RaspberryMatic: Raspberry PI3 als „W“LAN-Gateway verwenden

Ich betreibe seit März eine Raspberry Pi3 als LAN-Gateway und habe damit die Servicemeldungen aufgrund von Kommunikationsproblemen fast gegen null reduzieren können. Alle Aktoren im Keller werden jederzeit ohne Probleme erreicht. Eine Beschreibung der Einrichtung findet ihr in dem Artikel „Raspberry Pi 3 als LAN-Gateway verwenden“. Dadurch ist es möglich die Reichweite des HomeMatic BidCos-RF Netzes zu erweitern. Diese Lösung hat dann die gleiche Funktion wie das HomeMatic LAN-Gateway.

Aufgrund verschiedener Anfragen und auch aus eigenem Interesse habe ich mich damit beschäftigt, eine Raspberry PI3 als „W“LAN-Gateway zu betreiben. Das heißt ein Gateway für das HomeMatic BidCos-RF Funknetz über WLAN zu betreiben. Die Einrichtung hat funktioniert und ich habe seit knapp einer Woche das neue Gateway im Einsatz. Es läuft stabil und daher möchte ich in diesem Artikel beschrieben, wie die Einrichtung durchgeführt worden ist.

Was brauche ich dafür?

Bezeichnung	Amazon	ELV-Shop	ELV-Bausatz
4 GB SD-Karte	Link	Link	nicht verfügbar
Funkmodul Raspberry Pi	Link	nicht verfügbar	Bausatz
Raspberry Pi3	Link	Link	nicht verfügbar

Warum ein LAN-Gateway

In schwierigen Empfangslagen und auf sehr großen Arealen kann es vorkommen, dass die Funksignale der HomeMatic Zentrale CCU2 oder RaspberryMatic weit entfernte HomeMatic Funkkomponenten nicht mehr sicher erreichen. Das Funk-LAN-Gateway soll hier die Lösung für eine höhere Betriebssicherheit sein. Es können maximal 3 LAN-Gateways installiert und in die Zentrale eingebunden werden.

Es wird über das stationäre Computernetzwerk (LAN) an die CCU2/RaspberryMatic angebunden und dient als Funk-Netzwerkknoten, der die Verbindung zu den in seiner Funkreichweite befindlichen Homematic Funkkomponenten hält und diese in das Gesamtsystem einbindet.

Dies ist oft die einzig mögliche Lösung bei stark schirmenden baulichen Funkhindernissen, Funkstörungen durch andere Teilnehmer oder sehr große Entfernungen. Dabei bleibt die Funkschnittstelle der CCU2/RaspberryMatic selbst aktiv, sie kann also die in ihrer Reichweite liegenden Homematic Komponenten nach wie vor erreichen.


Das LAN Gateway unterstützt ausschließlich das Homematic Funkprotokoll und kann nicht zur Reichweitenverlängerung von Homematic IP eingesetzt werden!

Eine weitere gute Eigenschaft eines Gateways ist die Möglichkeit damit den Duty-Cycle der HomeMatic Zentrale (CCU2/RaspberryMatic) zu reduzieren, da eine Aufteilung der Aktoren auf mehrere „Sender“ möglich ist.  Was Duty Cycle bedeutet und welche Auswirkungen dies auf das Gesamtsystem haben kann, könnt ihr im Artikel „Duty Cycle, eine schlummernde Gefahr und was man tun kann“ nachlesen.

Warum ein „W“LAN-Gateway

Nicht in jedem Objekt sind ausreichend Ethernet Kabel verlegt, so das man an allen notwendigen Orten ein LAN-Gateway installieren könnte. Hier ist ein Gateway über WLAN eine brauchbare Alternative. Für das hausinterne WLAN gibt es eine Vielzahl von guten Repeatern, die es ermöglichen in jeden Winkel des Objektes ein stabiles WLAN zur Verfügung zu stellen.

