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Zigbee est l’un des protocoles de communication les plus populaires qui permettent à différents appareils domestiques intelligents de différents fabricants de fonctionner les uns avec les autres, mais comment cela fonctionne-t-il exactement et qu’est-ce qui le rend si bon pour plus de 400 entreprises de vouloir l’utiliser?
Zigbee fonctionne par le coordinateur, situé à la racine du réseau Zigbee, envoyant un message à un routeur qui transmet ensuite le message à un périphérique final avec des instructions pour effectuer une tâche spécifique. Il s’agit d’une norme de technologie sans fil bien adaptée aux communications sans fil à courte portée.
J’ai fait quelques recherches sur Zigbee pour en savoir plus sur son fonctionnement exact, où il est le plus couramment utilisé et les avantages qu’il offre par rapport aux autres protocoles sans fil comme le Wi-Fi et le Bluetooth. Ce que j’ai trouvé montre clairement pourquoi Zigbee est utilisé si fréquemment dans les maisons intelligentes.
Fonctionnement de Zigbee
Un réseau Zigbee typique contient trois types de périphériques différents : un coordinateur, des routeurs et des périphériques finaux. Ces appareils fonctionnent avec chacun pour transmettre des messages et des instructions du coordinateur central aux appareils finaux individuels, comme une ampoule.
Le coordinateur est l’appareil le plus performant et se trouve à la racine du réseau. Il n’y a qu’un seul coordinateur par réseau et il est responsable de l’exécution de plusieurs tâches.
Ils sélectionnent un canal approprié en effectuant un balayage de canal et en trouvant le canal le plus approprié avec le moins d’interférences, attribuent un identifiant unique au réseau, attribuent une adresse unique à chaque périphérique du réseau, initient et transfèrent les messages ou instructions au sein du réseau.
Les routeurs se trouvent entre le coordinateur et les périphériques finaux et sont responsables du routage des messages entre les différents nœuds.
Ils reçoivent des messages du coordinateur et les stockent ensuite jusqu’à ce que leurs enfants, les appareils finaux, soient en mesure de les recevoir. Les routeurs peuvent également autoriser d’autres routeurs et périphériques finaux à rejoindre le réseau ; ils assument cette responsabilité au coordinateur.
Les périphériques finaux contrôlent une très petite quantité d’informations ; juste assez pour communiquer avec le nœud parent qui pourrait être le coordinateur ou un routeur selon le type de réseau Zigbee.
Ils se mettent souvent en veille (nœud de veille), ce qui rend les appareils fonctionnant sur batterie parfaitement adaptés en tant que périphérique final.
Les appareils finaux ne communiquent pas directement entre eux, de sorte qu’une ampoule ne parle pas directement à une autre, par exemple.
Tout le trafic est d’abord acheminé vers le nœud parent, qui est généralement le routeur. Le routeur conserve ces données jusqu’à ce que le périphérique récepteur soit en mesure de les recevoir en étant éveillé.
Les périphériques finaux sont également responsables de demander tous les messages en attente au parent.
Qu’est-ce que Zigbee exactement?
Le terme Zigbee est beaucoup utilisé dans le monde de la maison intelligente, car il est annoncé sur l’emballage de nombreux appareils intelligents, mais de quoi s’agit-il exactement?
Zigbee est une norme de technologie sans fil spécialement conçue pour les communications sans fil à courte portée.
C’est un standard open-source qui a été développé par une société connue sous le nom de Zigbee Alliance formée en 2002 et qui regroupe maintenant des centaines d’entreprises à travers le monde.
Vous demandez peut-être: Pourquoi avons-nous besoin d’une autre norme de communication sans fil à courte portée alors que nous disposons déjà du Wi-Fi et du Bluetooth?
Zigbee est spécialement conçu pour les réseaux de contrôle et de capteurs où certains appareils sont surveillés et d’autres contrôlés. Le Wi-Fi et le Bluetooth ne sont pas assez adaptés à ce type de configuration.
Zigbee était la réponse à un besoin que beaucoup avaient. Il fournit une solution à faible coût pour les appareils de faible puissance avec un faible débit de données et fonctionne sur une courte portée.
C’est la norme la plus couramment utilisée dans l’IoT (Internet des objets). L’IoT fait simplement référence aux milliards d’appareils physiques dans le monde qui sont connectés à Internet et collectent et partagent des données.
Quand on y pense de cette façon, il est clair de voir à quel point Zigbee est populaire en tant que norme de communication sans fil, et pas seulement dans l’espace de la maison intelligente.
Différents types de réseaux Zigbee
Il existe trois principaux types de topologies de réseau Zigbee; étoile, maillage et arbre. Une topologie fait simplement référence à la disposition et à la disposition de différents éléments au sein d’un réseau de communication.
