Zigbee-Reichweite erhöhen: Geräte fallen offline, was hilft
Ein Sensor im Keller meldet sich nicht mehr. Die Lampe im Flur reagiert erst beim dritten Versuch. Und am nächsten Morgen steht die Hälfte der Geräte auf nicht erreichbar. Zigbee wirkt dann wie eine Wundertüte, dabei folgt fast jedes dieser Probleme einer von vier Ursachen.
Der Reihe nach, vom größten Hebel zum kleinsten.
Zuerst eingrenzen: ein Gerät oder viele?
Die erste Frage entscheidet, wo man sucht.
Ein einzelnes Gerät fällt aus, der Rest läuft. Dann geht es um dieses Gerät und seinen Weg zum Koordinator. Batterie, Standort, Routing.
Mehrere Geräte fallen gleichzeitig aus, oft im selben Bereich. Dann ist ein Router ausgefallen, an dem sie alle hingen. Der Rest des Netzes merkt davon nichts.
Alles wird langsam und unzuverlässig, quer durch die Wohnung. Dann stört etwas auf der Funkebene, meistens das eigene WLAN oder der Koordinator selbst.
Router und End Device: der Unterschied, den alle übersehen
Zigbee ist ein vermaschtes Netz. Jedes Gerät kann theoretisch Daten für andere weiterleiten, praktisch tut das aber nur ein Teil davon.
Router sind Geräte mit fester Stromversorgung. Lampen, Steckdosen, Unterputzaktoren, Relais. Sie hören dauerhaft mit und leiten den Verkehr anderer Geräte weiter. Jeder dieser Bausteine macht das Netz größer und stabiler.
End Devices sind batteriebetriebene Geräte. Fensterkontakte, Bewegungsmelder, Temperaturfühler, Fernbedienungen. Sie schlafen die meiste Zeit und wachen nur zum Senden auf. Sie leiten nie etwas weiter, für niemanden.
Daraus folgt die wichtigste Regel für den Aufbau: Ein Netz aus zwanzig Batteriesensoren ist kein Netz. Es sind zwanzig Geräte, die alle direkt den Koordinator erreichen müssen. Wer die Reichweite vergrößern will, kauft keine weiteren Sensoren, sondern netzbetriebene Geräte.
Die günstigste Möglichkeit dafür ist eine Zigbee-Steckdose an einer Stelle, wo das Signal einbricht. Sie muss dort nichts schalten, sie steht einfach in der Dose und leitet weiter. Dasselbe leistet jede angelernte Lampe, solange sie Strom hat.
Ein Punkt dazu, der regelmäßig für Ärger sorgt: Eine Lampe, die über den Lichtschalter vom Strom getrennt wird, ist als Router weg. Alle Geräte, die über sie liefen, müssen sich einen neuen Weg suchen. Wer Zigbee-Lampen einsetzt, lässt den Schalter dauerhaft an.
Den Kanal freiräumen
Zigbee und WLAN teilen sich das 2,4-Gigahertz-Band. Ein WLAN sendet dabei mit erheblich mehr Leistung, und wenn beide auf derselben Frequenz liegen, verliert Zigbee.
Zigbee nutzt die Kanäle 11 bis 26, jeder 5 Megahertz breit. Ein WLAN-Kanal ist dagegen rund 22 Megahertz breit und überdeckt damit mehrere Zigbee-Kanäle auf einmal.
Die drei üblichen WLAN-Kanäle belegen folgende Bereiche:
- WLAN-Kanal 1 reicht von etwa 2401 bis 2423 MHz
- WLAN-Kanal 6 reicht von etwa 2426 bis 2448 MHz
- WLAN-Kanal 11 reicht von etwa 2451 bis 2473 MHz
Dazwischen bleiben Lücken, und genau dort liegen die guten Zigbee-Kanäle:
- Zigbee 15 liegt bei 2425 MHz, also in der Lücke zwischen WLAN 1 und WLAN 6
- Zigbee 20 liegt bei 2450 MHz, in der Lücke zwischen WLAN 6 und WLAN 11
- Zigbee 25 liegt bei 2475 MHz, oberhalb von WLAN 11
- Zigbee 11 liegt bei 2405 MHz und damit am unteren Rand von WLAN 1. Es ist der Standardkanal vieler Koordinatoren und oft die schlechteste Wahl.
Praktisch heißt das: WLAN auf 1 festnageln und Zigbee auf 20 oder 25 legen. Oder WLAN auf 11 und Zigbee auf 15. Hauptsache, beide stehen fest und nicht auf automatischer Kanalwahl, denn sonst wandert das WLAN irgendwann genau dorthin, wo Zigbee funkt.