Nun aber genug der reinen Theorie und ich komme zur Einrichtung des „W“LAN-Gateways auf einer Raspberry PI3.

Einrichtung WLAN auf dem Raspberry Pi3

Auch in der aktuellen Version von RaspberryMatic existiert noch keine Möglichkeit diese WLAN Funktion über die WebUI zu aktivieren. Die Einrichtung ist im Moment nur über eine manuelle Aktion möglich. Dies muss daher über SSH oder SFTP Zugang durchgeführt werden. Ich habe das mit dem Windows Programm WinSCP gemacht, weil ich damit bisher sehr gute Erfahrungen gemacht habe.

Dazu muss als Erstes in der WebUI der SSH Zugang freigeschaltet werden:

Systemsteuerung->Sicherheit->SSH

Passwort zweimal eingeben und den Haken bei „SSH aktiv“ setzen.

Neben der Onboard WLAN Variante gibt es auch noch einige USB WiFi Sticks, welche in Verbindung mit der Raspberry Pi3 funktionieren. Wichtig ist aber, das RaspberryMatic diese Hardware unterstützt:

• Onboard WLAN des RaspberryPi3
• Edimax EW-7612UAN V2 – RTL81xx based USB WiFi stick
• ThePiHut – RT2xx based USB WiFi stick

Andere WLAN Hardware wurde bisher nicht getestet und daher kann auch keine Aussage zu der Funktion im Zusammenhang mit RaspberryMatic gemacht werden.

Ein paralleler Betrieb von LAN und WLAN Anschluss ist nicht möglich. Man muss das Ethernet-Kabel abgezogen haben wenn RaspberryMatic hochfährt, damit das WLAN als bevorzugtes Netzwerk ausgewählt wird.

Um RaspberryMatic mit dem eigenen WLAN zu verbinden müssen folgende Aktionen durchgeführt werden:

• SSH Zugang via WebUI freischalten (wie oben bereits beschrieben)
• Über den SSH Zugang zur Konsole müssen ein paar Befehle ausgeführt werden.

Mit dem ersten Befehl wird abgefragt welche in der Nähe befindlichen Netzwerke (SSIDs) das WLAN Interface der Raspberry erkennt.

iw wlan0 scan

 Die Ausgabe ist recht umfangreich und ihr solltet eure SSID suchen. Wenn ihr sie in der Ausgabe findet, ist die erste Voraussetzung zur WLAN Anbindung gegeben.

• Wenn die eigene SSID gefunden wird, kann mit dem folgenden Befehl, die Standard Konfigurationsdatei „wpa_supplicant.con“ aus dem Template Verzeichnis in das Verzeichnis /etc/config/ kopiert werden. Wenn keine Fehlermeldung erscheint, hat der Befahl funktioniert. Es gibt keine OK Meldung.

cp /etc/config_templates/wpa_supplicant.conf /etc/config/

• Danach muss ein Befehl ausgeführt werden, in dem ihr statt „SSID“ den Namen des gewünschten WLANs angeben müsst. Unter „PASSWORT“ bitte euer WLAN Passwort eingeben. In der Ausgabe des Befehls wird das eingegebene Passwort als „passphrase“ ausgegeben. Somit wird später in der Konfigurationsdatei das Passwort nicht in Klarschrift zu sehen sein.

wpa_passphrase "SSID" "PASSWORT"

Als nächstes wechseln wir mit dem folgenden Befehl in das Verzeichnis /etc/config/

• cd /etc/config/

Zur Kontrolle mit dem folgenden Befehl nachschauen ob die Datei „wpa_supplicant.conf“ im oben beschriebenen Verzeichnis vorhanden ist.

• ls

Nun die Datei „wpa_supplicant.conf“ mit dem Editor VI im Verzeichnis /etc/config/ editieren und die folgenden Felder verändern. Ich verwende dazu lieber das Windows Programm WINSCP, aber die Wahl überlasse ich euch.

ssid=“PUT_YOUR_WLAN_SSID_HERE“   =   hier euren WLAN Namen eingeben innerhalb der Anführungszeichen.

psk=PUT_YOUR_PSK_KEY_HERE   =   den hexadezimalen String welchen das ‚wpa_passphrase‘ Kommando ausgegeben hat (NICHT das Klartext Passwort).

