Trends im Umfeld von ‚Smart Buildings‘
sowie Eignungsvergleich funkbasierterÜbertragungsprotokolle
Version 01, 28. Februar 2020
Prof. Dr. Michael Krödel

IGT - Institut für Gebäudetechnologie GmbH
Alte Landstraße 25, D-85521 Ottobrunn
www.igt-institut.de info@igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ......................................................................................................................... 2
1

Einleitung ............................................................................................................................. 3

2

Anwendungsfälle (use cases) in modernen Gebäuden ........................................................... 5
2.1

2.1.1

Raumautomation ......................................................................................................... 7

2.1.2

Anlagenautomation ...................................................................................................... 8

2.2
3

4

5

Klassische Automation ......................................................................................................... 7

Weitere Mehrwertdienste im Smart Building ...................................................................... 9

Anforderungen an funkbasierte Übertragungsprotokolle .....................................................11
3.1

Anforderungen aufgrund der für die Anwendungsfälle erforderlichen Sensoren ............. 11

3.2

Entscheidungskriterien für die Eignungsbeurteilung ......................................................... 13Übersicht über verfügbare, funkbasierte Protokolle .............................................................18
4.1

Frequenzbänder ................................................................................................................. 18

4.2Übersicht möglicher Übertragungsprotokolle .................................................................... 19

4.2.1

5G ............................................................................................................................... 20

4.2.2

Bluetooth / BLE (Bluetooth Low Energy)..................................................................... 21

4.2.3

EnOcean...................................................................................................................... 22

4.2.4

KNX RF ........................................................................................................................ 23

4.2.5

LoRa ............................................................................................................................ 24

4.2.6

NB-IoT ......................................................................................................................... 25

4.2.7

Sigfox .......................................................................................................................... 26

4.2.8

Thread ........................................................................................................................ 27

4.2.9

WLAN .......................................................................................................................... 28

4.2.10

ZigBee / ZGP (ZigBee Green Power) ............................................................................ 29

4.2.11

Z-Wave ....................................................................................................................... 30

Eignungsvergleich der funkbasierten Übertragungsprotokolle .............................................31
5.1

Protokoll-Steckbriefe .......................................................................................................... 31

5.2

Ergebnisübersicht ............................................................................................................... 43

6

Fazit .....................................................................................................................................44

7

Quellen ................................................................................................................................45

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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1Einleitung

Der Grad an Automation in Gebäuden nimmt stetig zu. Dabei verlagert sich ein Teil der Intelligenz inübergeordnete IT-basierte Systeme, die im Vergleich zur bisherigen Raum- und Anlagenautomation
neuartige Mehrwertdienste ermöglichen. Diese wiederum sind auf möglichst viele Daten aus dem
Gebäude angewiesen, welche sich besonders einfach über funkbasierte Übertragungsprotokolle
bereitstellen lassen.
Die zunehmende Verbreitung von Gebäudeautomation wird durch zwei Trends begünstigt. Einerseits
verbreitet sich im privaten Bereich das „Smart Home“ und erzeugt eine entsprechende Erwartungshaltung
in Nichtwohngebäuden, wie z.B. Büros bzw. Verwaltungsgebäuden.
Andererseits steigt die Erkenntnis, dass bei höherer Transparenz bezüglich konkreter Nutzung Gebäude
effizienter betrieben werden können. Zum einen lassen sich Gebäude energieeffizienter betreiben undentsprechende Investitionen amortisieren sich innerhalb weniger Jahre [Becker 2007]. Zum anderen gilt
es, existente Flächen möglichst optimal auszulasten. Dies gilt sowohl für Wechselarbeitsplätze in
Großraumbüros, Besprechungsräume als auch z.B. für Verkaufsflächen. Dabei dürfen die Flächen nichtübermäßig ausgelastet werden, da dies ansonsten zur Verärgerung bei Mitarbeitern bzw. Kunden führt.
Letztlich gewinnt ein weiterer Aspekt an Bedeutung: Mehrwertdienste zur Erhöhung der Attraktivität desArbeitsplatzes bzw. Produktivität der Mitarbeiter.
Aus diesen Gründen schreitet der Wechsel von klassischen Gebäuden hin zu „Smart Buildings“
zunehmend voran. Dabei muss man zunächst in die klassische Raum- und Anlagenautomation einerseits
und in echte Mehrwertdienste intelligenter Gebäude andererseits unterscheiden.
Die klassische Raum- und Anlagenautomation ermöglicht die raumseitige Betriebsoptimierung vonBeleuchtung, Verschattung und Lüftung sowie den bedarfsoptimierten Betrieb der entsprechenden
Anlagentechnik. So wichtig dieser erste Schritt an Automation auch ist, so ist dieser doch relativ „unintelligent“. Bei der Programmierung werden meist einfache Regeln hinterlegt, um eine Inbetriebnahme
zügig durchführen zu können und die Anforderungen an die spätere Betreuung möglichst einfach zu
halten. Auch ist es so, dass ein komplexeres, adaptives oder gar lernendes Verhalten durch die üblichen
Technologien nicht bzw. kaum unterstützt wird. Bei den sogenannten Bus-Systemen ergibt sich das
Gesamtverhalten aus der Kombination von Geräteparametern sowie funktionalen Verknüpfungenzwischen Sensoren und Aktoren. Das ist vermeintlich einfach umzusetzen, ermöglicht aber keine echte
Gebäudeintelligenz. Bei höherem funktionalem Anspruch sind Controller (auch als Server oder DDC1
bezeichnet) erforderlich, die entsprechend programmiert werden. Auch wenn die Art derProgrammierung in der Gebäudeautomation nicht verbindlich festgeschrieben ist, so orientieren sich die
meisten Hersteller an der Norm IEC 61131 - einer Norm zur Programmierung vonspeicherprogrammierbaren Steuerungen, die insbesondere in der Prozessautomation verwendet wird.
Die dort aufgeführten Programmiervarianten erlauben eine freie, kreative Programmierung, aber bei (zu)komplexen Anforderungen wird die Programmierung sehr schnell unübersichtlich und ist somit für eine
Nachbetreuung ungeeignet. Im besten Fall hat man sich für einen Hersteller mit sehr funktionalen

1

Direct Digital Control
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Programm-Bibliotheken entschieden, aber ist damit an den Hersteller gebunden und von dessen
Weiterentwicklung der Bibliotheken abhängig.
Abbildung 1 zeigt die übliche Struktur der Gebäudeautomation mit drei Ebenen. In dieser Abbildung ist
bereits zu sehen, dass ein Teil der „Intelligenz“ von den Bus-Systemen (Feldebene) bzw. den Controllern(Automationsebene) in die Management-Ebene verlagert wird. In dieser Ebene ist klassischerweise die
GLT (Gebäude-Leittechnik) zu finden, die zur Überwachung der Gesamtanlage, Optimierung oder
Steuerung von Betriebsabläufen sowie allgemeiner Visualisierung zuständig ist. Diese ist gemäß ihrer
Historie nicht dafür geeignet, die anstehenden Steuerungsaufgaben zu übernehmen und somit bilden sichderzeit am Markt neue Systeme – hier als BMS (Building Management System) bezeichnet. Im Vergleich
zu klassischen GLT-Systemen erlauben BMS-Systeme die beliebige Programmierung vonGebäudeintelligenz mit modernen IT-Sprachen bzw. -Werkzeugen, beliebige Kopplungen mit anderen ITSystemen wie Raumbuchungssystemen oder Datenbanken, Visualisierungen auch für „normale“ Nutzer
und nicht nur Facility-Manager, standortbezogene Dienste wie z.B. Indoor-Navigation etc. Auch die
intelligente Auswertung von Sensordaten ist ein weiteres Merkmal von BMS-Systemen. So bieten einige
BMS-Systeme bereits verfügbare Werkzeuge der KI (Künstlichen Intelligenz). Dabei besteht schon heute
die Wahl zwischen Cloud-basierten Systemen oder Software zur Installation im eigenen Rechenzentrum.
Ein Großteil der Anforderungen, wie sie später in Kapitel 3 vorgestellt werden, lassen sich nur oderzumindest deutlich besser über IT-basierte BMS-Systeme umsetzen!

Abbildung 1: Ebenen der Gebäudeautomation inklusive Verlagerung der „Intelligenz“

Im Umkehrschluss lassen sich mit einem BMS völlig neue Mehrwertdienste umsetzen. Einen besonderen
Fokus gewinnen alle Aspekte hinsichtlich der Auswertung von Sensordaten und somit ist es erforderlichbzw. sinnvoll, deutlich mehr Sensorinformationen einzubinden, als das aktuell üblich ist. Eines der
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Kernelemente eines echten Smart Building ist die Anforderung der kostengünstigen Einbindung vonSensoren. Parallel zur klassischen kabelbasierten Anbindung steht eine ganze Reihe von funkbasiertenÜbertragungsprotokollen zur Verfügung. Diese haben den Vorteil, dass diese einfach
installiert/nachgerüstet werden können und zudem ortsflexibel/-unabhängig sind. In Bezug auf
funkbasierte Übertragung wird immer wieder die Befürchtung geäußert, dass die elektromagnetische
Belastung („Elektrosmog“) deutlich zunimmt. Das ist aber nicht der Fall. FunkbasierteÜbertragungsprotokolle für Sensoren senden nur wenige Informationen und auch immer nur dann, wennetwas zu übertragen ist. Zudem besteht zu den entsprechenden Komponenten wie Taster,
Präsenzmelder, Fensterkontakt etc. ein deutlicher Abstand. Somit kann die elektromagnetische Belastung
funkbasierter Sensoren im Vergleich zu Dauerstrahlern wie Handy, Bluetooth-Headset, WLAN-Access
Point und Netzteile vernachlässigt werden.
Die kabelbasierte Anbindung hat ihre Berechtigung und wird nicht komplett verdrängt werden; paralleldazu gewinnt die Integration von funkbasierten Komponenten an Bedeutung. Insbesondere dort, wo
Komponenten sich z.B. in Möbeln oder ortsveränderlichen Objekten befinden, ist eine andersartige
Anbindung gar nicht möglich. Somit zeichnet sich deutlich ab, dass in modernen Gebäuden auch
funkbasierte Übertragungsprotokolle eingesetzt werden – insbesondere in Bezug auf die Integration von
Sensoren.
Dieses Dokument befasst sich im weiteren Verlauf mit einem Überblick über mögliche funkbasierteÜbertragungsprotokolle in modernen Gebäuden. Im Kapitel 2 werden zunächst mögliche
Anwendungsfälle (use cases) moderner Gebäude beschrieben. Im Kapitel 3 werden diese in
Anforderungen an funkbasierte Übertragungsprotokolle überführt. Die üblichen, derzeit am Marktverfügbaren Protokolle werden in Kapitel 4 beschrieben, um diese im folgenden Kapitel 5 mit den
Anforderungen zu vergleichen und abzuleiten, für welche Anwendungsbereiche welche funkbasierten
Protokolle zum Einsatz kommen können bzw. sollten.

2

Anwendungsfälle (use cases) in modernen Gebäuden

Nur mit Gebäudeautomation lassen sich Gebäude bedarfsorientiert betreiben und tragen wesentlich zurübergeordneten Energieeffizienz bei. Im Detail unterscheidet man Aspekte der Raum- und derAnlagenautomation. Übergeordnet entwickeln sich derzeit „Smart Building“ Mehrwertdienste. Diese
Dienste verfolgen nicht nur die weitere Auswertung von Sensordaten hinsichtlich zusätzlicher
Energieeffizienz und Optimierung der Flächennutzung, sondern tragen auch zur Steigerung derAttraktivität des Arbeitsplatzes sowie der Produktivität der Mitarbeiter bei. Auf Basis der Anwendungsfälle
kann direkt auf die erforderlichen Sensoren übergeleitet werden – diese Überleitung ist für den späteren
Verlauf wichtig, um von den Anforderungen an die Sensoren auf die Eignung des Übertragungsprotokolls
zu schließen.
Um in späteren Kapiteln die funkbasierten Übertragungsprotokolle miteinander vergleichen zu können,
muss aufgeführt werden, welche Anwendungsfälle (use cases) ermöglicht werden sollen. Denn erst wenn
man festlegt, was zu automatisieren ist, kann bewertet werden, wie angemessen oder nicht diemöglichen Protokolle sind. Dabei werden im Folgenden die Anforderungen der klassischen Raum- undAnlagenautomation einerseits und die von modernen „Smart Buildings“ andererseits aufgeführt.
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In den folgenden Tabellen wird in einer weiteren Spalte die Art der Sensoren aufgeführt, die zur
Umsetzung des Anwendungsfalls erforderlich sind.
Erforderliche Aktoren werden nicht aufgeführt, weil diese bei Nutzung eines funkbasierten Protokolls
geringere Anforderungen an das Übertragungsprotokoll stellen. Auch ist es möglich, dass die Anbindung
der Aktorik kabelgebunden durchgeführt wird, da die meisten Aktoren an eine kabelgebundene
Spannungsversorgung angeschlossen werden müssen.

