaltet:

set zwaveStick removeNode off

Das Fhem-Device muss nach der Exklusion noch durch delete <name> gelöscht werden.

Geräte-Besonderheiten

Batterie betriebene Geräte

Um die Batterielaufzeit zu erhöhen, legen sich batteriebetriebene Geräte „schlafen“ und wachen in konfigurierbaren Intervallen auf um einen "wakeup Report" zu senden. Daraufhin senden andere Devices ihre bis daher gesammelten Anfragen, die daraufhin beantwortet werden.

Dies wird in FHEM wie folgt konfiguriert.

set wakeupInterval  <nodeId>

ist die Zeit in Sekunden zwischen den Intervallen und <nodeID> der gewünschte Empfänger des wakupReports. In der Regel ist dies wieder der Controller (NodeId=1). Viele Geräte kommen im Auslieferungszustand mit der NodeID 255 (der wakeup report wird als Broadcast an alle erreichbaren Devices gesendet). Hier empfiehlt es sich die Konfiguration auf nodeID 1 zu ändern, da dies robuster ist und zusätzlich noch Batterielaufzeit spart.

Fibaro

Bei den bisher erschienenen Devices wird die Association Group 3 für die Übermittlung von Sensor Werten verwendet.

set associationAdd 3 1

FGSS-001 Rauchmelder

Dieser Rauchmelder scheint einen Falschen Batterie Level (0%) zu senden wenn er Außerhalb des wakeup intervals abgefragt wird.

Workaround: Den Batterie Level nicht direkt via get anfordern sondern per notify auf den wakeup Report anfordern.

FGRM-222 Roller shutter 2

Rolladenaktor

FGK-101 Tür/Fensterkontakt

Der Tür/Fensterkontakt sendet Änderungen am Zustand nur als basicReport (ff oder 00). Der Status (open / closed) wird nur nach explizitem GET gemeldet.

Philio

PHI_PSM02 Z-Wave 4 in 1 Sensor (Tür, Bewegung, Helligkeit, Temperatur)

Multisensor

GE

GE (Model t.b.d)

Dieser Schalter unterstützt keine Statusrückmeldungen.

DüWI/Popp

Geräte von DÜWI liefern bei örtlicher Betätigung kein automatisches Funk-Signal über die Statusänderung. Das liese sich nur durch eine regelmäßige Statusabfrage durch Fhem (at) beheben. Dies ist bei Produkten von Z-wave.me, die zum Teil auf DÜWI-Geräten basieren, durch eine erweiterte Firmware behoben. Die erweiterte Firmware behebt auch andere Firmware-Schwächen der Original-Produkte von DÜWI.

Links

• Grundlageninformation "Z-Wave-Haupt-Anleitung": Wie errichte und betreibe ich ein Z-Wave basiertes Funknetz
• herstellerübergreifende Datenbank mit Bedienungsanleitungen zu Z-Wave-Geräten: Z-Wave Handbücher
• herstellerübergreifende Datenbank mit technischen Informationen zu Z-Wave-Geräten: Z-Wave Device Library
• informative Webseiten zu Z-Wave:
  • http://www.z-wavealliance.org/, englisch
  • http://www.zwaveeurope.com/, englisch
  • http://www.zwave.de/, deutsch

FAQ

...zu ergänzen... (ggfs. noch in separate Wiki-Seite ausgelagert)