Der VI ist etwas gewöhnungsbedürftig und zur Unterstützung hier ein Link zu einer ganz brauchbaren Beschreibung der möglichen Befehle.

Mit dem folgenden Befehl die Datei im Editor öffnen.

• vi wpa_supplicant.conf

ACHTUNG:

Im Gegensatz zu früheren Versionen von RaspberryMatic sind hier alle Kommandos durch das „#“ als Kommentar gespeichert. Daher muss zusätzlich noch das „#“ entfernt werden. Nach der Modifikation muss die Datei wiefolgt aussehen. (ssid und psk nur Beispiele, hier müsst ihr eure Werte eintragen).

Mit Hilfe der Cursortasten den Cursor an die Stelle positionieren wo eure SSID eingetragen werden soll. An dieser Stelle dann ein „i“ für „insert“ eingeben. Damit gelangt ihr in ein Einfügemodus und könnt nun den Test „PUT_YOUR_WLAN_SSID_HERE“ durch eure SSID ersetzen (Anführungszeichen müssen beibehalten werden. Die nach rechts verschobenen Zeichen könnt ihr mit der „ENTF-Taste“ entfernen.

Jetzt mit den Cursortasten den Cursor an die Stelle positionieren wo ihr die oben ermittelte Passwortphrase eingeben müsst. Hier wie oben verfahren die Werte einfügen und die verschobenen Zeichen mit „ENTF“ entfernen.

Wenn ihr die beiden Felder nochmal überprüft habt, müsst ihr den Einfügemodus wieder verlassen, ansonsten ist ein Speichern nicht möglich. Dazu müsst ihr die „ESC-Taste“ drücken.

Jetzt “:wq“ eingeben um eure Änderungen zu speichern und die Datei zu verlassen.

Nach diesen Schritten sollte RaspberryMatic neustarten und sich mit dem WLAN verbinden. Wenn ihr einen Bildschirm und eine Tastatur an der Raspberry angeschlossen habt, könnt ihr mit ALT+F2 auf die Konsole wechseln und den Verbindungsaufbau verfolgen.

Neustart

Seid ihr mit den Änderungen fertig könnt ihr den Raspberry Pi3 neu starten. Dazu das LAN-Kabel sofort abziehen und nicht wieder verbinden und am besten kurz den Strom trennen.

Wie anfangs erwähnt könnt ihr den Bootvorgang am Bildschirm verfolgen und wenn alles richtig gelaufen ist und eurer Router keine MAC Tabelle verwendet oder nur bekannte Geräte im WLAN zulässt, sollte am Ende die nachfolgende Meldung stehen. Dort könnt ihr die gestartete RaspberryMatic Version und die verwendete IP Adresse sehen.

Danach könnt ihr eure HomeMatic Zentrale auf der Raspberry Pi3 entweder über die oben angezeigte IP-Adresse oder http://homematic-raspi/ in eurem Netzwerk erreichen.

LAN-Gateway einrichten

Da wir jetzt die Raspberry PI3 über WLAN erreichen können, ist der erste Schritt erfolgreich abgeschlossen. Nun folgt die Einrichtung als Gateway.

• Über die WebUI eine feste IP-Nummer eintragen.