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2.1

Klassische Automation

Im Bereich der klassischen Automation sind im Folgenden die wesentlichen Anwendungsfälle aufgeführt.
Die Anwendungsfälle orientieren sich bei der Raumautomation am Fragebogen „Planungsprozess fürSmart Home & Smart Office“ [IGT 2015] und bei der Anlagenautomation an der DIN EN 15232 [EN15232
2017].
2.1.1

Raumautomation
Anwendungsfall

Die Raumtemperatur wird raumindividuell unter
Berücksichtigung von Präsenz sowie Fensterzuständen
geregelt.
Die Lüftung und Kühlung wird raumindividuell unter
Berücksichtigung von Lufttemperatur, Luftqualität (CO2und/oder VOC) und Luftfeuchte geregelt. Gegebenenfalls wird
auch Präsenz bzw. der Zustand der Fenster berücksichtigt.
Die Beleuchtung wird raumindividuell gedimmt. Taster zur
Bedienung steuern je nach Bedarf einzelne Leuchten oderkomplette Lichtszenen für mehrere Leuchten. Zusätzlich kannfür die Beleuchtungsstärke die Präsenz bzw. die vorhandene
Tageslichthelligkeit berücksichtigt werden.
Jalousien/Rollläden von Terrassen- oder Balkontüren fahren
nicht, solange die jeweilige Tür nicht ordnungsgemäßverschlossen ist (Aussperrschutz).
Die Rollläden/Jalousien fahren in Abhängigkeit der
Raumtemperatur (sommerlicher Wärmeschutz). Dabei kanndas bei Präsenz von Personen gesperrt werden.
Jalousien und Markisen werden im Falle von Sturm oderstarkem Wind ein-/hochgefahren.
Fenster und Türen werden in Bezug auf Einbruch/ unbefugtem
Zutritt überwacht. Ebenso können Bewegungen im
Außenbereich erfasst werden und zur
Beleuchtung/Alarmierung führen.
Die Position von Tastern für die Beleuchtung und Verschattung
ist ortsveränderlich, um diese bei Veränderungen von z.B.
Trennwänden oder Möbeln entsprechend anpassen zu können.
Zudem sind einige Taster auch als Handsender verfügbar.
Der Energiebedarf von einzelnen Verbrauchern (d.h. nicht nur
des kompletten Stromkreises) wird erfasst.

Erforderliche Sensorik
Raumtemperatursensoren bzw.
Raumtemperaturregler,
Präsenzmelder, Fensterkontakte,
Drehgriffsensoren
Raumtemperatursensor,
Luftqualitätssensor,
Luftfeuchtesensor, Präsenzmelder,
Fensterkontakte, Drehgriffsensoren
Taster, Helligkeitssensoren,
Präsenzmelder

Taster, Drehgriffsensoren,(Fensterkontakte)
Temperatursensoren,
Präsenzmelder
Wetterstation (Windsensor)
Fensterkontakte, AußenBewegungsmelder

Taster, Handsender

Stromzähler

Tabelle 1: Anwendungsfälle im Bereich der Raumautomation

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2.1.2

Anlagenautomation
Anwendungsfall
Die Raumtemperaturregelung bei sowohl Heizung als auch
Kühlung erfolgt präsenzabhängig und raumindividuell.
Die Wärmeversorgung der Heizkreise bzw. Kälteversorgung derKältekreise erfolgt bedarfsabhängig und unter Berücksichtigung
zukünftiger Lasten (inklusive Aspekte für Vorlauftemperaturen
und Drehzahlregelungen der Pumpen).
Bei mehreren Wärme- bzw. Kälteerzeugern werden diesegemäß einer lastorientierten Prioritätensteuerung betrieben.
Heizungs- und Kälteanlagen werden gegenseitig verriegelt(Vermeidung eines gleichzeitigen Betriebs).
Die Lüftung wird bedarfsgeführt betrieben (basierend auf
Luftqualität und Luftfeuchte).
In Bezug auf die Wärmerückgewinnung bei Lüftungsanlagenwerden Vereisungen und Überhitzungen erkannt bzw.
vermieden.
Fehlermeldungen, Betriebsstunden und Energieverbräuche
werden protokolliert und ausgewertet.
Im Falle von aufgeheizten Gebäuden im Sommer undnächtlicher kühler Außenluft wird eine Nachlüftung zur
günstigen Gebäudekühlung verwendet.

Erforderliche Sensorik
Raumtemperatursensor bzw.
Raumtemperaturregler,
Präsenzmelder
Temperatursensoren,
Drucksensoren- (keine besondere Sensorik
erforderlich)- (keine besondere Sensorik
erforderlich)
Luftqualitätssensor,
Luftfeuchtesensor,
Drucksensoren,
Temperatursensoren
Diverse Analog-/
Binäreingangssensoren,
Strom- und Wasserzähler
Raumtemperatursensor,
Außentemperatursensor (bzw.
Wetterstation)

Tabelle 2: Anwendungsfälle im Bereich der Anlagenautomation

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2.2

Weitere Mehrwertdienste im Smart Building

Wie zuvor erwähnt, entwickeln sich derzeit Anwendungsfälle, die deutlich über die bisher üblichen
Anwendungen der Raum- und Anlagenautomation hinausgehen. Dies ist möglich, da die Verarbeitung der
Sensorinformationen über IT-basierte BMS-Systeme erfolgt. Der Nutzen der entsprechenden Dienste
gliedert sich in unterschiedliche Bereiche. Zum einen lassen sich Gebäude energieeffizienter betreiben
und eine Investition amortisiert sich meist innerhalb von wenigen Jahren. Zum anderen stellen die
Anwendungsfälle einen Mehrwert in Bezug auf die Attraktivität des Arbeitsplatzes dar und sind somit ein
wichtiger Aspekte bei der Mitarbeitergewinnung bzw. –bindung. Aber auch beim existenten
Personalbestand können diese Anwendungsfälle zu einer höheren Mitarbeiterproduktivität führen – ein
Aspekt der monetär schwer zu bewerten ist, aber schnell eine höhere finanzielle Auswirkung als die desenergetischen Einsparpotenzials haben kann.
Die im Folgenden erwähnten Anwendungsfälle orientieren sich an einer Checkliste des Institut fürGebäudetechnologie [IGT 2019] sowie einer akademischen Abschlussarbeit von Dominik Hüttemann ander Hochschule Rosenheim [Hüttemann 2020]. Dabei wird an dieser Stelle betont, dass die folgenden
Anwendungsfälle lediglich ein Extrakt der Möglichkeiten „intelligenter“ Gebäude sind. Viele
Anwendungsfälle sind derzeit noch in der Entwicklung bzw. setzen sich erst langsam am Markt durch.
Somit sind anschließend zumindest diejenigen Anwendungsfälle aufgeführt, deren Nutzen schon heutegreifbar und deren einfache und stabile Umsetzung schon heute technisch möglich ist.
Anwendungsfall
Besprechungsräume können per Smartphone dynamischgebucht und wieder freigegeben werden. Dabei kann einvorzeitiges Ende von Besprechungen erkannt werden, welches
wiederum einen noch gebuchten Raum wieder freigibt. Das
gemäß Raumbuchung anstehende Ende eines Termins wird
angezeigt.
In einem Großraumbüro können einzelne Arbeitsplätze gebucht
werden; ebenso werden Nicht-Belegungen erkannt und führen
zur Freigabe des gebuchten Arbeitsplatzes.
Sensoren zur Erkennung von Anwesenheit von Personen
ermöglichen Nutzungsanalysen von Besprechungsräumen,
Erkennung von Ressourcenauslastung/ Nutzung, dem
Aufzeichnen von No-shows in Besprechungsräumen, derVerwaltung von Raumauslastungen sowie der Verwaltung vonz.B. Catering- Dienste.
Durch die Analyse von Auslastungsmustern können
Mitarbeitern bestimmte Arbeitsplätze zugewiesen werden. Die
ungenutzten Gebäudebereiche können anschließend in einen
Energiesparmodus versetzt werden. Kosten für Heizung,
Kühlung und Elektrizität werden dadurch verringert.
Die Belegung im Gebäude kann graphisch über "Heat Maps"oder "Moving Trails" angezeigt werden. So kann ermittelt
werden, wie viele Personen sich wo aufhalten. Das Verständnis
dazu hilft bei der Flächenplanung (z.B. Raumgrößen, Position
von Besprechungszonen etc.).

Erforderliche Sensorik

Präsenzmelder (bzw.
Aktivitätenzähler)

Tisch-/Stuhl-Belegungssensoren

Präsenzmelder bzw.
Aktivitätenzähler, BodenDrucksensoren

Präsenzmelder bzw.
Aktivitätenzähler, BodenDrucksensoren, Tisch-/StuhlBelegungssensoren
Präsenzmelder bzw.
Aktivitätenzähler, BodenDrucksensoren

Tabelle 3: Weitere Anwendungsfälle im Bereich von Smart Buildings (Teil 1)
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Anwendungsfall
Lichtfarben können tagesabhängig geregelt werden, um den
Biorhythmus der Mitarbeiter zu unterstützen (Human CentricLighting - HCL). Manuell kann dies jederzeit übersteuert werden- d.h. über Lichtszenentaster oder Smartphone können zu jeder
Zeit Lichtintensität und -farbe verändert werden.
Mitarbeiter und Gäste können durch das Gebäude navigiert
werden. Das kann genutzt werden, um schneller zu einem
gewünschten Besprechungsraum etc. zu finden, was bei
wechselnden Standorten hilfreich ist. Oder es können
projektbezogene Teams zusammengeführt werden bzw.
Stockwerke stückweise belegt werden (um andere Teile desGebäudes ungenutzt zu lassen und diese nicht konditionierenzu müssen). Nutzer können Präferenzen eingeben (z.B. Nähe zu
Treppenhaus, Kollegen, Besprechungsecken oder barrierefreier
Zugang).
Die Kantinenauslastung (d.h. voraussichtliche Wartezeit bei derEssensausgabe) wird erfasst und kann vom Arbeitsplatz aus
eingesehen werden.
Die Nutzungsintensität von Toiletten wird erfasst, um die
Reinigungsintervalle anzupassen.
Aufzüge, Kaffeemaschinen etc. melden Ihre Nutzungsdaten
bzw. Betriebszustände, um Serviceintervalle anzupassen.
Sensordaten in der Gebäudetechnik (wie Pumpen,
Kehrmaschinen, Heizungsanlagen und Aufzüge) überwachen
das Verhalten und melden Unregelmäßigkeiten. Dadurch wird
die Genauigkeit bei der Fehlersuche verbessert undStörungswahrscheinlichkeiten können vorhergesagt werden.
Bewegliche Gegenstände werden überwacht und bei Änderungdes Zustandes/der Lage erkannt. Im Falle von Diebstahl kanndies direkt an das Personal des Gebäudes gemeldet werden.
Rettungskräfte erhalten im Fall von erforderlichen
Evakuierungen (z.B. Brand) die Information, wo sich noch
Personen im Gebäude aufhalten.

Erforderliche Komponenten
Taster, Helligkeitssensoren,
Präsenzmelder- (keine besondere Sensorik
erforderlich; Nutzung vonSmartphones zur Erfassung von
gebäudeseitig installierten BeaconSender bzw. Empfangsfeldstärken
von WLAN Access Points)

Präsenzmelder bzw.
Aktivitätenzähler, BodenDrucksensoren
Türkontakte; alternativ Sensoren
für Handtuch-/Seifenspender bzw.
Wasserhahn
Idealerweise Anbindung der
geräteseitigen Informationen überSchnittstellen – ansonsten diverse
Analog-/Binäreingangssensoren
Idealerweise Anbindung der
geräteseitigen Informationen überSchnittstellen – ansonsten diverse
Analog-/Binäreingangssensoren
Erschütterungssensor (z.B. Versandvon Informationen bei Bewegung);
alternativ regelmäßige Übertragungeines Signals, dessen Position im
Gebäude geortet werden kann.
Präsenzmelder bzw.
Aktivitätenzähler, BodenDrucksensoren

Tabelle 4: Weitere Anwendungsfälle im Bereich von Smart Buildings (Teil 2)

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Anforderungen an funkbasierte Übertragungsprotokolle

Die Anforderungen an funkbasierte Übertragungsprotokolle ergeben sich zunächst aus den Anforderungenaufgrund der Smart-Building-Anwendungsfälle. Immerhin gilt es, diese umzusetzen. Zusätzlich ergebensich weitere Anforderungen in Bezug auf den Aufbau nötiger Infrastruktur sowie dessen Betrieb bzw.
Wartung. In diesem Kapitel werden alle diese Anforderungen zusammengefasst, um in folgenden Kapiteln
die marktverfügbaren Protokolle gegenüber diesen Anforderungen zu bewerten.