Kanal 26 ist ebenfalls frei, viele Funkchips senden dort aber mit gedrosselter Leistung, und einzelne Geräte unterstützen ihn nicht. Als Standardwahl taugt er deshalb nicht.
Der Haken beim Kanalwechsel
Ein Kanalwechsel am Koordinator wird nicht von allen Geräten mitgemacht. Netzbetriebene Router folgen in der Regel, batteriebetriebene End Devices bleiben häufig auf dem alten Kanal zurück und müssen neu angelernt werden.
Deshalb gilt: Den Kanal beim Aufbau des Netzes festlegen, nicht später. Wer wechseln muss, plant einen Abend dafür ein.
Den Koordinator freistellen
Der häufigste bauliche Fehler steckt in den ersten zehn Zentimetern. Ein Zigbee-Stick, der direkt in einem Raspberry Pi oder in einem Mini-PC steckt, arbeitet unter Störfeuer.
USB-3.0-Anschlüsse und deren Kabel strahlen im Bereich um 2,4 Gigahertz ab. Dazu kommen Netzteile, Festplatten und die WLAN-Antenne des Rechners. Ein Stick mitten in diesem Feld sieht von der Wohnung wenig.
Die Abhilfe kostet wenige Euro. Ein USB-2.0-Verlängerungskabel von einem bis zwei Metern bringt den Koordinator weg vom Gehäuse. Es sollte kein USB-3-Kabel sein, und der Stick gehört nach Möglichkeit an einen USB-2.0-Anschluss.
Der Unterschied ist oft dramatisch. Manche Netze, die als hoffnungslos galten, laufen danach ohne weitere Eingriffe.
Ebenso wichtig ist der Aufstellort. Der Koordinator gehört möglichst mittig in die Wohnung, nicht in den Sicherungskasten und nicht in den Serverschrank. Metall in der Nähe wirkt wie eine Abschirmung, Fußbodenheizungen und Betondecken ebenso.
Die Netzwerkkarte lesen
Bis hierhin war alles Vermutung. Jetzt wird es messbar, denn beide gängigen Systeme zeigen die tatsächliche Struktur des Netzes an.
In deCONZ
Die deCONZ-Oberfläche zeigt alle Geräte als Kreise mit Verbindungslinien dazwischen. An jeder Linie steht ein Zahlenwert für die Qualität dieser Verbindung.
Worauf zu achten ist: Geräte, die nur eine einzige Linie haben, hängen an einem einzigen Weg. Fällt dieser Router aus, sind sie weg. Geräte mit zwei oder drei Verbindungen sind abgesichert.
In Zigbee2MQTT
Unter der Ansicht für die Netzwerkkarte wird dieselbe Struktur gezeichnet. Nützlich ist hier die Möglichkeit, sich nur Router anzeigen zu lassen. Dann sieht man auf einen Blick, ob das Gerüst des Netzes trägt oder ob alles am Koordinator hängt.
Der Aufbau der Karte dauert einige Minuten und belastet das Netz. Man sollte sie nicht im Minutentakt aufrufen.
LQI richtig deuten
Der Wert, um den sich alles dreht, heißt LQI, also Link Quality Indicator. Er reicht von 0 bis 255, und je höher, desto besser.
Als grobe Einordnung gilt:
- Über 150 ist gut, dort gibt es nichts zu tun.
- 100 bis 150 geht in Ordnung und funktioniert im Alltag.
- 50 bis 100 ist die Grauzone. Es läuft, aber Ausfälle kommen vor.
- Unter 50 ist ein Problem. Dort gehört ein Router dazwischen.
Zwei Einschränkungen gehören dazu, und sie werden fast überall verschwiegen.
Der LQI ist nicht herstellerübergreifend vergleichbar. Jeder Funkchip berechnet ihn anders. Ein Sensor, der stabil bei 80 liegt, kann zuverlässiger laufen als ein anderer bei 130. Vergleiche sind nur innerhalb desselben Gerätetyps sinnvoll.
Der LQI beschreibt die Verbindung zum Nachbarn, nicht zum Koordinator. Ein Sensor kann einen glänzenden Wert zu seiner Lampe im Nebenzimmer haben, während diese Lampe selbst kaum Empfang zum Koordinator hat. Deshalb reicht die Zahl allein nicht, man muss den ganzen Weg anschauen.
Vom LQI zu unterscheiden ist der RSSI, der die reine Empfangsfeldstärke in Dezibel angibt und negative Werte annimmt. Was dahintersteckt, steht im Glossareintrag zu RSSI.