Da bei mir die HomeMatic Zentrale die 50 hat, mein erstes LAN-Gateway die 51, habe ich hier die 52 genommen. Das mit der festen IP-Adresse ist natürlich kein Muss, ich finde es aber persönlich gut, wenn bestimmte Geräte in meinem Netzwerk immer die gleiche IP-Adresse verwenden. Außerdem habe ich im Internet eine Empfehlung des ELV-Supports gefunden, welche eine feste IP-Adresse empfiehlt, um Verbindungsprobleme bei einem Neustart zu vermeiden. Über die folgende Funktion kann die IP-Adresse eingetragen werden:

(Startseite>Einstellungen>Systemsteuerung>Netzwerkeinstellungen)

Dann habe ich im Router ebenfalls die feste IP-Adresse definiert und was noch viel wichtiger ist, dem LAN-Gateway einen anderen Namen im Netzwerk vergeben. Das System würde sonst standardmäßig mit dem gleichen Namen starten wie die Original-RaspberryMatic. Ich habe hier „homematic-HMWLGW1“ gemacht.

In meinem Router sieht das dann so aus:

• Die Seriennummer des Systems ermitteln

Dazu in der WebUI (Startseite>Einstellungen>Systemsteuerung>LAN-Gateway Konfiguration) auswählen. Dort seht ihr dann nur ein Gerät, nämlich die Raspberry bzw. das RF-Funk-Modul mit der Seriennummer. Im Screenshot könnt ihr erkennen, das ich auf dem zukünftigen Gateway das durchgeführt habe.

Ihr müsst euch ein  wenig beeilen, weil die Seriennummer nach kurzer Zeit zu dem Eintrag „Standard“ wechselt. Wenn ihr nicht schnell genug wart, könnt ihr den Vorgang wiederholen. Die Seriennummer dann bitte notieren, weil ihr sie später benötigt um das LAN-Gateway in der HomeMatic Zentrale zu definieren.

• Über die SSH Konsole den nachfolgenden Befehl eingeben.

Mit diesem Befehl wird im Verzeichnis „usr/local“ eine Datei mit dem Namen „HMLGW“ angelegt. Wenn keine Fehlermeldung erscheint, hat der Befahl funktioniert. Es gibt keine OK Meldung. Ihr könnt ja sicherheitshalber kontrollieren ob das Verzeichnis angelegt wurde.

touch /usr/local/HMLGW

• Als letzten Schritt die Raspberry neu starten

Wenn ihr keine feste IP-Adresse verwendet habt, müsst ihr einen Bildschirm anschließen. Nachdem die Raspberry normal hochgefahren ist, erscheint auf dem Bildschirm  die folgende Ausgabezeile:

Arbeitet ihr ohne feste IP-Adresse bekommt das LAN-Gateway vom Router (DHCP) eine zugeteilt, die ihr euch jetzt notieren müsst. Bei der Vergabe einer festen IP-Adresse braucht ihr eigentlich keinen Bildschirm, weil die IP-Adresse ja bereits vorher festgelegt wurde und bekannt ist.

HINWEIS:

Wie bei dem Original HomeMatic LAN-Gateway wird auch hier keine WebUI beim Hochfahren im LAN-GW Modus in Betrieb genommen. Möchte man RaspberryMatic nicht mehr im LAN-Gateway Modus betreiben muss man lediglich via SSH/SFTP die Datei /usr/local/HMLGW löschen und RaspberryMatic neustarten. Danach sollte die Raspberry dann im normalen Modus hochfahren und die WebUI dann wieder verfügbar sein.

Zur HomeMatic Zentrale wechseln und LAN-Gateway einrichten

Nun ist der Zeitpunkt gekommen um sich wieder auf der eigentlichen RaspberryMatic HomeMatic Zentrale anzumelden.

In der WebUI muss nun unter

(Startseite>Einstellungen>Systemsteuerung>LAN Gateway Konfiguration)

das neue Gateway definiert werden. Auf dem Button „Hinzufügen“ klicken und folgende Eingaben machen:

An dieser Stelle müsst ihr die notierten Informationen (Seriennummer und IP-Adresse) eintragen, sowie einen Namen. Das Feld Zugriffscode könnt ihr freilassen. Die Seriennummer ist zwingend erforderlich. Nur mit IP-Adresse hat es bei mir nicht funktioniert. Zum Abschluss auf „OK“ klicken.