3.1

Anforderungen aufgrund der für die Anwendungsfälle erforderlichen Sensoren

Im vorhergehenden Kapitel wurde von den Anwendungsfällen auf erforderliche Sensoren übergeleitet.
Diese sind zusammengefasst in Tabelle 5 aufgeführt. Beim Vergleich zu den Tabellen 1 bis 4 fällt auf, dassdie meisten Sensoren für unterschiedliche Anwendungsfälle erforderlich sind. Deshalb ergibt sichfolgendes Bild: Sollte einer der aufgeführten Sensoren nicht verfügbar sein oder sich nicht hochwertig in
die Gebäudeautomation integrieren lassen, sind unmittelbar mehrere Anwendungsfälle beeinträchtigt.
Im Umkehrschluss kann gefolgert werden, dass ein entsprechendes Übertragungsprotokoll alle diese
Sensoren unterstützen muss und entsprechende Sensoren marktverfügbar sein müssen.
In drei weiteren Spalten von Tabelle 5 ist zusätzlich eine Einteilung bzgl. erforderlichem Datenvolumen,
Sendehäufigkeit und Zeitkritikalität aufgeführt. Diese Informationen sind wichtig, da diese später bei den
Anforderungen an die Übertragungsprotokolle berücksichtigt werden müssen.
Die Bewertung in Gering/Mittel/Hoch erfolgt nach dem folgenden Schema:
Datenvolumen
Wie groß ist die Datenmenge, die zur Übertragung gesendet werden muss?
§ Gering
1 – 10 Byte
§ Mittel
11 – 100 Byte
§ Hoch101 – 1000 Byte
§ Sehr hoch> 1000 Byte
Sendehäufigkeit
Wie oft muss realistisch ein Datenpaket im Durchschnitt gesendet werden?
§ Gering
weniger als 1x pro Viertelstunde§ Mittelmehr als 1x pro Viertelstunde§ Hochmehr als 1x pro Minute§ Sehr hochmehr als 10x pro MinuteFunkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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Zeitkritikalität
Wie schnell müssen die zu übermittelnden Informationen übertragen werden? Je höher die Anforderung
desto geringer müssen die durch das Protokoll erzeugten Latenzzeiten sein.
§ Gering
innerhalb von 1 – 60 Minuten§ Mittel
innerhalb von 1 – 60 Sekunden§ Hochschneller als 1 Sekunde§ Sehr hochschneller als 0,1 Sekunde

SensorAktivitätenzähler
Außen-Bewegungsmelder
Außentemperatursensor
Boden-Drucksensor

Datenvolumen
GeringGeringGeringGeringDrehgriffsensor
Drucksensor
Erschütterungssensor
Helligkeitssensor
Luftfeuchtesensor
Luftqualitätssensor
Präsenzmelder
Raumtemperatursensor
bzw. Raumtemperaturregler
Sensor für Handtuch-/
Seifenspender bzw.
Wasserhahn
Strom- und Wasserzähler

GeringGeringGeringGeringGeringGeringGeringSendehäufigkeit
MittelMittelGeringHoch
Je nach zu
erfassendem
Sensorwert
Hoch
MittelMittelMittelMittelMittelMittelGeringMittelMittelGeringMittelGeringMittelGeringTaster, Handsender

GeringHoch

Temperatursensor
Tür- und Fensterkontakt
Wetterstation (Wind,
Temperatur)

GeringGeringMittelHoch

GeringHoch (dabei an derGrenze zu „sehr hoch“)
MittelHoch

MittelMittelMittelDiverse Analog-/
Binäreingangssensor

GeringZeitkritikalität
MittelHoch
MittelHoch
Je nach zu
erfassendem
Sensorwert
Hoch
MittelMittelHoch
MittelMittelHoch

Tabelle 5: Zusammenfassung erforderlicher Sensoren

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3.2

Entscheidungskriterien für die Eignungsbeurteilung

In Bezug auf funkbasierte Übertragungsprotokolle ergeben sich in Summe die folgenden, inalphabetischer Reihenfolge aufgeführten und erläuterten Kriterien.
Dabei erfolgt jegliche Betrachtung im Hinblick auf die in Kapitel 2 aufgeführten Anwendungsfälle – d.h.
dem zu erwartenden Umfeld von Smart Buildings.
Eignung des Frequenzbandes (K.O. – Kriterium)
In vorhergehenden Kapiteln wurden die Anforderungen an das Übertragungsprotokoll aufgrund der für
die Anwendungsfälle erforderlichen Sensoren ermittelt (siehe Tabelle 5). D.h. die Darstellung in Kapitel 2
der Anforderungen der Raum- und Anlagenautomation einerseits der Mehrwertdienste andererseits
hatte den Zweck, die dazu erforderlichen Sensoren zu bestimmen. Die Darstellung in Kapitel 3.1 hatte
wiederum den Zweck, die Übertragungsanforderungen dieser Sensoren zusammenzufassen. In Summe
war es damit möglich, die Übertragungsanforderungen festzustellen.
Dabei hat sich gezeigt, dass zur Einbindung von Sensoren keine hohe Datenübertragungsrate erforderlich
ist. Zum einen ist das zu übermittelnde Datenvolumen (d.h. Paketgröße eines Datentelegrams)überwiegend sehr gering und selbst im Fall von „hoher Sendehäufigkeit“ handelt es sich um maximal 10
Datenpakete pro Minute. Somit sollten die vom Übermittlungsprotokoll verwendeten Paketgrößen
entsprechend klein sein, da ungenutzte Übertragungskapazitäten zur Ineffizienz beitragen würden.
Die Übertragungsdauer ist in den meisten Fällen unkritisch. Lediglich dort, wo eine unmittelbare
Ausführung vom Menschen erwartet wird (nach z.B. Betätigen eines Tasters, ein Raum betreten oder eine
Tür bzw. ein Fenster geöffnet wird), muss die Latenzzeit für die Übertragung deutlich unter 1 Sekundeliegen; dabei nicht zwingenderweise unter 0,1 Sekunden.
In Bezug auf erforderliche Reichweiten muss beachtet werden, dass in vielen Fällen Sensordaten zunächst
zu einem Controller oder Gateway geführt werden, da dort (Automationsebene) bzw. im übergeordneten
BMS (Managementebene) die Signalverarbeitung stattfindet (siehe Abbildung 1). Da Sensoren verteilt im
Gebäude positioniert werden, muss in den meisten Fällen eine entsprechende Infrastruktur an z.B.
kabelbasierten Antennen installiert werden, um alle Sensorsignal in der Nähe dieser Antenne„einzufangen“. Je größer die funkbasierte Übertragungsreichweite, desto größer ist diese „Catchment
Area“ und desto geringer die Anzahl der erforderlichen Antennen und der damit verbundene Aufwandzum Aufbau der Infrastruktur.
Letztlich ist die erforderliche Sendeleistung ein weiteres Kriterium. Da für die meisten Sensoren einekabelbasierte Spannungsversorgung hinderlich wäre, sind die üblichen Varianten Batteriebetrieb und
Eigenenergieversorgung. Dazu ist es nötig, auf alle Übertragungsanforderungen zu verzichten, die für den
konkreten Anwendungsfall nicht erforderlich ist. Das wiederholt die Anforderung nach kleinen
Datenpaketen (gemäß dem vorigen Kapitel ca. 10 Bytes), Latenzzeiten im Bereich von 0,1 Sekunde bis
1 Sekunde und anwendungstypisch erforderlichen Reichweiten. Für letztere zeigt sich in der Praxis, dass
Reichweiten nicht unter 10 m liegen sollten und bei Gebäude mit üblicher Sensordichte 100 m nichtüberschreiten.

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Für die Eignungsbewertung des Frequenzbands in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung
festgelegt:§ Gering: Hohe Datenrate (z.B. im Mbit/s-Bereich) oder zu geringe bzw. zu hohe Reichweiten(z.B. < 10 m bzw. > mehrere 100 m) und damit sich in Konsequenz ergebender hoher Energiebedarf;
alternativ Latenzzeiten > 1 s;
§ Mittel: Geringe Datenrate und mögliche Paketgrößen bis maximal 100 Bytes und Latenzzeiten vonmaximal 1 s, besser im Bereich von 0,1 s, Reichweiten im Bereich von 10 m bis 100 m; dabei hoher
Eigenenergieverbrauch.
§ Hoch: Geringe Datenrate und mögliche Paketgrößen bis maximal 100 Bytes und Latenzzeiten vonmaximal 1 s, besser im Bereich von 0,1 s, Reichweiten im Bereich von 10 m bis 100 m.

HinweisBeim Kriterium „Eignung des Frequenzbandes“ handelt es sich um ein K.O.-Kriterium.
D.h. ein Übertragungsprotokoll wird später im Rahmen der ganzheitlichen Eignungsbewertung keine
bessere Bewertung erhalten, als es in Bezug auf die Eignungsbewertung des Frequenzbandes erhalten
hat.
Denn wenn bereits die grundlegenden Übertragungskriterien nicht oder nur eingeschränkt erfüllt
werden, kann sich kein positiveres Gesamtbild ergeben.

Herstellerabhängigkeit
Im Interesse des Nutzers sollte möglichst keine Herstellerabhängigkeit bei gleichzeitiger Verwendung vonProdukten unterschiedlicher Hersteller gegeben sein.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Gering (0 Punkte): Das Übertragungsprotokoll ist standardisiert und alle zur Produktion von Sensoren
erforderlichen Komponenten sind von unterschiedlichen Herstellern verfügbar. Einsatzfertige
Sensoren werden von unterschiedlichen Herstellern angeboten und sind untereinander interoperabel.
§ Mittel (1 Punkt): Das Übertragungsprotokoll ist standardisiert, aber zumindest einige zur Produktion
von Sensoren erforderliche Komponenten müssen von einem Hersteller bezogen werden.
Einsatzfertige Sensoren werden von unterschiedlichen Herstellern angeboten und sind untereinanderinteroperabel. Alternativ: Abhängigkeit von kostenpflichtigen Betreiberdiensten.
§ Hoch (2 Punkte): Das Übertragungsprotokoll ist nicht standardisiert bzw. einsatzfertige Sensoren sind
nur von einem Hersteller verfügbar. Eine Interoperabilität ist nicht oder nur eingeschränkt vorhanden.

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Infrastruktur
In Smart Buildings ist es üblich, dass die zu steuernden Geräte bzw. Aktoren in eine übergeordnete
Steuerung eingebunden werden – sei es ein Controller oder eine Anbindung über Gateways an IP-basierte
Steuerungen (siehe auch Abbildung 1). Da die Reichweite von funkbasierten Sensoren begrenzt ist,bestehen unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die Infrastruktur.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Infrastruktur und/oder Mesh (jeweils 1 Punkt): Das Gebäude muss über eine Infrastruktur wie z.B.
kabelseitig vernetzten Antennen bzw. Gateways verfügen. Über diese Antennen/Gateways werden die
Datenpakte auf ein kabelgebundenes Protokoll umgewandelt und so gebäudeübergreifend
zusammengeführt bzw. weitergeleitet. Alternativ erlaubt das Funkprotokoll die Bildung einervermaschten Kommunikation zwischen den Komponenten unter sich – d.h. Weiterreichung vonDatentelegrammen über Zwischenknoten (Zwischenkomponenten). Dabei ist zu beachten, dass diese
Zwischenknoten einen erhöhten Energiebedarf haben und somit an eine Spannungsversorgung
angeschlossen sein sollten.
§ Keine eigene Infrastruktur (2 Punkte): Die Übertragungs-Reichweite des Funksignals ist sehr hoch und
erfordert keine aufwendige gebäudeseitige Infrastruktur. Diese Variante hat insbesondere dannVorteile, wenn eine geringe Dichte an Sensoren installiert wird, für die der Aufbau einer Infrastruktur
einen verhältnismäßig hohen Aufwand erzeugen würde.
Integrationsfähigkeit
Im Umfeld von Smart Buildings ist es üblicherweise erforderlich, die Sensoren in übergeordnete Systeme(Controller, DDC etc.) einzubinden oder über Gateways in andere Protokolle zu überführen. Dies schließt
explizit die Überführung auf IP-basierte Protokolle ein, sofern die Sensoren nicht direkt IP-fähig sind.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Gering (0 Punkte): Keine bzw. kaum Schnittstellen von marktüblichen Controller-Herstellern bzw.
keine/kaum Gateways.
§ Mittel (1 Punkt): Einige wenige Schnittstellen von marktüblichen Controller-Herstellern bzw. einige
wenige Gateways. Einige wenige Kopplungen in der Praxis vorhanden. Alternativ: IP-basierter„Umweg“ zur Kopplung nötig (d.h. auch erhöhte Latenzzeiten).
§ Hoch (2 Punkte): Breite Unterstützung des Protokolls von marktüblichen Controller-Herstellern sowie
Verfügbarkeit entsprechender Gateways von mehreren Herstellern. Nachweisliche Referenzprojekte inder Praxis vorhanden.

