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Licht via Bluetooth-Mesh-Netzwerk steuerbar

Autor / Redakteur: Rainer Reiter und Dr. Hugo Pristauz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Eine Lichtsteuerung über ein drahtloses Netzwerk ist schnell eingerichtet. Spezielle Klemmen und ein Bluetooth-Mesh-Netzwerk sind die Grundlage, um Leuchten im privaten Haushalt oder im Gewerbe zu steuern.

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Bluetooth Mesh: Licht in Bürogebäuden oder im privaten Haus lässt sich über eine clevere Klemme steuern, die über ein Mesh-Netzwerk miteinander verbunden sind.
Bluetooth Mesh: Licht in Bürogebäuden oder im privaten Haus lässt sich über eine clevere Klemme steuern, die über ein Mesh-Netzwerk miteinander verbunden sind.
(Bild: ©Wire_man - stock.adobe.com)

Eine drahtgebundene Lichtsteuerung ist nicht nur aufwendig, sondern oftmals auch kostenintensiv. Doch waren sie in den letzten 30 Jahren vorherrschend. Jetzt geht der Trend Richtung funkbasierter Systeme. Während bei einem Neubau eine drahtgebundene Lichtsteuerung überwiegt, so ist bei der Nachrüstung das kabellose im Vorteil.

Das österreichische Unternehmen Bluenetics hat als Ansatz für eine Nachrüstung im Smart Home oder in gewerblichen Gebäuden eine clevere Klemme entwickelt, welche klein genug für den Einbau in Unterputzdosen ist und in Verteilerdosen oder direkt hinter bestehenden Schaltern, Tastern oder Steckdosen Platz findet. Sie misst 36 mm x 30 mm x 13 mm. Der universell kombinierbare Bluenetics Connector eignet sich nicht nur für das private Umfeld, sondern auch in der professionellen Umgebung (Bilder 1 und 2).

Bildergalerie

Kommunikation erfolgt über Bluetooth Mesh

Die Klemme kann schalten, dimmen und Schaltzustände erfassen sowie dezentral steuern. Die drahtlose Kommunikation erfolgt Punkt zu Punkt über den Standard Bluetooth Mesh, wobei die Mesh-Topologie gewährleistet, dass Signale mithilfe einer internen Weiterleitung über unbegrenzte Distanzen übertragen werden. Dabei versorgt sich die Klemme über die Netzspannung von 230 V. Außerdem verfügt sie über einen dimmbaren Ausgang von 230 V (maximal 2 A und 400 W) sowie über zwei Eingänge mit 230 V, um Schaltzustände zu erfassen. Leistung und Energie von angeschlossenen Lasten lassen sich ebenfalls messen.

Speziell für den Einbau hinter einem Schalter, Taster oder Steckdosen sind kleine Baugruppen unumgänglich. Bei dem Bluenetics Connector sind die beiden Versorgungsanschlüsse L und N doppelt ausgeführt. Somit wird der Versorgungsleiter durchgeschleift und eine zusätzliche Dosenklemme wird überflüssig (Bild 3). Die Bluetooth-Klemme lässt sich für ganz unterschiedliche Anwendungen verwenden.

Dazu gehören:

  • Aufrüstung von Designer-Schaltern,
  • fehlende Schalter-Nachrüstung mit batterielosen Schaltern,
  • Szenensteuerung in verschiedenen Räumen,
  • Lichtsteuerung in Büroräumen,
  • intelligente Leuchten mit DALI-Interface,
  • Energieoptimierung (Energie- und Leistungsmessung),
  • zentrales Ein/Ausschalten und Urlaubsmodus oder
  • Fernsteuerung von außer Haus und Sprachsteuerung.

In der Gebäude- und Heimautomatisierung hat sich die Mesh-Technologie als ein einfach aufzubauendes Netzwerk etabliert, da durch eine interne Informationsweiterleitung eine unbegrenzte Reichweite im Netzwerk zwischen Geräten Punkt zu Punkt erreicht werden kann. Ein Mesh-Netzwerk benötigt keine Router-Knoten, die konfiguriert werden müssen.

Viele Mesh-Standards kamen hinzu

Bild 4: 
Über die Jahre haben sich verschiedene Mesh-Standards etabliert. Doch sind sie auch zukunftssicher?
Bild 4: 
Über die Jahre haben sich verschiedene Mesh-Standards etabliert. Doch sind sie auch zukunftssicher?
(Bild: Silvair)

Fällt in einem Mesh-Netzwerk ein weiterleitendes Gerät aus, so wird der Informationsfluss umkonfiguriert [2]. Über die Jahre haben sich Mesh-Standards, wie ZWave, ZigBee, Casambi, Wirepas, WIFI und ganz unterschiedliche Sub-GHz-Mesh-Systeme entwickelt.

Alle genannten Techniken haben sich mehr oder weniger bewährt. Viele große Unternehmen waren skeptisch gegenüber der Zukunftssicherheit der Systeme (Bild 4).

Es sind speziell fünf kritische Aspekte, die als sehr maßgebend für die Zukunftsfähigkeit einer Kommunikationstechnik bewertet werden:

  • Ist die Kommunikationstechnologie interoperabel?
  • Ist die Technologie für große Systeme skalierbar?
  • Ist die Kommunikation zuverlässig?
  • Ist die Kommunikation geschützt gegen Angriffe von außen?
  • Ist die Technologie einfach in der Anwendung?

