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ZigBee : tout savoir sur ce protocole de communication entre équipements

ZigBee est une technologie sans fil développée comme une norme mondiale ouverte pour répondre aux besoins uniques des réseaux IoT sans fil à faible coût et à faible puissance. Quel rôle a-t-elle à jouer dans ce nouveau monde de la maison intelligente ? 

Les appareils de maisons intelligentes ont inondé le marché ces dernières années. Ce que l’on appelait autrefois « domotique » est désormais inscrit dans une catégorie plus précise et plus ergonomique qu’on appelle actuellement maison intelligente. 

Depuis quelques années, on est entrée dans un monde plus connecté avec des hubs de dernières générations tels que les Amazon Echo et Nest Audio. Des hubs qui permettent notamment de relier tous vos objets connectés en un seul endroit à l’image de Samsung SmartThings ou encore de  Apple HomeKit.

Qu’est-ce que ZigBee ?

ZigBee est une norme mondiale ouverte pour la technologie sans fil. Une technologie conçue pour utiliser des signaux radio numériques de faible puissance pour les réseaux personnels.

Les appareils et les dispositifs qui intègrent ZigBee aident les gens à créer des maisons intelligentes.

Il s’agit donc d’un protocole qui devient rapidement populaire sur le marché des consommateurs. Le protocole de communication ZigBee est parfait pour votre maison intelligente. Il consomme beaucoup moins d’énergie que le Wi-Fi ou le Bluetooth.

ZigBee a été conçu pour fonctionner en mode veille jusqu’à la réception d’un signal. Ce qui signifie que même un appareil fonctionnant avec une seule pile AA peut durer des années.

Chaque produit est appelé un « nœud », une petite partie d’un réseau plus grand. Lorsque vous avez plus d’un produit dans votre maison qui est compatible avec ZigBee, vous créez un « réseau maillé ». Cela peut sembler déroutant, mais ne vous inquiétez pas, ce n’est pas le cas !

Le concept de maison intelligente

Une « maison intelligente » ou smart home est une maison équipée d’appareils qui communiquent entre eux. Des dispositifs qui communiquent parfois de manière transparente, parfois de manière plus difficile. Ces appareils, tels que votre bouilloire, votre climatisation, votre machine à laver et même votre système de sécurité, peuvent « communiquer » entre eux. Ce qui permet d’automatiser leurs fonctions et vous faire ainsi gagner du temps.

L’idée de base de la maison intelligente est de faire en sorte que tout se communique, afin que le propriétaire ou les occupants restent informés et que tous ces appareils le soient également. Par exemple, votre éclairage communique avec votre caméra de sécurité.

Le terme internet des objets ne signifie sans doute rien, mais on est désormais dans un monde où tout est connecté, où toute information peut être partagée. Ça implique aussi que vous pouvez contrôler votre vie sans que vous ayez à contrôler chaque objet connecté individuellement.

Tous ces objets connectés sont contrôlés par un système automatisé sur un réseau unique. Ainsi, les applications et appareils intelligents ont créé une maison intelligente. Une mise en garde, cependant, est qu’il existe de nombreuses entreprises qui produisent tous ces appareils connectés. Pour travailler ensemble sur le même réseau, ils doivent utiliser le même langage commun. C’est là qu’intervient Zigbee.

Qu’est-ce qu’un réseau maillé ?

On parle de réseau maillé (Mesh en anglais) lorsqu’une connexion réseau est dispersée entre différents nœuds. Ces nœuds sont capables de communiquer entre eux. Ils peuvent aussi partager une connexion à distance sur une vaste zone. Les nœuds sont des sortes d’émetteurs qui agissent à la manière d’un routeur sans fil. 

Zigbee peut supporter un réseau maillé. Ce qui signifie qu’il est capable d’augmenter la portée de la transmission des données et d’offrir plus de stabilité.

Avec Zigbee, vous ferez sans doute face à un nœud coordinateur principal ou maître. Il aura pour rôle de gérer d’autres nœuds connectés, tels que les versions plus récentes d’Amazon Echo. Ainsi, en cas de dysfonctionnement d’un nœud ou si celui-ci n’a pas la possibilité de communiquer avec un second nœud du réseau maillé, les deux nœuds peuvent communiquer.

Pour ce faire, ils se relient avec un troisième nœud toujours dans le réseau. Ainsi, chaque nœud sert de relais ou répéteur. Tous les nœuds interagissent lors de l’allocation des données, il s’agit donc d’un réseau maillé.

Mode de fonctionnement de ZigBee

Le réseau maillé fonctionne comme une marguerite. C’est un moyen très efficace d’envoyer des signaux sur une longue distance. Lorsque vous avez plusieurs appareils ZigBee dans votre maison, ils font rebondir les signaux les uns sur les autres pour augmenter la portée du signal. Cela signifie qu’il n’est plus nécessaire de démolir les murs de votre maison pour obtenir une meilleure puissance de signal.

ZigBee envoie des signaux sur une très basse fréquence de 2,4 GHz. Ce qui signifie qu’il n’interfère pas avec des éléments tels que votre réseau Wi-Fi, Bluetooth ou téléphonique. Cette basse fréquence permet également de réduire au minimum la consommation électrique des produits.

Les appareils ZigBee sont contrôlés par une « base domestique ». Il s’agit d’un concentrateur qui se connecte au réseau Wi-Fi de votre domicile ou, dans le cas de CarbonTRACK, au réseau Wi-Fi et à une carte SIM 3G (comme un téléphone portable) à l’intérieur du concentrateur. Ce dernier est relié à votre smartphone afin que vous puissiez contrôler vos appareils à partir d’une application. Avec un hub compatible avec ZigBee dans votre maison intelligente, vous pouvez connecter et contrôler jusqu’à 64 000 appareils !