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Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Aufgrund der Anwendungsfälle des Smart Buildings wurden in Tabelle 5 die erforderlichen Sensoren
zusammengefasst. In dieser Beziehung ist nun zu unterscheiden, ob diese Sensoren verfügbar sind (d.h.
als kommerzielle Komponente bestellbar und über Datenblatt/Artikelnummer von einem Hersteller
hinsichtlich Gewährleistung/Reparatur unterstützt).
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Gering (0 Punkte): Die für ein Smart Building erforderlichen Sensoren sind nur rudimentär als
bestellbare Komponente verfügbar.
§ Mittel (1 Punkt): Von den für ein Smart Building erforderlichen Sensoren zumindest ein großer Teil als
bestellbare Komponente verfügbar.
§ Hoch (2 Punkte): Von den für ein Smart Building erforderlichen Sensoren sind alle (bzw. fast alle) als
bestellbare Komponente verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Die Praxis zeigt, dass es im Fall von Fehlverhalten der Automation wichtig ist, die per Funk übertragenen
Daten analysieren zu können. Dazu sind Mess- und Prüfgeräte samt Dokumentation zur
Anwendung/Bedienung erforderlich.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Gering (0 Punkte): Es sind keine Messungen und Überprüfungen möglich (Mangel an Mess- undPrüfgeräten bzw. fehlender Dokumentation zur Anwendung).
§ Mittel (1 Punkt): Messungen und Überprüfungen sind möglich. Die dazu erforderlichen Mess- undPrüfgeräte sind dabei entweder teuer oder kompliziert zu bedienen. Ein einfacher, unkomplizierter
Einsatz ist nicht gegeben.
§ Hoch (2 Punkte): Es stehen einfache Mess- und Prüfgeräte sowie anwendbare Tutorials zum Umgang
den Geräten zur Verfügung.
Spannungsversorgung
Der Vorteil funkbasierter Sensoren liegt darin, diese ortsveränderlich positionieren zu können. Dazu ist
eine externe kabelgebundene Spannungsversorgung hinderlich. Wenn eine geringe Sensordichte im
Gebäude zu erwarten ist, können batteriebetriebene Sensoren eingesetzt werden, sofern der Zyklus zum
Tausch von Batterien im Bereich von mehreren Jahren liegt (da ansonsten der Wartungs-/ Pflegeaufwand
sehr hoch werden kann). Von Vorteil ist eine Eigenenergie-Versorgung (z.B. über Fotozellen). In allen
Fällen ist ein geringer Eigenenergieverbrauch der Sensoren wichtig.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Externe Spannungsversorgung (0 Punkte)§ Batteriebetrieb (1 Punkt)§ Eigenenergieversorgung (2 Punkte)

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Verschlüsselung
Datensicherheit und Integrität gewinnen zunehmend an Bedeutung und ergeben Anforderungen an die
vertrauliche und manipulationssichere Datenübertragung. Dabei gilt dies insbesondere bei der
funkbasierten Ansteuerung von Aktoren. Bei der Übertragung von reinen Sensorwerten hält sich einmöglicher Schaden in Grenzen. Trotzdem ist auch hier die Möglichkeit von Verschlüsselung nicht außer
Acht zu lassen.
Für die spätere Verwendung in Kapitel 5 wird vorab die folgende Unterteilung festgelegt:§ Gering (0 Punkte): Keinerlei Unterstützung für verschlüsselte Datenübertragung§ Mittel (1 Punkt): Unterstützung für verschlüsselte Datenübertragung mit mittlerem Sicherheitsniveau§ Hoch (2 Punkte): Unterstützung für verschlüsselte Datenübertragung mit hohem Sicherheitsniveau

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4Übersicht über verfügbare, funkbasierte Protokolle

In diesem Kapitel werden die grundsätzlich üblichen bzw. womöglich in naher Zukunft in Frage
kommenden funkbasierten Übertragungsprotokolle vorgestellt. Zu jedem Protokoll erfolgt eine kurze
strukturierte Beschreibung. Einleitend werden die relevanten Frequenzbänder aufgeführt.

4.1

Frequenzbänder

Zur funkbasierten Datenübertragung wird als Basis ein hochfrequenter Übertragungsträger verwendet.
Dessen Sendefrequenz muss in einem dafür zugelassenen Frequenzband liegen.
Die zur Datenübertragung von Smart Building Sensorik verwendeten Frequenzbänder sind das UHF-Band(Ultra High Frequency; 0,3 GHz – 3 GHz) sowie das SHF-Band (Super High Frequency; 3 GHz – 30 GHz).
Eine Übersicht über die darin enthaltenen Sub-Bänder ist in den folgenden beiden Tabellen abgebildet.
Dabei bezieht sich die Darstellung auf die übliche Nutzung in Europa – in Amerika oder Asien liegt zum Teileine andere Frequenznutzung vor.
Frequenz
433 MHz, 868 MHz

2,4 GHz0,7 GHz – 2,1 GHz;2,6 GHz – 3,6 GHz

Bezeichnung
SRD(Short Range
Devices)
WLAN,
Bluetooth,Thread,ZigBeeMobilfunk(2G, 3G, 4G)

Kommentar
Lizenzfreie Nutzung; Beschränkung der zeitlichen Belastung desÜbertragungsmediums (bei 868,3 MHz z.B. 1%), maximale
Sendeleistung bei den Frequenzen 863 MHz – 869 MHz: 25 mW
Lizenzfreie Nutzung; maximale Sendeleistung 100 mW.
Diverse Frequenzbänder für GSM (2G), UMTS (3G) sowie LTE (4G).
Zur Nutzung müssen Lizenzen erworben werden, sodass sich eine
kostenpflichtige Nutzung über einen entsprechenden Betreiber
ergibt. Die maximalen Sendeleistungen variieren von 2 W (2G) bis
0,2 W (4G).

Tabelle 6: UHF-Frequenzband und ausgewählte Sub-Bänder

Frequenz

Bezeichnung

5,1 - 5,7 GHz

WLAN

ab 3,4 GHz

Mobilfunk(5G)

Kommentar
Lizenzfreie Nutzung;maximale Sendeleistung 1000 mW.
Die 5G-Mobilfunktechnologie ist für die Nutzung unterschiedlicher
Trägerfrequenzen ausgelegt. Erste Implementierungen erfolgen
im sogenannten C-Band (3,4 GHz – 3,7 GHz). Die spätere Nutzung
hochfrequenterer Bänder ist bereits vorgesehen. Zur Nutzung
müssen Lizenzen erworben werden, sodass sich eine
kostenpflichtige Nutzung über einen entsprechenden Betreiber
ergibt.

Tabelle 7: SHF-Frequenzband und ausgewählte Sub-Bänder

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4.2Übersicht möglicher Übertragungsprotokolle

Die im Folgenden beschriebenen funkbasierten Übertragungsprotokolle sind die, die für die Einbindung
von Sensorik bzw. Anwendungen im gebäudespezifischen Umfeld von IoT (Internet of Things), somit
Building-IoT, in Frage kommen bzw. in der Praxis immer wieder erwähnt werden.
Die Beschreibung erfolgt gemäß der folgenden Struktur:§ Allg. Beschreibung (Ziel/Eignung)§ Eignung des Frequenzband(Datenvolumen, Latenzzeit, Paketgröße, Reichweite, Sendeleistung/Energiebedarf)§ Herstellerabhängigkeit (auch: Standardisierung)§ Infrastruktur (auch Lizenz, Ad-hoc, Mesh etc.)§ Integrationsfähigkeit§ Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten§ Mess- und Prüfmöglichkeiten§ Spannungsversorgung§ Verschlüsselung

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4.2.1 5G
Das Mobilfunknetz 5G (5. Generation) wurde geschaffen, um eine im Vergleich zu LTE (4G) bessere bzw.
leistungsfähigere Infrastruktur für die flächendeckende Datenübertragung im öffentlichen Raum zu
gewährleisten. Die Nutzung ist besonders interessant, wenn Sensoren dort eingebunden werden müssen,
an denen keine eigene Infrastruktur ausgebaut werden kann oder sich dies aufgrund einer sehr geringen
Sensordichte nicht rentiert.
In Bezug auf die Datenrate ist zu erwarten, dass diese im Bereich von über 1 GBit/s liegt – so zumindest
der aktuelle Informationsstand. Die Latenzzeit kann im Bereich von wenigen Millisekunden liegen. Die
Reichweite von Endgeräten hängt von der konkret genutzten Frequenz ab und kann sich im Bereich vonwenigen 100 m bewegen – dazu ist ein entsprechender (flächendeckender) Ausbau der Infrastruktur
durch den Betreiber erforderlich.
Das Übertragungsprotokoll ist standardisiert und in Bezug auf die Produktion bzw. das Angebot vonEndgeräten besteht keine Herstellerabhängigkeit. Die Interoperabilität von Endgeräten unterschiedlicher
Hersteller ist gegeben. Allerdings müssen für den Betrieb der Geräte die kostenpflichtigen Dienste derentsprechenden Betreiber genutzt werden. Eine Datenübertragung zwischen den Geräten ist nicht
vorgesehen – d.h. entsprechende Endgeräte müssen immer mit der öffentlichen Infrastruktur
kommunizieren.
Die Integration von Endgeräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) erfolgt
ausschließlich über die Anbindung der DDC-Systeme an die Plattform des 5G-Betreibers.
Sensoren für die Gebäudeautomation, wie z.B. Taster, Präsenzsensoren, Fensterkontakte etc. (siehe
Tabelle 5) sind derzeit nicht kommerziell am Markt verfügbar. Ob dies in absehbarer Zeit der Fall ist, bleibt
abzuwarten.
Mess- und Prüfgeräte für die 5G-Technologie sind grundsätzlich vorhanden, aber sehr hochpreisig undohne eine versierte Einführung/Schulung nicht zu bedienen. Somit ist nicht davon auszugehen, dass diesevon einem durchschnittlichen Systemintegrator für Gebäudeautomation besessen bzw. beherrscht
werden.
In Bezug auf die Spannungsversorgung ist bei den Endgeräten davon auszugehen, dass diese entweder aneine kabelgebundene Spannungsquelle angeschlossen oder im Falle von Batteriebetrieb regelmäßig
geladen (alternativ einem Batterietausch ausgesetzt) werden müssen.
Genauere Aussagen sind derzeit nicht möglich, da sich die Auswahl an Endgeräten derzeit erst nochentwickelt.
Diverse sehr sichere Verschlüsselungsverfahren zur Datensicherheit werden unterstützt.