Nun ist ganz wichtig, das ihr auf den Button „Übernehmen“ klickt.

Es erscheint dann eine Meldung, dass die HomeMatic Zentrale neu gestartet werden muss. Dies solltet ihr meiner Erfahrung nach am besten über folgende Funktion machen:

(Startseite>Einstellungen>Systemsteuerung>Zentralen Wartung>Neustart)

Nach dem Neustart wieder über die WebUI Funktion die aktualisierte Definition anschauen.

(Startseite>Einstellungen>Systemsteuerung>LAN Gateway Konfiguration)

Das LAN-Gateway sollte nun mit den vorgegebenen Definitionen zu sehen und verbunden sein:

Weiter unten sind alle Geräte aufgelistet und ihr könnt über „Einstellen“ die Geräte definieren, die zukünftig über das LAN-Gateway kommunizieren sollen.

Im sich dann öffnenden Bildschirm könnt ihr das Gateway auswählen:

Nachfolgend seht ihr dann die geänderte Definition:

Damit ist auch die Definition in der HomeMatic Zentrale abgeschlossen und die Einbindung eines „W“LAN-Gateways auf einer Raspberry ist erfolgreich beendet.

Testbetrieb

Nachdem ich einige Aktoren dem neuen „W“LAN-Gateway zugewiesen habe, sind sowohl Programme als auch manuelle Aktionen ohne Probleme durchgeführt worden.

Ich habe auch beide Systeme (Zentrale und Gateway) einzeln gestoppt und wieder neu gestartet. Nach jedem Neustart haben sich die beiden wieder problemlos verbunden und die Aktionen liefen reibungslos weiter. Laut einer Aussage vom ELV-Support ist es an dieser Stelle wichtig eine feste IP-Adresse für das Gateway zu vergeben. Dadurch werden Verbindungsprobleme vermieden.

Über das Original HomeMatic LAN-Gateway habe ich in den Foren mehrfach gelesen, das es zu Verbindungsabbrüchen gekommen ist. Meine Installation läuft jetzt seit einer Woche ohne ein solches Problem. Ich werde aber weiter mit diesem „W“LAN-Gateway arbeiten und das Verhalten beobachten und bei Problemen hier berichten.

Einschränkung:

Aufgrund der kompakten Bauweise des Raspberry Pi3 befinden sich die Onboard WLAN Schnittstelle und das HomeMatic Funkmodul in unmittelbarer Nachbarschaft. Das führt dazu dass sich die beiden Funksignale mit der Standard Antenne so stark beeinträchtigen, dass fast kein Befehl mehr korrekt an die Aktoren gesendet wird (Flut von  Servicemeldungen)

Ich hatte trotz der externen Antenne (zum Artikel) dann auch sehr viele Servicemeldungen (Kommunikationsproblem zu Aktoren), weil sich diese dann auch noch zu dicht an der WLAN Schnittstelle befindet. Ich verwende bereits bei meiner HomeMatic Zentrale die folgende Anttene und kann diese uneingeschränkt empfehlen: „868 MHz Antenne HT250A H-TRONIC“ Seitdem habe ich keine Probleme mehr. Diese Einschränkung sollte man bei der Planung beachten, wenn man auf WLAN  umsteigen möchte.

Ich habe ebenfalls gelesen, dass durch ein Raspberry Gehäuse aus Metall die Leistung der Onboard WLAN Schnittstelle in ihrer Leistung eingeschränkt wird.

Fazit:

Abschließend möchte ich folgendes Zusammenfassen. Die Einrichtung lief auf der Raspberry wie beschrieben absolut problemlos. Nach einer Woche Testbetrieb kann ich sagen das ich keinen Fehler oder Problem gehabt habe. Somit zeigt sich das „W“LAN-Gateway auf der Raspberry wie das LAN-Gateway auf der Raspberry, welches bei mir bereits sei März einwandfrei funktioniert.