SMARTHOUSE: Funk-Engpass

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SMARTHOUSE Systeme nutzen meist Funktechnik zu Kommunikation zwischen den Devices. Die Werbung erweckt den Eindruck, dass es keine Störungen und Kapazitätsprobleme gibt. Und man würde erwarten, dass beliebige viele Funk-Systeme nebeneinander funktionieren. Das kann so sein, muss aber nicht. Tatsächlich kann bei SMARTHOUSE der Funk-Engpass zu einem ernsten Problem werden. Nachfolgend ein paar Überlegungen am Beispiel Z-WAVE.

Nur ein großes Netz ist gut

Eine Funkverbindung ist immer anfällig gegen Signalstörungen. Die Störungen können von anderen Funk-Devices, aber auch von fehlerhaften Elektrogeräten stammen. Auch können einzelne Devices (insbesondere batteriebetriebene) immer mal ausfallen. Ein vermaschtes Funknetz wird jedoch glücklicherweise mit zunehmender Anzahl Knoten=Devices robuster. Denn mit zunehmender Knotenzahl sind mehr alternative Routen verfügbar, die bei Störungen zum Einsatz kommen. Zumindest bei geschickter Standortwahl ergibt sich ein weiterer Vorteil: Je mehr always-on Knoten, desto eher werden indirekte Routen über mehr als eine Zwischenstation vermieden. Somit können geringere Signallaufzeiten erreicht werden.
Allerdings gelten diese Netzgrößen-Vorteile nur für solche Devices, die von einem gemeinsamen Controller gesteuert werden. Devices an einem anderen Controller verbessern die Netz Vermaschung und die Signallaufzeiten nicht.

Eine Zeitscheibe für alle

Ein Funk-Netz bzw. eine Funkt-Übertragung kann zum Engpass werden. Eine Ursache resultiert aus der Zeitscheiben-Problematik, die hier am Beispiel Z-WAVE skizziert wird. Sie gilt jedoch ähnlich für viele andere Funksysteme.

Die Übertragung einer Nachricht zwischen zwei Z-WAVE Knoten dauert 2-60 ms. Bei Störungen kann der Vorgang bis zu 2-mal wiederholt werden. Zu jeder Nachricht muss eine Quittung-Nachricht zurückübertragen werden. Diese Nachricht muss spätestens nach 5s eingegangen sein. Läuft das Signal über mehrere Knoten, dann vervielfacht sich der Übertragungs-Zeitbedarf. In Summe kann sich bereits für eine Nachricht eine erhebliche Gesamt-Übertragungszeit ergeben.

Aber die Devices können nicht parallel Nachrichten senden und empfangen. Wenn ein Device sendet, müssen alle anderen Devices warten. Sie prüfen dann einige ms später, ob der Start nun möglich ist. Dann (oder nach weiteren Wartezyklen) beginnt das nächste Device mit der Funk-Übermittlung.

Treten viele solcher Kollisionen auf, dann haben wir einen Funk-Engpass. Die verfügbare Zeitscheibe reicht nicht aus, um alle anstehenden Nachrichten innerhalb des Zeitlimits zu übermitteln. So entsteht eine Netzüberlastung mit Nachrichtenverlusten.

Controller und Apps können das Netz überfordern

Ein weiteres Problem resultiert aus dem beträchtlichen Geschwindigkeits-Unterschied zwischen Controller und Übertragung. Im ungünstigen Fall kann der Controller im Millisekunden-Takt Übertragungs-Anforderungen erzeugen. Dann hat das Netz keine Chance, diese abzuarbeiten. Anstehende Nachrichten von Devices verstärken das Problem.

Ein Z-Wave Controller verfügt zwar “nativ” über Mechanismen, um Übertragungs-Lastspitzen zu vermeiden oder zu reduzieren. Ungünstig benutzte Apps oder ungünstige Programme können diese Mechanismen aushebeln. Dann entsteht Überlast mit Nachrichtenverlust oder gar mit Absturz des Controller’s.

Arbeiten mehrere SMARTHOUSE Controller und deren Devices unabhängig nebeneinander in der gleiche Location, so stehen alle Übertragungen in Konkurrenz um die Funk-Zeitscheibe. Dabei greifen die Optimierungs-Mechanismen der einzelnen Controller nicht. Die verschiedenen Controller und Devices können sich gegenseitig behindern.


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