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4.2.2 Bluetooth / BLE (Bluetooth Low Energy)
Bluetooth und BLE wurden für eine Kommunikation mit mittlerer Datenrate über kurze Distanzen(Personal Area Networks = PAN) geschaffen. Bluetooth wird insbesondere für die Audioübertragungzwischen Smartphones / Tablets und Peripheriegeräten (Lautsprechern, Headsets,
Freisprecheinrichtungen) verwendet und hat in diesem Bereich eine beinahe universelle Unterstützung in
Smartphones und Tablets erreicht. Die energieoptimierte Version Bluetooth Low Power (BLE) wurde
ursprünglich für die Übertragung kleinerer Datenmengen zwischen Sensoren (insbesondere im
Sportbereich) und Smartphones entwickelt. BLE ist ebenfalls für den Einsatz im Bereich von Smart
Buildings von Interesse.
BLE unterstützt Datenraten von bis zu 2 Mbit/s bei sehr geringen Latenzzeiten von deutlich unter 100 ms.
Die möglichen Paketgrößen sind variabel zwischen 10 Bytes und 255 Bytes. Die maximale Reichweite
beträgt bei Sichtverbindung ca. 50 m; bei Anwendungen in Gebäuden ist mit einer Reichweite von 10 m –15 m auszugehen. Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation auf maximal 100 mW beschränkt, wobei
einige Substandards eine maximale Sendeleistung von 10 mW erlauben.
Das Bluetooth Protokoll wird über die Bluetooth Special Interest Group (SIG) als ein hierarchisches Set vonStandards spezifiziert. Während einige Anwendungen – wie zum Beispiel die Audioübertragung – eine
praktisch durchgehende Interoperabilität erreicht haben, ist eine hersteller- undanwendungsübergreifende Interoperabilität im Bereich der Gebäudeautomation noch nicht gegeben.
Bluetooth-Geräte können sowohl untereinander als auch mit einer übergeordneten Infrastruktur
kommunizieren. Ebenso wird die Bildung eines Maschennetzes unterstützt (Bluetooth Mesh), bei derInformationen über zwischengelagerte Bluetooth-Geräte weitergeben werden können. Dabei muss
beachtet werden, dass sich diese in Reichweite (d.h. weniger als 10 m Abstand) befinden müssen undeinen höheren Energiebedarf haben.
Die Einbindung von Bluetooth Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist dadurch
gegeben, dass einige Hersteller Bluetooth-Schnittstellen anbieten; alternativ kann eine Einbindung überBluetooth IP-Gateways erfolgen, welches aber die Gesamt-Latzenzzeit deutlich erhöht.
Sensoren für die Gebäudeautomation werden zunehmend angeboten – ein komplettes erforderliches
Spektrum gemäß Tabelle 5 ist derzeit nicht kommerziell verfügbar, aber vorstellbar.
Mess- und Prüfgeräte für Bluetooth sowie Anleitungen zur Bedienung sind in ausreichender Vielfalt undzu überschaubaren Preisen vorhanden.
In Bezug auf den Energiebedarf werden die aktuell verfügbaren Bluetooth Sensoren über Batterien oderkabelgebundene Spannungsversorgungen gespeist. Eine Nutzung von Eigenenergieversorgung scheint
sich abzuzeichnen, aber ist derzeit am Markt noch nicht kommerziell üblich.
Diverse Verschlüsselungsverfahren werden angeboten und können bei sachgerechter Einrichtung einehohe Datensicherheit gewährleisten.

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4.2.3 EnOcean
Das EnOcean-Protokoll wurde zur Datenübertragung mit dem Fokus der Eigenenergieversorgung („Energy
Harvesting“) eingeführt. Hauptanwendungsgebiet für das EnOcean-Protokoll ist die Gebäudeautomation.
EnOcean nutzt in Europa eine Übertragungsfrequenz von 868,3 MHz und liegt damit im für dieÜbertragung von kurzen Informationen geschaffenen SRD-Frequenzband (siehe Kapitel 4.1). Dieübertragbare Datenrate liegt bei 125 kbit/s. Die Latenzzeiten sind so gering, dass sie auch beim Einsatz
von relativ zeitkritischen Sensoren wie Tastern vom Menschen nicht wahrgenommen werden. Die
Paketgröße liegt im Bereich von 7 Byte – 16 Byte. Die maximale Reichweite in Gebäuden liegt bei ca.
30 m. Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation des genutzten SRD-Frequenzbandes auf maximal
25 mW beschränkt.
Das EnOcean-Protokoll ist als internationaler ISO/IEC-Standard anerkannt. Die EnOcean Equipment
Profiles werden zur Verfügung gestellt von der EnOcean Alliance - eine offene, non-profit
Interessengemeinschaft (mit mehr als 400 Herstellern aus der Gebäudeautomations-industrie als
Mitglieder). Dadurch ist eine optimale Interoperabilität gegeben.
EnOcean-Geräte können sowohl untereinander als auch mit einer übergeordneten Infrastruktur
kommunizieren.
Die Einbindung von EnOcean-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist dadurch
gegeben, dass viele Hersteller EnOcean-Schnittstellen anbieten; alternativ sind vielfältige Gateways (z.B.
EnOcean- IP; EnOcean- KNX, EnOcean- DALI etc.) verfügbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind in hoher Auswahl von vielen unterschiedlichen Herstellern
kommerziell verfügbar.
Mess- und Prüfgeräte für EnOcean sowie Anleitungen zur Bedienung sind in ausreichender Vielfalt
vorhanden.
In Bezug auf den Energiebedarf werden die meisten verfügbaren EnOcean-Sensoren überEigenenergieversorgung (z.B. Energiewandler, Fotozelle etc.) gespeist.
Diverse Verschlüsselungsverfahren werden angeboten und gewährleisten bei sachgerechter Einrichtung
eine hohe Datensicherheit.

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4.2.4 KNX RF
KNX RF (KNX Radio Frequency) wurde von der KNX-Association als Ergänzung zum klassischen
kabelbasierten KNX-Übertragungsprotokoll festgelegt. Hauptanwendungsgebiet für das KNX RF-Protokoll
ist die Gebäudeautomation.
KNX RF nutzt in Europa eine Übertragungsfrequenz von 868,3 MHz und liegt damit im für die Übertragung
von kurzen Informationen geschaffenen SRD-Frequenzband (siehe Kapitel 4.1). Die übertragbare
Datenrate liegt bei 16 kbit/s. Die Paketgröße liegt im Bereich von 8 Byte – 23 Byte. Die Latenzzeiten sindso gering, dass sie auch beim Einsatz von relativ zeitkritischen Sensoren wie Tastern vom Menschen nicht
wahrgenommen werden. Die maximale Reichweite in Gebäuden liegt bei ca. 30 m. Die Sendeleistung ist
gemäß der Spezifikation des genutzten SRD-Frequenzbandes auf maximal 25 mW beschränkt.
Das KNX RF-Protokoll ist als internationaler ISO/IEC-Standard anerkannt und für die Produkte sindunterschiedliche Hersteller mit hoher Interoperabilität vorhanden. Hersteller müssen Mitglied in der KNXAssociation sein und Produkte vor einer kommerziellen Markteinführung zertifizieren lassen.
KNX-RF-Geräte können sowohl untereinander als mit einer übergeordneten Infrastruktur kommunizieren.
Die Einbindung von KNX RF-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist dadurch
möglich, dass zunächst ein Medienwechsel von KNX RF auf KNX TP (Twisted Pair, kabelgebundenesÜbertragungsprotokoll) stattfindet. Aufgrund der begrenzten Reichweite werden in größeren Gebäuden
mehrere dieser Medienkoppler eingesetzt, die selber wiederum alle an einem KNX TP-Buskabel
angeschlossen sind. An dieses Buskabel kann dann ein KNX-Controller bzw. beliebiger Controller mit KNXSchnittstelle bzw. KNX-Gateway angeschlossen werden.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind in überschaubarer Auswahl von einigen Herstellern
kommerziell verfügbar.
Die Analyse des KNX RF-Protokolls erfolgt über die einheitliche KNX-Inbetriebnahme-Software– dazu mussallerdings die entsprechende Infrastruktur vorhanden sein. Eigenständige Mess- und Prüfgeräte für KNX
RF sind derzeit nicht am Markt verfügbar.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen die üblichen KNX RF-Sensoren Batteriebetrieb.
KNX RF unterstützt grundsätzlich ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.
Dabei muss dieses sowohl von den Geräten unterstützt werden als auch bei der Inbetriebnahmeentsprechend eingerichtet werden.

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4.2.5 LoRa
Die LoRa Technologie (Long Range) wurde zur Anbindung von energiearmen Komponenten (üblicherweise
Sensoren) über große Distanzen geschaffen. Das im Detail verwendete Protokoll wird als LoRaWAN (Long
Range Wide Area Network) bezeichnet. Hauptanwendungsgebiet ist der IoT-Bereich (Internet of Things)
im Allgemeinen. Grundsätzlich schließt das auch Anwendungen der Gebäudeautomation mit ein – dieüblichen Einsatzgebiete charakterisieren sich derzeit allerdings über eine geringe Sensordichte und somit
Verbindung zwischen Gebäuden bzw. innerhalb von Stadtteilen bzw. in ländlichen Regionen (siehe auch
Eigenverständnis der LoRa Alliance: „für große öffentliche Netzwerke“).
LoRaWAN nutzt in Europa als Übertragungsfrequenz das zur Übertragung von kurzen Informationen
geschaffene SRD-Frequenzband (siehe Kapitel 4.1). Die übertragbare Datenrate liegt zwischen 0,3 kbit/s
und 50 kbit/s. Die Paketgröße liegt bei 64 Byte. Wie kurz Latenzzeiten sein können, ist aus den
einschlägigen Informationsquellen nicht belastbar ermittelbar. Dort werden im Hinblick auf einenenergiesparsamen Betrieb von Latenzzeiten von bis zu 128 Sekunden (!) erwähnt. Das spricht für die
Erfassung von zeitlich unkritischen Vorgängen, aber nicht für die typischen Anwendungsfälle in derGebäudeautomation. Die maximale Reichweite im Stadtgebiet liegt bei ca. 2 km. Für die Anwendungen in
Gebäuden liegen keine belastbaren Angaben vor; entsprechende Reichweiten werden dabei deutlich
unter 2 km liegen. Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation des genutzten SRD-Frequenzbandes auf
maximal 25 mW beschränkt.
LoRaWAN ist nicht standardisiert und in allen Sendern und Empfängern kommen ausschließlich die Chips
der Firma Semtech Corporation zum Einsatz. LoRa-Geräte können nicht untereinander, sondern nur mit
einer übergeordneten Infrastruktur kommunizieren.
Die Einbindung von LoRa-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist nur über eineIP-basierte Verbindung möglich. D.h. LoRa-Sensorinformationen werden zunächst im LoRa-Netzwerk
zentral an einen Application Server gesendet. Dieser muss eine Umsetzung auf ein IP-basiertes Netzwerk
durchführen, über das die Informationen zum DDC-System gesandt werden. Zusätzlich zu dieser
grundsätzlichen Kopplung müssen sowohl LoRa-Application-Server als auch DDC-System die
Informationen auch inhaltlich verarbeiten (z.B. durch beidseitige Nutzung eines Protokolls wie MQTT).
Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer Liegenschaften sind derzeit nicht
nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind kaum kommerziell verfügbar.
Die Analyse des Protkolls LoRaWAN über Mess- und Prüfgeräte ist grundsätzlich möglich, aber noch nicht
in einem Status, wie sie für eine schnelle und pragmatische Inbetriebnahme bzw. Fehlerlokalisierung und–behebung erforderlich wären.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen LoRa-Sensoren Batteriebetrieb.
LoRaWAN unterstützt ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.

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4.2.6 NB-IoT
NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) ist ein Dienst von 4G-Mobilfunkbetreibern. Dieser zielt darauf ab,
die aufgebaute Infrastruktur auch für IoT-Dienste zu nutzen. Ähnlich LoRa und 5G ist dabei der Fokus auf
Kommunikationsdienste über einen zentralen Betreiber im öffentlichen Bereich.
Als Übertragungsfrequenz wird die des 4G-Mobilfunkstandards (LTE) verwendet; zur Nutzung müssen
entsprechende Lizenzen erworben worden sein. Die übertragbare Datenrate liegt zwischen 16 kbit/s und
127 kbit/s. Die Paketgröße liegt im Bereich von 20 Byte – 200 Byte. Die Latenzzeiten liegen im Bereich von
1,6 Sekunden bis 10 Sekunden.
Das Protokoll wurde von der 3GPP (einer Kooperation von Standardisierungsgremien) vorgestellt, aberseit Mitte 2016 nicht mehr weiterentwickelt. Vermutlich auch deshalb, weil entsprechende Dienste im
Umfeld von 5G angeboten werden.
NB-IoT-Geräte können ausschließlich mit einer übergeordneten Infrastruktur kommunizieren.
Die Integration von Endgeräte in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) erfolgt ausschließlich
über die Anbindung der DDC-Systeme an die Plattform des 4G-Betreibers.
Sensoren für die Gebäudeautomation, wie z.B. Taster, Präsenzsensoren, Fensterkontakte etc. (siehe
Tabelle 5) sind derzeit nicht kommerziell am Markt verfügbar und eine Markteinführung ist in Anbetracht
der parallelen Entwicklung von 5G-Diensten unwahrscheinlich.
Mess- und Prüfgeräte für die 4G-Technologie und NB-IoT sind grundsätzlich vorhanden, aber sehr
hochpreisig und ohne eine versierte Einführung/Schulung nicht zu bedienen. Somit ist nicht davon
auszugehen, dass diese von einem durchschnittlichen Systemintegrator für Gebäudeautomation besessenbzw. beherrscht werden.
In Bezug auf die Spannungsversorgung ist bei den Endgeräten davon auszugehen, dass diese entweder aneine kabelgebundene Spannungsquelle angeschlossen oder im Falle von Batteriebetrieb regelmäßig
geladen (alternativ einem Batterietausch ausgesetzt) werden müssen. Genauere Aussagen sind nicht
möglich, da wie erwähnt keine für die Gebäudeautomation erforderlichen Sensoren am Markt verfügbar
sind.
Diverse, sehr sichere Verschlüsselungsverfahren zur Datensicherheit werden unterstützt.