Topologie en étoile
La topologie en étoile est à la fois le type de Zigbee le plus simple et le moins coûteux à mettre en œuvre. Ils ne sont constitués d’aucun routeur et tous les périphériques finaux communiquent directement avec le coordinateur.
Le plus gros problème avec cette configuration est que si le coordinateur échoue, tout le réseau s’effondrera et aucun des périphériques finaux ne fonctionnera étant donné qu’il n’y a personne pour leur donner leurs instructions.
Les réseaux en étoile sont également limités par la portée du coordinateur lui-même et ne conviennent donc vraiment qu’au plus petit des réseaux composés de quelques appareils.
Topologie maillée
Dans la topologie maillée, chaque nœud est connecté à un nœud voisin, à l’exception des périphériques finaux qui ne sont connectés qu’à leur parent, un routeur.
Le coordinateur se connecte aux routeurs voisins qui se connectent ensuite aux autres routeurs les plus proches d’eux. Ainsi, certains routeurs peuvent se connecter au coordinateur et à un autre routeur, tandis que d’autres peuvent être connectés à trois ou quatre routeurs différents selon la taille du réseau.
Lorsqu’un appareil veut communiquer avec un autre, le message saute d’un appareil à un autre, en empruntant le chemin le plus court possible, jusqu’à ce qu’il atteigne sa destination.
Si un nœud particulier échoue, le réseau continuera à fonctionner car le message peut simplement être réacheminé en suivant un chemin différent. C’est ce qu’on appelle le « processus d’auto-guérison ».
La topologie maillée est bien adaptée aux maisons intelligentes car elles auront généralement plus d’appareils qu’une topologie en étoile ne convient vraiment.
Topologie arborescente
La topologie arborescente est très similaire à la topologie maillée, la seule différence réelle étant que les routeurs ne sont pas interconnectés.
Le coordinateur se connecte à tous les routeurs à proximité et les routeurs se connectent aux périphériques finaux à proximité, mais c’est l’étendue des connexions. Les routeurs ne s’associent pas entre eux et ne communiquent qu’avec le coordinateur et les périphériques finaux.
Il existe un autre type de configuration appelé réseau d’arborescence de cluster qui permet aux routeurs de se connecter les uns aux autres, ce qui élargit la portée du réseau.
Quelle Bande De Fréquence Zigbee Utilise-T-Elle?
Actuellement, il y a 3 bandes de fréquences qui sont assignées à Zigbee à utiliser.
La bande 868 MHz utilise le canal 0 et n’est disponible qu’en Europe et la bande 915 MHz utilise les canaux 1 à 10 et n’est disponible qu’en Australie et aux États-Unis.
La bande de fréquence de 2,4 GHz que vous connaissez probablement mieux peut être utilisée dans le monde entier et utilise les canaux 11 à 26.
Il convient de noter qu’un seul canal est sélectionné pour le réseau Zigbee à utiliser lors de sa première création.
Alors pourquoi est-ce important?
Les réseaux Zigbee et Wi-Fi existent le plus souvent dans le 2.Bande de 4 GHz et ont le potentiel d’interférer les uns avec les autres, le réseau Zigbee étant généralement celui qui prend le coup.
Comme vous avez probablement déjà un réseau Wi-Fi chez vous, un peu de planification est nécessaire lorsque vous prévoyez d’utiliser des appareils Zigbee pour vous assurer de ne pas subir ces interférences.
Ma recommandation serait d’envisager de changer le canal sur lequel votre réseau Wi-Fi fonctionne, en s’éloignant du canal 6 très encombré vers une partie moins encombrée de la bande de fréquences comme 1 ou 11.
Ceci est facilement modifié en vous connectant à la zone d’administration de votre routeur, en trouvant les paramètres sans fil et en modifiant simplement le canal sélectionné. Vous devrez peut-être désactiver la « sélection automatique des canaux » si elle est activée afin de pouvoir sélectionner manuellement votre canal préféré.
Il y a aussi la possibilité de passer à la bande 5 GHz qui est beaucoup moins encombrée que la bande 2,4 GHz, mais il y a beaucoup moins d’appareils qui peuvent utiliser cette bande et cela nécessiterait que vous ayez déjà un routeur bi-bande.
En plus de subir moins d’interférences sur vos appareils Zigbee, le changement de canal de votre réseau Wi-Fi peut également vous donner un peu plus de performances sur votre réseau.
Il y a de fortes chances que votre voisin n’ait pas changé de canal et, la plupart des produits expédiant en utilisant un canal par défaut de 6, vous utilisez plus que probablement le même canal. Cela pourrait causer des interférences pour vous deux.