Speziell bei der Interoperabilität [1] und Skalierbarkeit gibt es bei den genannten Systemen große Bedenken. Deshalb haben sich Thread- und Bluetooth- (SIG-)Mesh als zwei weitere Kommunikationsstandards entwickelt. Im Jahr 2019 haben sich Zumtobel, Osram und LA Lighting für die Bluetooth-Mesh-Technologie entschieden. Die Anzahl von qualifizierten Bluetooth-Mesh-Produkten steigt weiterhin [4].

Welche Vorteile Bluetooth Mesh bietet

Bild 5: Bluetooth Mesh als Kommunikationsstandard erfüllt alle Voraussetzungen, um ein zukunftsfähinges Netzwerk zu sein. Dazu gehören Interoperabilität, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Schutz gegen Angriffe und Anwenderfreundlichkeit.
Bild 5: Bluetooth Mesh als Kommunikationsstandard erfüllt alle Voraussetzungen, um ein zukunftsfähinges Netzwerk zu sein. Dazu gehören Interoperabilität, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Schutz gegen Angriffe und Anwenderfreundlichkeit.
(Bild: Silvair)

Die Spezifikation von Bluetooth- (SIG-)Mesh wurde unter maßgeblichem Einfluss von Silvair zuerst mit Fokus auf Anwendungen für die Beleuchtung entwickelt und im Juli 2017 veröffentlicht. Im Jahr 2019 wurde eine Bluetooth-Smart-Home-Subgroup [3] von Alibaba initiiert mit dem Ziel, Interoperabilität im Smart Home zwischen verschiedenen Geräteherstellern herzustellen.

  • Bluetooth Mesh ist ein offener Standard mit strengem Fokus auf die Interoperabilität, was ein einfaches Zusammenwirken von Geräten verschiedener Hersteller ermöglicht. Das ist bei weitem der wichtigste Aspekt für eine erfolgreiche Funktechnik und ein absolutes Muss für einen Durchbruch zu einem dominanten Standard.
  • Bluetooth Mesh ist ein weltweiter Standard und darf auch von der Gesetzeslage her in jedem Land der Welt betrieben werden.
  • Gesendete Informationen können von Gerät zu Gerät im Netzwerk weitergeleitet werden (Relais-Mechanismus), womit Übertragungsdistanzen praktisch unbegrenzt sind.
  • Die sogenannte Selbstheilung macht Bluetooth-Mesh-Netzwerke sehr zuverlässig und ermöglicht erstmals den Einsatz in großen Kommunikationsnetzwerken. Selbstheilung bedeutet, dass ein Kommunikationspfad automatisch geändert wird, wenn ein weiterleitendes Gerät im Netzwerk ausfällt.
  • Smartphones und Tablets können direkt und ohne Gateway mit einem Bluetooth-Mesh-Netzwerk kommunizieren und Einfluss darauf nehmen. Im Unterschied zu anderen Kommunikationstechniken wie ZWave, ZigBee oder Sub-GHz-Standards erlaubt Bluetooth Mesh eine einfache und sichere Aufnahme und Konfiguration neuer Geräte ins Netzwerk.
  • Bluetooth Mesh definiert dezentrale Steuerungsmöglichkeiten, die auf den einzelnen Geräten ablaufen, womit die Notwendigkeit zusätzlicher zentraler Steuerungsgeräte (Single Point of Failure) obsolet wird.

Steueraufgaben sind dezentral

Die meisten Heimautomatisierungssysteme und Lichtsteuerungen haben eine zentrale Steuereinheit. Fällt diese aus, ist das ganze System nicht mehr bedienbar (Single Point of Failure). Bluetooth Mesh ist so konzipiert, dass sehr viele Steueraufgaben wie Regeln der Helligkeit, präsenzbasierte Lichtsteuerung und diverse Sensorabfragen dezentral ablaufen. Darüber hinaus lassen sich mit einer App benutzerdefinierte Steuersequenzen auf den Bluenetics Connector laden, womit eine zentrale Steuerung vollkommen obsolet wird. Solche Art der Vermeidung eines Single Point of Failures wird vom Endanwender gerade bei Grundfunktionen wie Licht ein/aus präferiert.

Fazit: Eine smarte Klemme, die sich platzsparend hinter Schaltern, Tastern und Steckdosen platzieren lässt, erlaubt eine kostengünstige Nachrüstung für eine Lichtsteuerung. Zusammen mit Bluetooth Mesh als Kommunikationsstandard ist die Grundlage für eine zukunftssichere Anwendung gelegt. Dazu gehören Interoperabilität, Skalierbarkeit, Schutz gegen Angriffe und Zuverlässigkeit. Neben einer dezentralen Steuerung, welche über Bluetooth Mesh definiert wird, bietet der Bluenetics Connector die Möglichkeit, individuelle und benutzerdefinierte Steuersequenzen zu erstellen. Damit vermeidet man sogenannte Single Point of Failures, wie sie bei einer herkömmlichen zentralen Steuerung auftreten.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 8/2020: Sonderteil LED & Optoelektronik (Download PDF)

Referenzen

[1] The Importance of Interoperability in the Smart Home

[2] Bluetooth Mesh Networking FAQs

[3] Join the Smart Home Subgroup and Help Create a Smart Future

[4] Qualified Mesh Products

* Rainer Reiter ist CEO und Mitbegründer und Dr. Hugo Pristauz ist CTO und ebenfalls Mitbegründer von Bluenetics am Standort Wattens in Österreich.

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