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4.2.7 Sigfox
Die Sigfox Technologie wurde ähnlich LoRa zur Anbindung von Geräten über große Distanzen geschaffen.
Dabei wird die Technologie direkt über die Firma Sigfox S.A. betrieben; d.h. diese agiert auch gleichzeitig
als Betreiber. Hauptanwendungsgebiet ist der IoT-Bereich (Internet of Things) im Allgemeinen.
Grundsätzlich schließt das auch Anwendungen der Gebäudeautomation mit ein – die üblichen
Einsatzgebiete charakterisieren sich derzeit über eine geringe Sensordichte und somit Verbindungzwischen Gebäuden bzw. innerhalb von Stadtteilen bzw. in ländlichen Regionen (somit für großeöffentliche Netzwerke).
Sigfox nutzt in Europa als Übertragungsfrequenz das zur Übertragung von kurzen Informationen
geschaffene SRD-Frequenzband (siehe Kapitel 4.1). Die übertragbare Datenrate liegt bei 100 Bit/s. Die
Pakete können Nachrichten von 12 Byte übertragen. Zu kurzen Latenzzeiten sind keine belastbaren
Informationen verfügbar – im Hinblick auf maximal 140 Nachrichten pro Tag kann allerdings nicht voneiner unmittelbaren Übertragung ausgegangen werden. Dies spricht für die Erfassung von zeitlich
unkritischen Vorgängen, aber nicht für die typischen Anwendungsfälle in der Gebäudeautomation. Die
maximale Reichweite im Stadtgebiet soll bei ca. 3 km – 30 km bei Sichtverbindung liegen. FürAnwendungen in Gebäude liegen keine belastbaren Angaben vor; entsprechende Reichweiten werden
deutlich unter 3 km liegen. Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation des genutzten SRDFrequenzbandes auf maximal 25 mW beschränkt.
Das Sigfox-Protokoll ist nicht standardisiert und in allen Sendern und Empfängern kommen ausschließlich
Module der Firma Sigfox S.A. zum Einsatz. Sigfox -Geräte können nicht untereinander, sondern nur mit
einer übergeordneten Infrastruktur kommunizieren.
Die Einbindung von Sigfox-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist nur über eineIP-basierte Verbindung möglich. D.h. Sigfox-Sensorinformationen werden zunächst im Sigfox-Netzwerk
zentral an einen Application Server gesendet. Dieser muss eine Umsetzung auf ein IP-basiertes Netzwerk
durchführen, über das die Informationen zum DDC-System gesandt werden. Zusätzlich zu dieser
grundsätzlichen Kopplung müssen sowohl Sigfox-Application-Server als auch DDC-System die
Informationen auch inhaltlich verarbeiten (z.B. durch beidseitige Nutzung eines Protokolls wie MQTT).
Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer Liegenschaften sind derzeit nicht
nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind nicht kommerziell verfügbar.
Die Analyse des Sigfox-Protokolls über Mess- und Prüfgeräte ist grundsätzlich möglich, aber noch nicht ineinem Status, wie sie für eine schnelle und pragmatische Inbetriebnahme bzw. Fehlerlokalisierung und –behebung erforderlich wären.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen Sigfox-Sensoren Batteriebetrieb.
Sigfox unterstützt ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.

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4.2.8 Thread
Das Thread Protokoll wurde mit dem Ziel der funkbasierten Vernetzung von Komponenten in Gebäuden
geschaffen. Hauptanwendungsgebiet für das Thread-Protokoll ist die Vernetzung vonAnwendungsgegenständen in Gebäuden bzw. die Gebäudeautomation.
Das Thread-Protokoll nutzt eine Übertragungsfrequenz von 2,4 GHz. Die übertragbare Datenrate liegt bei
250 kbit/s. Die Paketgröße liegt bei 127 Byte. Die Latenzzeiten liegt bei einer einzelnenÜbertragungsstrecke bei unter 100 ms. Da das Thread Protokoll Mesh-fähig ist, kann die End-to-EndÜbertragung über eine Vielzahl von Zwischenverbindungen erfolgen, bei der sich dann die
Gesamtlatenzzeit entsprechend erhöht. Die maximale Reichweite für eine Übertragungsstrecke inGebäuden liegt bei ca. 10 m bis 15 m. Durch die Mesh-Topologie kann sich das Netzwerk deutlichvergrößern. Dabei muss beachtet werden, dass vermittelnde Konten einen höheren Energiebedarf haben.
Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation des genutzten Frequenzbandes auf maximal 100 mW
beschränkt.
Das Thread-Protokoll nutzt auf den unteren Übertragungsebenen den internationalen IEEE 802.15.4Standard. Auf den höheren Ebenen rühmt sich Thread damit, eine IPv6-Adressierung zu unterstützen. Die
Spezifikation von Thread ist als „Open Thread“ von Google veröffentlicht. Zwischen Produkten, die dieser
Spezifikation entsprechen, ist auszugehen, dass diese ausreichend interoperabel sind.
In Bezug auf die Struktur muss beachtet werden, dass Thread-Geräte zunächst mit sogenannten ThreadRoutern kommunizieren. Diese müssen in entsprechender Dichte im Gebäude verfügbar sein. Diese
Thread-Router sind maschenförmig miteinander verbunden. Zum Übergang auf andere Netze (z.B. LANoder WLAN) ist ein sogenannter Edge-Router erforderlich.
Auf diese Weise kann auch die Einbindung von Thread-Geräten in Controller der Gebäudeautomation(DDC-Systeme) erfolgen. Zusätzlich zu dieser grundsätzlichen Kopplung müssen sowohl Thread EdgeRouter als auch DDC-System die Informationen auch inhaltlich verarbeiten (z.B. durch beidseitige Nutzungeines Protokolls wie MQTT). Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer
Liegenschaften sind derzeit nicht nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind aktuell in sehr geringer Auswahl von einigen Herstellern
kommerziell verfügbar.
Die Analyse des Thread-Protokolls kann über kabelbasierte Netzwerk-Protokolltester erfolgen - dazu mussallerdings die entsprechende Infrastruktur und eine IP-basierter Zugang vorhanden sind. Eigenständige
Mess- und Prüfgeräte für die funkbasierte Übertragung sind derzeit nicht am Markt verfügbar, wie sie füreine einfache und pragmatische Inbetriebnahme bzw. Fehleranalyse erforderlich wären.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen die üblichen Thread-Sensoren Batteriebetrieb.
Thread unterstützt ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.

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4.2.9 WLANWLAN wurde als Alternative zur kabelbasierten Ethernet-Anbindung geschaffen und ist deshalb im
Rahmen der IEEE 802.11-Familie standardisiert. Der Schwerpunkt liegt auf der möglichst schnellen
Datenübertragung von leistungsfähigen Endgeräten.
Die übertragbare Datenrate liegt je nach verwendetem WLAN-Standard bei mehreren hundert Mbit/s. Die
typische Paketgröße liegt bei 2.312 Byte – diese kann angepasst werden, aber damit verschlechtert sichaufgrund des gleich groß bleibenden Paket-Headers die Übertragungseffizienz. Da WLAN-Netzwerke quasivon „Jedermann“ frei in Betrieb genommen werden können, kommt es in der Praxis oft zu „Wildwuchs“
und in Konsequenz zu gegenseitigen Störungen. Das wiederum wirkt sich negativ auf tatsächlicheÜbertragungsraten aus. Eine solche Überlastung wird nicht dazu führen, dass einzelne Pakete gar nichtübertragen werden, aber es kommt zu einer entsprechenden zeitlichen Verzögerung. Eine Gewährleistung
von geringen Latenzzeiten kann somit nicht gewährleistet werden. Die Sendeleistung ist gemäß derSpezifikation des genutzten Frequenzbandes auf maximal 100 mW beschränkt.
Aufgrund der Standardisierung sind Produkte unterschiedliche Hersteller mit hoher Interoperabilität
vorhanden.
WLAN-Geräte können theoretisch direkt untereinander kommunizieren – üblich ist allerdings die
Einbindung einer übergeordnete IP-basierte Infrastruktur (z.B. WLAN Access Points).
Bei Bedarf der Integration der WLAN-Komponenten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme)sind diese ebenso an die IP-basierte Infrastruktur anzuschließen. Zusätzlich zu dieser grundsätzlichen
Kopplung müssen beide Kommunikationspartner, also WLAN-Komponente und DDC-System, dieInformationen auch inhaltlich verarbeiten. Dazu ist die beidseitige Nutzung eines höherwertigen
Protokolls erforderlich. Diesbezüglich gibt es noch keine verbindlichen Vorgaben oder Standards.
Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer Liegenschaften sind derzeit nicht
nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind nur als vereinzelte Komponenten von wenigen Herstellern
kommerziell verfügbar.
Zur Analyse des WLAN-Protokolls steht eine Vielzahl von üblichen Mess- und Prüfgeräten bzw.
entsprechende Software für z.B. Notebooks etc. zur Verfügung.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen die wenigen verfügbaren WLAN-Sensoren Batteriebetrieb.
WLAN unterstützt unterschiedliche Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
4.2.10 ZigBee / ZGP (ZigBee Green Power)
Das ZigBee-Protokoll wurde mit dem Ziel der funkbasierten Vernetzung von Komponenten in Gebäuden
geschaffen. Hauptanwendungsgebiet für das ZigBee-Protokoll ist die Gebäudeautomation.
ZigBee nutzt in Europa überwiegend das 2,4 GHz-Frequenzband – insbesondere ab der Version 3.0.
Parallel gibt es auch Geräte, die das SRD-Frequenzband (868,3 MHz) nutzen. Die übertragbare Datenrate
liegt bei der Verwendung des 2,4 GHz-Frequenzbands bei 250 kbit/s. Die Paketgröße liegt bei 127 Byte.
Die Latenzzeiten für einen einzelnen funkbasierten Übertragungsweg sind so gering, dass sie auch beim
Einsatz von relativ zeitkritischen Sensoren wie Tastern vom Menschen nicht wahrgenommen werden. Da
das ZigBee Protokoll Mesh-fähig ist, kann die End-to-End-Übertragung über eine Vielzahl von
Zwischenverbindungen erfolgen, bei der sich dann die Gesamtlatenzzeit entsprechend erhöht. Die
maximale Reichweite in Gebäuden liegt bei ca. 10 m bis 15 m. Durch die Mesh-Topologie kann sich das
Netzwerk deutlich vergrößern. Dabei muss beachtet werden, dass vermittelnde Konten einen höheren
Energiebedarf haben. Die Sendeleistung ist gemäß der Spezifikation des genutzten Frequenzbandes auf
maximal 100 mW beschränkt.
Das ZigBee-Protokoll nutzt auf den unteren Übertragungsebenen den internationalen IEEE 802.15.4Standard. Auf den höheren Ebenen wurden bisher sehr herstellerspezifische Implementierungen genutzt,
so dass Geräte unterschiedlicher Hersteller nicht interoperabel waren. Mit der Version 3.0 wird
angestrebt, die Interoperabilität zu erhöhen.
ZigBee-Geräte können sowohl untereinander als auch mit einer übergeordneten Infrastruktur
kommunizieren.
Die Einbindung von ZigBee-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist theoretischnur über die zusätzliche Verwendung eines ZigBee-IP-Gateways möglich. D.h. ZigBee-Pakete werden an
ein LAN übertragen, an welches dann auch das DDC-System angeschlossen ist. Zusätzlich zu dieser
grundsätzlichen Kopplung müssen sowohl ZigBee-Geräte/Gateway als auch DDC-System die
Informationen auch inhaltlich verarbeiten (z.B. durch beidseitige Nutzung eines Protokolls wie MQTT).
Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer Liegenschaften sind derzeit nicht
nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind in überschaubarer Auswahl von einigen Herstellern
kommerziell verfügbar.
Eigenständige Mess- und Prüfgeräte für ZigBee sind verfügbar.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen die üblichen ZigBee-Sensoren Batteriebetrieb. ZigBee 3.0
unterstützt dabei auch Energy Harvesting Module zur Eigenenergieerzeugung und wird am Markt als
ZigBee Green Power (ZGP) angeboten.
ZigBee unterstützt grundsätzlich ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit –allerdings wurden in der Vergangenheit entsprechende Sicherheitsmängel entdeckt. Mit der Version 3.0
wird angestrebt, die Datensicherheit zu erhöhen.