Comment ces appareils communiquent-ils entre eux ?

La marque de l’appareil intelligent détermine le « langage » qu’il utilise pour communiquer. Ces langages, également appelés « protocoles », comprennent Wi-Fi, Zwave, Bluetooth et ZigBee.

Un protocole est un ensemble de règles selon lesquelles les appareils fonctionnent, afin qu’ils sachent comment se comporter. Chaque ensemble de règles ou « langage » est un peu différent. Ainsi, ZigBee peut parler à ZigBee, et Bluetooth peut parler à Bluetooth, mais ZigBee et Bluetooth ne peuvent pas se communiquer et se comprendre.

Imaginez une pièce remplie de personnes parlant anglais. La conversation est facilement compréhensible. Mais si vous ajoutez l’allemand et l’italien dans la conversation, les choses deviennent soudainement très difficiles à comprendre ! Lorsque vous apprenez plusieurs langues, le coût de votre formation augmente rapidement.

C’est au fabricant de décider combien de ces protocoles (ou langues) un produit prend en charge ou « parle ». Cela ne veut pas dire que vous êtes lié à une marque si vous optez pour un seul protocole. Il existe de nombreuses marques sur le marché qui sont multilingues, qui partagent des protocoles et qui prennent en charge plusieurs types de protocoles.

ZigBee Application

Qu’est-ce que l’Alliance Zigbee ?

C’est là que les choses deviennent légèrement confuses. Depuis sa création en 2002, la ZigBee Alliance — composée de centaines d’entreprises différentes utilisant la technologie ZigBee , comme Amazon, Samsung et Ikea — avait pour objectif de maintenir et de publier la norme.

Toutefois, depuis la formation de la norme plus unifiée pour la maison intelligente, Matter, en 2021, la Zigbee Alliance a été rebaptisée « Connectivity Standards Alliance » (CSA).

L’idée est que la CSA fera essentiellement pour Matter ce que la ZigBee Alliance a fait pour ZigBee.

Toutefois, les appareils et la technologie ZigBee ne disparaîtront pas du jour au lendemain en raison de ce récent changement. Il est probable que ZigBee continuera à se développer parallèlement à Matter. Selon toute vraisemblance créera une voie d’accès à la nouvelle norme au fil du temps.

Pile ZigBee 3

La pile de code ZigBee 3.0 intègre un « dispositif de base » qui a un comportement cohérent pour les nœuds d’autorisation dans un réseau. Un ensemble typique de moyens d’autorisation est fourni, en plus de la liaison par bit, une certaine technique d’autorisation de proximité. ZigBee 3.0 fournit une sécurité de réseau multipliée. Il existe deux genres de sécurité qui correspondent à deux types de réseaux :

  • Sécurité centralisée : Cette méthode fait appel à un coordinateur/centre de confiance qui forme le réseau et gère l’attribution des clés de sécurité du réseau et des liaisons à tous les nœuds d’intégrité.
  • Sécurité distribuée : Cette méthode n’a pas de coordinateur/centre de confiance et est formée par un routeur. Tout nœud de routeur ZigBee peut, par la suite, fournir la clé de réseau aux nœuds d’altération d’intégrité.

Les nœuds adoptent la technique de sécurité utilisée par le réseau dont ils font partie. ZigBee 3.0 prend en charge l’échelle et la qualité croissantes des réseaux sans fil et s’adapte aux grands réseaux natifs de plus de 250 nœuds.

ZigBee gère en outre le comportement dynamique de ces réseaux (avec des nœuds qui apparaissent, disparaissent et réapparaissent au sein du réseau) et permet aux nœuds orphelins, qui résultent de la perte d’un parent, de réintégrer le réseau via un parent spécial. La nature auto-réparatrice des réseaux maillés ZigBee permet en outre aux nœuds de quitter le réseau sans que le routage interne soit perturbé.

Quels sont les domaines d’applications de ZigBee

ZigBee permet la préparation à grande échelle de réseaux sans fil avec des solutions raisonnables et de faibles puissances.  

Voici alors quelques-uns des domaines variés dans lesquels la technologie ZigBee fait des progrès nécessaires :

  • L’énergie intelligente/le réseau intelligent,
  • l’AMR (Automatic Meter Reading),
  • les commandes d’éclairage,
  • les systèmes d’automatisation des bâtiments,
  • l’observation des réservoirs,
  • la gestion du chauffage, de la ventilation et de la climatisation,
  • les dispositifs médicaux,
  • et les applications de flotte

Automatisation industrielle 

Dans les industries de fabrication et de production, un lien de communication surveille souvent divers paramètres et instruments nécessaires. Ainsi, ZigBee élague considérablement cette communication, tout en optimisant la méthodologie de gestion.

La domotique

https://www.youtube.com/watch?v=K9nfeF6-0Fw&ab_channel=GuiPoM-G.test%C3%A9%21

ZigBee est parfaitement adapté à la gestion à distance des appareils domestiques. En effet, il y a la gestion :

  • du système d’éclairage,
  • des appareils,
  • du système de chauffage et de refroidissement,
  • des instruments de sécurité,
  • etc.

Compteurs intelligents 

Les opérations à distance de ZigBee dans les compteurs intelligents comprennent la réponse à la consommation d’énergie, le soutien à l’analyse, la sécurité contre le vol de puissance, etc.

Observation du réseau électrique intelligent 

Les opérations ZigBee dans ce réseau intelligent comprennent l’observation à distance de la température, la localisation des défauts, la gestion de la puissance réactive, etc. En fin de compte, tout ceci n’est qu’une description transitoire du style de la technologie ZigBee, les modes d’opérations, les configurations, et les applications. 

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