Das Gerät hängt am falschen Router
Dieser Fall ist heimtückisch, weil er nach einem Reichweitenproblem aussieht und keines ist.
Ein Zigbee-Gerät sucht sich beim Anlernen einen Nachbarn aus und bleibt bei ihm. Von sich aus wechselt es nicht, solange die Verbindung irgendwie zustande kommt. Auch dann nicht, wenn inzwischen ein viel besserer Router zwei Meter entfernt steht.
Der klassische Fehler entsteht beim Anlernen. Wer einen Sensor neben dem Koordinator anlernt und danach in den Keller trägt, hat ein Gerät, das weiterhin den Koordinator als Nachbarn führt. Es ruft in eine Richtung, in der niemand zuhört.
Drei Wege, ein Gerät neu zu routen
- Am endgültigen Platz neu anlernen. Das ist der sauberste Weg. Das Gerät sucht sich dann den Nachbarn, der von dort aus wirklich der beste ist.
- Den falschen Router vom Strom nehmen. Wer die Steckdose oder Lampe, an der das Gerät hängt, für etwa zwanzig Minuten trennt, zwingt das Gerät, sich neu zu orientieren. Danach den Router wieder einschalten.
- Das Gerät kurz außer Reichweite bringen. Bei Batteriegeräten hilft es, die Batterie für einige Minuten zu entnehmen und das Gerät danach am Zielort wieder einzusetzen.
Eine Warnung dazu: Geräte, die sich beim Anlernen zickig anstellen und dafür zwingend nah an den Koordinator müssen, sollte man anschließend nach Möglichkeit ein zweites Mal am Zielort anlernen. Der Aufwand lohnt sich, weil man sonst genau dieses Problem einbaut.
Wenn der Router selbst das Problem ist
Nicht jedes netzbetriebene Gerät ist ein guter Router. Einige Modelle nehmen nur eine Handvoll Geräte an, andere haben Eigenheiten in der Firmware, die zu wiederkehrenden Abbrüchen führen.
Das Muster, an dem man das erkennt: Immer dieselben Geräte fallen aus, immer in derselben Ecke der Wohnung, und in der Netzwerkkarte hängen sie alle am selben Knoten. Dann tauscht man diesen Knoten testweise gegen ein anderes Fabrikat.
Ein Sonderfall ist die Mischung aus verschiedenen Herstellern. Wer Geräte aus fünf Marken betreibt, sollte bei Problemen zuerst prüfen, ob sich ein Muster entlang der Hersteller zeigt. Wie das im Zusammenspiel von Hue und Osram aussehen kann, steht im Beitrag zu Philips Hue und Osram Smart Plug nicht erreichbar.
Die Prüfliste
- Koordinator an einer USB-2.0-Verlängerung, weg vom Gehäuse und vom Metall.
- WLAN auf einen festen Kanal gelegt, Zigbee in eine der Lücken dazwischen.
- Mindestens ein netzbetriebenes Gerät je Etage und in jeder schwierigen Ecke.
- Zigbee-Lampen hängen nicht an einem Lichtschalter, der sie vom Netz trennt.
- Netzwerkkarte angesehen: Hat jedes Gerät mehr als einen Weg?
- Geräte mit einem LQI unter 50 bekommen einen Router in die Nähe.
- Neue Geräte werden am endgültigen Platz angelernt.
Fazit
Zigbee-Probleme sind selten eine Frage der Sendeleistung. Sie entstehen durch einen Koordinator im Störfeld, einen Kanal, auf dem auch das WLAN funkt, und ein Netz, das aus lauter Geräten besteht, die nichts weiterleiten.
Die beiden wirksamsten Maßnahmen kosten zusammen keine dreißig Euro: eine USB-Verlängerung für den Stick und zwei, drei Steckdosen an den richtigen Stellen. Wer danach noch Ausfälle hat, findet die Ursache in der Netzwerkkarte, und zwar meistens an einem einzigen Knoten.
Weiterlesen
Der komplette Aufbau eines Zigbee-Netzes mit dem ConBee steht in dieser Reihe:
- Teil 1: Installation auf Raspberry Pi
- Teil 2: Anlernen von Geräten
- Teil 3: Steuerungen erstellen
- Teil 4: Integration in ioBroker
- Teil 5: Xiaomi Button in ioBroker
- Teil 7: IKEA Tradfri Fernsteuerung
- Teil 8: Aqara Switch und Events
- Teil 9: IKEA Tradfri Bewegungsmelder
- Teil 10: Tuya Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor
- Teil 11: IKEA Tradfri Dimmer
- Teil 12: IKEA Tradfri E27 Leuchtmittel
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