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
4.2.11 Z-Wave
Das Z-Wave-Protokoll wurde mit dem Ziel der funkbasierten Vernetzung von Komponenten in Gebäuden
geschaffen. Hauptanwendungsgebiet für das Z-Wave-Protokoll ist die Gebäudeautomation.
Z-Wave nutzt in Europa eine Übertragungsfrequenz von 868,3 MHz und liegt damit im für die Übertragung
von kurzen Informationen geschaffenen SRD-Frequenzband (siehe Kapitel 4.1). Die übertragbare
Datenrate liegt bis 100 kbit/s. Die Paketgröße liegt bis zu 64 Byte. Die Latenzzeiten für einen einzelnen
funkbasierten Übertragungsweg sind so gering, dass sie auch beim Einsatz von relativ zeitkritischen
Sensoren wie Tastern vom Menschen nicht wahrgenommen werden. Da das Z-Wave Protokoll Mesh-fähig
ist, kann die End-to-End-Übertragung über eine Vielzahl von Zwischenverbindungen erfolgen, bei der sichdann die Gesamtlatenzzeit entsprechend erhöht. Die maximale Reichweite in Gebäuden liegt bei ca. 30 m.
Durch die Mesh-Topologie kann sich das Netzwerk deutlich vergrößern. Dabei muss beachtet werden,
dass vermittelnde Konten einen höheren Energiebedarf haben. Die Sendeleistung ist gemäß derSpezifikation des genutzten Frequenzbandes auf maximal 25 mW beschränkt.
Das Z-Wave-Protokoll ist spezifiziert, wobei nur Mitgliedsfirmen der Z-Wave Alliance die Dokumentation
erhalten.
Z-Wave-Geräte können sowohl untereinander als mit einer übergeordneten Infrastruktur kommunizieren.
Die Einbindung von Z-Wave-Geräten in Controller der Gebäudeautomation (DDC-Systeme) ist theoretischnur über die zusätzliche Verwendung eines Z-Wave-IP-Gateways möglich. D.h. Z-Wave-Pakete werden an
ein LAN übertragen, in welches dann auch das DDC-System angeschlossen ist. Zusätzlich zu dieser
grundsätzlichen Kopplung müssen sowohl Z-Wave-Geräte/Gateway als auch DDC-System die
Informationen auch inhaltlich verarbeiten (z.B. durch beidseitige Nutzung eines Protokolls wie MQTT).
Belastbare Projekterfolge im Umfeld der Gebäudeautomation größerer Liegenschaften sind derzeit nicht
nachweisbar.
Sensoren für die Gebäudeautomation sind in großer Auswahl von vielen Herstellern kommerziell
verfügbar. Dabei müssen in allen Produkten sogenannte Transceiver-Chips von Silicon Labs eingesetzt
werden.
Eigenständige Mess- und Prüfgeräte für Z-Wave sind verfügbar.
In Bezug auf den Energiebedarf nutzen die üblichen Z-Wave-Sensoren Batteriebetrieb.
Z-Wave unterstützt grundsätzlich ein Verschlüsselungsverfahren zur Gewährleistung der Datensicherheit.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
5Eignungsvergleich der funkbasierten Übertragungsprotokolle

In diesem Kapitel werden die in Kapitel 4.2 aufgeführten Protokolle gemäß den in Kapitel 3.2 ermittelten
Anforderungen gegenübergestellt und bewertet. Dies erfolgt für jedes Protokoll in Form eines kurzen„Streckbriefs“. Die Erklärungen in den Steckbriefen werden bewusst knapp ausgeführt, aber lassen sich mit
den ausführlicheren Beschreibungen zu jedem Protokoll in Kapitel 4.2 nachvollziehen. Im Anschluss erfolgt
eine Gesamtübersicht der Ergebnisse.

5.1

Protokoll-Steckbriefe

Zu jedem Protokoll erfolgt eine ganzheitliche Eignungsbewertung. Diese erfolgt nach folgendem Schema:§ Zu jedem aufgeführten Kriterium wird die gemäß 3.2 zugeordnete Punktzahl notiert (z.B. bei„Herstellerabhängigkeit“ 0 Punkte bei „Gering“, 1 Punkt bei „Mittel“ und 2 Punkte bei „Hoch“)§ Die Gesamtpunktzahl pro Protokoll wird erfasst und durch die Anzahl der Kriterien geteilt. Damit ergibt
sich die ganzheitliche Eignung wie folgt:
Ø Punktzahl
0,0 bis ≤ 0,50,5 bis ≤ 1,5
1,5 bis 2,0Ganzheitliche Eignung
GeringMittelHoch§ Dabei wird die ganzheitliche Eignung auf den Eignungswert des K.O.-Kriteriums „Eignung desFrequenzbandes“ herabgestuft. D.h. ein Übertragungsprotokoll kann keine bessere Bewertungerhalten, als es in Bezug auf die Eignungsbewertung des Frequenzbandes erhalten hat.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
5G
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Unnötig hohe Datenrate sowie unnötig hohe Reichweite; damit in Konsequenz unnötig
hoher Energiebedarf von Sensoren.
Herstellerabhängigkeit
Grundsätzlich geringe Herstellerabhängigkeit; dabei Abhängigkeit von Betreiber undkostenpflichtigen Diensten.
Infrastruktur
Keine eigene Infrastruktur erforderlich, da diese über einen Betreiber zur Verfügung
gestellt wird.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Sensoren für die Gebäudeautomation derzeit kommerziell nicht verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar, aber hochpreisig und kompliziert in derAnwendung.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Derzeit als grundlegendes funkbasiertes Protokoll für die Gebäudeautomation nicht
sinnvoll aufgrund mangelnder Eignung des Frequenzbandes.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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BewertungGering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Keine eigene
Infrastruktur(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Gering(wg. K.O.Kriterium)

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
BLE (Bluetooth Low Energy)
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich.
Herstellerabhängigkeit
Grundsätzlich standardisiertes Protokoll. Dabei sind Komponenten untereinander nicht
komplett kompatibel/interoperabel.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine eigene Infrastruktur aufzubauen. Dabei kannder Aufwand durch Nutzung von Mesh-Technologie reduziert werden.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme sowohl direkt als auch über ein IPbasiertes Netzwerk möglich. Dabei Vielzahl von Substandards und somit
realistischerweise Einschränkungen bei einer herstellerübergreifenden Integration
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Ein eingeschränktes Angebot an Sensoren für die Gebäudeautomation ist kommerziell
verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar und einfach zu
bedienen.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Grundlegende Eignung gegeben. Derzeit sind die eingeschränkte Interoperabilität, diefehlende direkte Integrationsfähigkeit, das geringe marktverfügbare Angebot an
Komponenten für die Gebäudeautomation sowie der fehlende energieautarke Betrieb
die größten Defizite.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 33 von 45

Bewertung
Hoch(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Infrastruktur/
Mesh(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)

Mittel(Ø 1,4
Punkte)www.igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
EnOcean
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich.
Herstellerabhängigkeit
Standardisiertes Protokoll.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine Backbone-Infrastruktur aufzubauen.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme sowohl direkt als auch über ein IPbasiertes Netzwerk möglich.
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Ein ausgesprochen hohes Angebot an Sensoren für die Gebäudeautomation ist
kommerziell verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar und einfach zu
bedienen.
Spannungsversorgung
Für Sensoren wird grundsätzlich eine Eigenenergieversorgung (Energy Harvesting)genutzt.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.

Hoch(2 Punkte)
Hoch(2 Punkte)
Hoch(2 Punkte)
Eigenenergieversorgung(2 Punkte)
Hoch(2 Punkte)Hoch(Ø 1,9Punkte)Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Durchgehend hohe Eignung.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Bewertung
Hoch(2 Punkte)Gering(2 Punkte)
Infrastruktur(1 Punkt)

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KNX RF
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich.
Herstellerabhängigkeit
Standardisiertes Protokoll.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine Backbone-Infrastruktur aufzubauen.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein KNX-TPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Ein eingeschränktes Angebot an Sensoren für die Gebäudeautomation ist kommerziell
verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind nicht verfügbar bzw. üblich. Zu
Messungen und Prüfungen muss eine kabelbasierte Verbindung zu den funkbasierten
Schnittstellen aufgebaut werden.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Grundlegende Eignung gegeben. Derzeit sind die fehlende direkte Integrationsfähigkeit,
das eingeschränkte marktverfügbare Angebot an Komponenten für die
Gebäudeautomation, das eingeschränkte Angebot an Mess-/Prüfgeräten sowie derfehlende energieautarke Betrieb die größten Defizite.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 35 von 45

Bewertung
Hoch(2 Punkte)Gering(2 Punkte)
Infrastruktur(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)

Mittel(Ø 1,4
Punkte)www.igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
LoRa
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Extrem hohe Latenzzeiten.
Herstellerabhängigkeit
Kein standardisiertes Protokoll. Zusätzlich müssen für die Produktion der Komponenten
Module eines Herstellers verwendet werden.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine Backbone-Infrastruktur aufzubauen. Alternativ
werden in manchen Ballungszentren LoRa-Netzwerke betrieben, aber damit besteht
dann die Abhängigkeit zu einem Betreiber.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Sensoren für die Gebäudeautomation derzeit kommerziell nicht verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar, aber kompliziert in der Anwendung.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Derzeit als grundlegendes funkbasiertes Protokoll für die Gebäudeautomation nicht
sinnvoll aufgrund mangelnder Eignung des Frequenzbandes.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 36 von 45

BewertungGering(0 Punkte)
Hoch(0 Punkte)
Infrastruktur(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Gering(wg. K.O.Kriterium)

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
NB-IoT
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Unnötig hohe Datenrate sowie unnötig hohe Reichweite; damit in Konsequenz unnötig
hoher Energiebedarf von Sensoren; hohe Latenzzeiten.
Herstellerabhängigkeit
Grundsätzlich geringe Herstellerabhängigkeit; dabei Abhängigkeit von Betreiber undkostenpflichtigen Diensten.
Infrastruktur
Keine eigene Infrastruktur erforderlich, da diese über einen Betreiber zur Verfügung
gestellt wird.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Sensoren für die Gebäudeautomation derzeit kommerziell nicht verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar, aber hochpreisig und kompliziert in derAnwendung.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Derzeit als grundlegendes funkbasiertes Protokoll für die Gebäudeautomation nicht
sinnvoll aufgrund mangelnder Eignung des Frequenzbandes.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 37 von 45

BewertungGering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Keine eigene
Infrastruktur(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Gering(wg. K.O.Kriterium)

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Sigfox
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Unnötig hohe Datenrate sowie unnötig hohe Reichweite; damit in Konsequenz unnötig
hoher Energiebedarf von Sensoren; hohe Latenzzeiten; Beschränkung der möglichen
Sendehäufigkeit.
Herstellerabhängigkeit
Kein standardisiertes Protokoll. Zusätzlich müssen für die Produktion der Komponenten
Module eines Herstellers verwendet werden; ebenso besteht eine Abhängigkeit
aufgrund von nur einem Betreiber der Infrastruktur.
Infrastruktur
Keine eigene Infrastruktur erforderlich, da diese über einen Betreiber zur Verfügung
gestellt wird.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Sensoren für die Gebäudeautomation derzeit kommerziell nicht verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar aber kompliziert in der Anwendung.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Derzeit als grundlegendes funkbasiertes Protokoll für die Gebäudeautomation nicht
sinnvoll aufgrund mangelnder Eignung des Frequenzbandes.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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BewertungGering(0 Punkte)

Hoch(0 Punkte)
Keine eigene
Infrastruktur(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Gering(wg. K.O.Kriterium)

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
ThreadEntscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich. Energieverbrauch
aufgrund der relativ hohen Sendeleistung im 2,4 GHz-Frequenzband kritisch –insbesondere bei Nutzung Mesh-Knoten.
Herstellerabhängigkeit
Standardisiertes Protokoll.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine eigene Infrastruktur aufzubauen. Dabei kannder Aufwand durch Nutzung von Mesh-Technologie reduziert werden.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Derzeit ist nur ein stark eingeschränktes Angebot an Sensoren für die
Gebäudeautomation kommerziell verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind nicht verfügbar bzw. üblich. Zu
Messungen und Prüfungen muss eine kabelbasierte Verbindung zu den funkbasierten
Schnittstellen aufgebaut werden.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Grundlegende Eignung gegeben. Derzeit sind die fehlende direkte
Integrationsfähigkeit, das geringe marktverfügbare Angebot an Komponenten für die
Gebäudeautomation, das eingeschränkte Angebot an Mess-/Prüfgeräten sowie derfehlende energieautarke Betrieb die größten Defizite.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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Bewertung
Mittel
(1 Punkt)Gering(2 Punkte)
Infrastruktur/
Mesh(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)

Mittel(Ø 1,1
Punkte)www.igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
WLAN
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Unnötig hohe Datenrate; damit in Konsequenz unnötig hoher Energiebedarf vonSensoren; Energieverbrauch aufgrund der relativ hohen Sendeleistung im 2,4 GHzFrequenzband kritisch.
Herstellerabhängigkeit
Standardisiertes Protokoll.

BewertungGering(0 Punkte)Gering(2 Punkte)
Infrastruktur/
Mesh(1 Punkt)Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine Backbone-Infrastruktur aufzubauen.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Sensoren für die Gebäudeautomation derzeit kommerziell kaum verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar und einfach zu
bedienen.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Derzeit als grundlegendes funkbasiertes Protokoll für die Gebäudeautomation nicht
sinnvoll aufgrund mangelnder Eignung des Frequenzbandes.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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Mittel
(1 Punkt)Gering(0 Punkte)
Hoch(2 Punkte)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Gering(wg. K.O.Kriterium)

www.igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
ZigBee / ZGP
Entscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich.
Herstellerabhängigkeit
Teilweise standardisiertes Protokoll; dabei firmenspezifische Implementierungen;geringe Interoperabilität zwischen Komponenten unterschiedlicher Hersteller.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine eigene Infrastruktur aufzubauen. Dabei kannder Aufwand durch Nutzung von Mesh-Technologie reduziert werden.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Ein eingeschränktes Angebot an Sensoren für die Gebäudeautomation ist kommerziell
verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar und einfach zu
bedienen.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb. Nur teilweise ist eine Eigenenergieversorgung
möglich.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung. Dabei bestanden infrüheren Versionen Sicherheitslücken, die mit der aktuellen Version 3.0 behoben
werden sollen.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Grundlegende Eignung gegeben. Derzeit sind die nicht einheitliche Implementierung(d.h. Herstellerabhängigkeit), die fehlende direkte Integrationsfähigkeit sowie das
eingeschränkte marktverfügbare Angebot an Komponenten für die
Gebäudeautomation die größten Defizite.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 41 von 45

Bewertung
Hoch(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Infrastruktur/
Mesh(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)

Mittel(Ø 1,4
Punkte)www.igt-institut.de‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
Z-WaveEntscheidungskriterium
Eignung des Frequenzbandes (K.O.-Kriterium)
Datenrate, Reichweite und Latzenzzeit im erforderlichen Bereich.
Herstellerabhängigkeit
Firmenspezifische standardisiertes Protokoll; dabei nicht einheitliche
Implementierungen; eingeschränkte Interoperabilität zwischen Komponenten
unterschiedlicher Hersteller.
Infrastruktur
Zur Einbindung von Sensordaten ist eine eigene Infrastruktur aufzubauen. Dabei kannder Aufwand durch Nutzung von Mesh-Technologie reduziert werden.
Integrationsfähigkeit
Einbindung von Sensordaten an DDC-Systeme nur über den Umweg über ein IPbasiertes Netzwerk (d.h. keine direkte Anbindung üblich).
Markverfügbares Angebot von konkreten Komponenten
Ein hohes Angebot an Sensoren für die Gebäudeautomation ist kommerziell verfügbar.
Mess- und Prüfmöglichkeiten
Eigenständige funkbasierte Mess- und Prüfgeräte sind verfügbar und einfach zu
bedienen.
Spannungsversorgung
Sofern Sensoren nicht an einer festen Spannungsquelle angeschlossen sind, erfolgt die
Energieversorgung über Batteriebetrieb.
Verschlüsselung
Unterstützung von verschlüsselter Informationsübertragung.
Ganzheitliche Bewertung der Eignung
Grundlegende Eignung gegeben. Derzeit sind die nicht einheitliche Implementierung(d.h. Herstellerabhängigkeit), die fehlende direkte Integrationsfähigkeit sowie derfehlende energieautarke Betrieb die größten Defizite.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 42 von 45

Bewertung
Hoch(2 Punkte)
Mittel
(1 Punkt)Infrastruktur/
Mesh(1 Punkt)
Mittel
(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)
Hoch(2 Punkte)
Batteriebetrieb(1 Punkt)
Hoch(2 Punkte)Hoch(Ø 1,5
Punkte)www.igt-institut.deFunkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

Seite 43 von 45

MittelGeringMittelBatteriebetrieb

Hoch

Infrastruktur

Integrationsfähigkeit

Marktverfügbares
Angebot

Mess- undPrüfmöglichkeiten

Spannungsversorgung

Verschlüsselung

Gering(KO-Krit.)

Infrastruktur/
Mesh

Keine
eigeneInfrastrutkur

Ganzheitliche
Eignung

MittelMittelMittel(Ø 1,4 Pt)

HochBatteriebetrieb

Hoch

MittelMittelHoch

BLE

Gering5G

Hoch(Ø 1,9 Pt)

Hoch

Eigen-energieversorgung

Hoch

Hoch

Hoch

Infrastruktur

GeringHoch

EnOceanMittel(Ø 1,4 Pt)

HochBatteriebetrieb

MittelMittelMittelInfrastruktur

GeringHoch

KNX RF

Gering(KO-Krit.)

Hoch

Batteriebetrieb

MittelGeringMittelInfrastruktur

HochGeringLoRa

Gering(KO-Krit.)

Hoch

Batteriebetrieb

MittelGeringMittelKeine
eigeneInfrastrutkur

MittelGeringNB-IoT

Gering(KO-Krit.)

Hoch

Batteriebetrieb

MittelGeringMittelKeine
eigeneInfrastrutkur

HochGering

SigfoxMittel(Ø 1,1 Pt)

HochBatteriebetrieb

MittelGeringMittelInfrastruktur/
MeshGeringMittelThreadGering(KOKrit.)

Hoch

Batteriebetrieb

Hoch

GeringMittelInfrastruktur/
MeshGeringGering

WLAN

Mittel(Ø 1,4 Pt)

HochBatteriebetrieb

Hoch

MittelMittelInfrastruktur/
Mesh

MittelHoch

ZigBeeHoch(Ø 1,5 Pt)

HochBatteriebetrieb

Hoch

Hoch

MittelInfrastruktur/
Mesh

MittelHochZ-Wave5.2

Eignung desFrequenzbandes(K.O.-Krit.)
Herstellerabhängigkeit

Kriterium‚Smart Buildings‘ sowie Vergleich
funkbasierter Übertragungsprotokolle
Ergebnisübersicht

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
6

Fazit

Für Anwendungen im Umfeld der Gebäudeautomation stehen viele funkbasierte Protokolle zur
Verfügung. Welche davon mehr oder weniger geeignet sind, lässt sich nur im Vergleich mit den
erforderlichen Anwendungsfällen (den „use cases“) ermitteln.
In dieser Beziehung hat sich ergeben, dass die sogenannten „Wide Area Networks“ für die aktuellen undzukünftigen Anwendungen in Smart Buildings ungeeignet sind. Diese Protokolle haben dann Vorteile,wenn es um die Anbindung von Komponenten im öffentlichen Bereich geht - also dort, wo keine eigene
Infrastruktur aufgebaut werden kann. In modernen Gebäuden hingegen ist der Aufbau von eigener
Infrastruktur bzw. Einführung von Mesh-Netzwerken kein großes Problem und hinsichtlich der
Sensordichte auch sinnvoll.
Unter den damit noch verbleibenden verfügbaren Protokollen ergeben sich weitere Abstufungen. Eine
besondere Bedeutung erhält das Kriterium, Komponenten (insbesondere Sensoren) in die Systeme derGebäudeautomation (d.h. Controller bzw. DDC-Systeme) einbinden zu können. Eine entsprechende
Unterstützung für das jeweilige Protokoll durch Hersteller von Controllern hat damit eine hohe Priorität.
Parallel ist es zwingend erforderlich, eine hohe Auswahl an Komponenten kommerziell beziehen zu
können. Letztlich hat ein eigenenergieversorgender Betrieb, d.h. der Betrieb von Komponenten ohne
externe Spannungsversorgung bzw. Batterie, deutliche Vorteile.
Unter diesen Gesichtspunkten konnte für die Protokoll EnOcean und Z-Wave eine jeweils hohe Eignung
für die Anwendung in „Smart Buildings“ ermittelt werden. Innerhalb dieser beiden Protokolle erreichte
dabei EnOcean einen Mittelwert von 1,9 Punkten gefolgt von Z-Wave mit 1,5 Punkten.
Hierbei gilt jedoch noch zu unterscheiden, dass die beiden Protokolle EnOcean und Z-Wave jeweils einen
anderen Markt bedienen: EnOcean wird vor allem in intelligenten Gebäudelösungen eingesetzt und für
professionell installierte Komplettlösungen (Zweckbau sowie Smart Home) verwendet und bietet eine
höhere Interoperabilität . Z-Wave findet sich eher im Nachrüstermarkt wieder und ist aufgrund seines „Do
It Yourself“-Charakters hauptsächlich geeignet für Nachrüstungen im eigenen Smart Home.

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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funkbasierter Übertragungsprotokolle
7QuellenKürzel[AN1141][Becker 2007][de 2012][EN15232 2017][EnO 2019][EnO 2020][Hüttemann 2020][IGT 2015][IGT 2019][InfoTip 2020][Kabitzsch 2015][KNX 2013][KNX 2015][LoRa 2020][Pätz 2017][Rick 2017][Spörk et al 2019][Thread 2015][ZigBee 2020][Z-Wave 2020]

QuelleAN1141: Thread Mesh Network Performance; Silicon Labs; 2019
Energieeffizienz durch Einsatz von Raum- und Gebäudeautomation mit Bezug
zur DIN V 18599 und EN 15232, Martin Becker; Vortrag zur GLT
Anwendertagung; 2007
Aufbau, Test und Optimierung einer Funkverbindung; dresden elektronik;
2012
DIN EN 15232-1 Energieeffizienz von Gebäuden; Beuth Verlag GmbH; 2017
EnOcean Serial Protocol 3 (ESP3); EnOcean GmbH; 2019https://www.enocean-alliance.org/de/; EnOcean Alliance; 2020
Trends von Raumautomation und Building Management Systemen inmodernen Bürogebäuden; Dominik Hüttemann; 2020
Fragebogen „Planungsprozess Smart Home & Smart Office“; Institut fürGebäudetechnologie; 2015
Planungsprozess(BMS-IoT)-Checkliste, Institut für Gebäudetechnologie; 2019
Bluetooth Kompendium; InfoTip Service GmbH
(https://kompendium.infotip.de/bluetooth.html); 2020
Drahtlose und Drahtgebundene Sensor-Aktor-Netzwerke; Prof. Klaus
Kabitzsch; TU Dresden; 2015
Grundlagen zum KNX Standard; KNX Organisation; 2013
Systemdokumentation KNX RF; Giersiepen GmbH & Co. KG; 2015
https://lora-alliance.org/; LoRa Alliance; 2020
Dr. Christian Pätz; Z-Wave: Die Funktechnologie für das Smart Home; 2017
Analyse bestehender Smart Home Systeme mit dem besonderen Fokus auf
das Schlüsselmanagement; Thorsten Rick; Hochschule Bonn-Rhein-Sieg; 2017
Improving the Timeliness of Bluetooth Low Energy in Noisy RF Environments;
Michael Spörk, Carlo Alberto Boano, Kay Römer (Graz University ofTechnology); 2019
Thread Usage of 6LoWPAN, Silicon Labs; 2015
https://zigbeealliance.org/de/; ZigBee Alliance; 2020
https://z-wavealliance.org/; Z-Wave Alliance; 2020

Funkbasierte SB-Übertragungsprotokolle

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