Il existe de nombreux outils de numérisation sans fil différents qui peuvent être utilisés pour analyser l’activité sur chaque canal (celui-ci est gratuit et ne nécessite pas d’installation). Si vous constatez qu’il y a beaucoup de congestion sur un canal particulier, c’est un indice que vous devriez envisager de choisir un nouveau canal pour votre réseau.
Utilisations les plus courantes de Zigbee
Il existe de nombreuses utilisations différentes de la technologie Zigbee qui utilisent leur faible consommation d’énergie et leur faible taux de transfert de données.
Les plus courants sont la domotique, les systèmes de contrôle industriels, la collecte de données médicales, les avertisseurs de fumée et d’intrusion et les réseaux de capteurs sans fil.
L’objectif principal de la norme Zigbee est de collecter des informations ou d’effectuer certaines tâches de contrôle au sein d’un bâtiment.
Dans le cas de la domotique, au centre se trouve un contrôleur domotique plus communément appelé « hub »
Le hub se connecte à une passerelle, qui est généralement votre routeur Internet et constitue l’interface entre le hub Zigbee et Internet au sens large. Le contrôleur et la passerelle étant connectés l’un à l’autre, c’est ce qui vous permet de contrôler vos appareils domestiques intelligents à peu près où que vous soyez dans le monde.
Certains des appareils domestiques intelligents les plus courants prenant en charge Zigbee incluent des lumières, des serrures de porte et des interrupteurs; nous les examinerons de plus près plus tard.
Par exemple, sur le mur, vous pouvez avoir un interrupteur d’éclairage qui n’est pas connecté au réseau électrique et fonctionne uniquement sur piles.
Lorsque vous allumez ou éteignez l’interrupteur, un message est envoyé sans fil au contrôleur (le coordinateur au sein du réseau) qui relaie ensuite le message à l’ampoule correspondante pour l’allumer ou l’éteindre.
On dirait que Zigbee fonctionne de manière très similaire au Wi-Fi et au Bluetooth, alors pourquoi ne sont-ils pas simplement utilisés à la place?
Pourquoi Zigbee Est-Il Important?
Il y a plusieurs raisons importantes pour lesquelles Zigbee est utilisé dans certains scénarios comme ceux décrits ci-dessus et non Wi-Fi ou Bluetooth.
En termes simples, ni le Wi-Fi ni le Bluetooth ne conviennent dans des situations où peu d’énergie ni de données sont nécessaires, ou où se trouvent des centaines d’appareils sur le réseau.
Le Wi-Fi utilise beaucoup d’énergie en plus d’un débit de données élevé, ce qui est un peu exagéré dans de nombreux cas. Zigbee n’utilise pas beaucoup de l’un ou l’autre.
Bluetooth est uniquement capable de prendre en charge jusqu’à 7 appareils dans un réseau, alors que Zigbee peut en prendre en charge des centaines.
Comparons Zigbee avec le Wi-Fi et le Bluetooth et examinons les avantages qu’il apporte. Nous espérons que cela montrera à quel point Zigbee convient très bien à une maison intelligente.
Les avantages de Zigbee
L’un des principaux avantages de l’utilisation de Zigbee via Wi-Fi ou Bluetooth est qu’il consomme beaucoup moins d’énergie. Étant donné que les appareils passent la majorité de leur temps en mode d’économie d’énergie, ils fonctionneront généralement pendant plusieurs années sans que les piles aient besoin d’être changées.
Les appareils Zigbee fonctionnent également avec un débit de données très faible, en particulier lorsque vous le comparez au Wi-Fi et au Bluetooth. Alors que le Wi-Fi utilise environ 11 Mbps et que le Bluetooth utilise 1 Mbps, Zigbee utilise entre 20 et 250 Kbps. C’est une très petite quantité de données, mais elle reste suffisante pour l’application de Zigbee.
Même à 250 Kbps, Zigbee transfère des données environ quatre fois plus vite que le Bluetooth et quarante fois plus vite que le Wi-Fi.
Les appareils Zigbee fonctionnent très bien à courte portée à l’intérieur jusqu’à 100 mètres, mais cela s’étend à 300 mètres et au-delà à l’extérieur grâce à une ligne de visée.
Le temps nécessaire pour rejoindre un réseau Zigbee est également beaucoup moins long que les réseaux Wi-Fi et Bluetooth. Il faut environ 3 secondes pour rejoindre un réseau Wi-fi et Bluetooth peut prendre jusqu’à 10 secondes! Zigbee ne prend que 30 millisecondes pour se connecter.
Zigbee prend également en charge les petits et les grands réseaux. En théorie, vous pourriez avoir jusqu’à 6 500 appareils connectés à un seul réseau Zigbee, mais en réalité, il est plus probable que ce soit autour de 240. C’est encore beaucoup d’appareils dans le contexte d’une maison intelligente.
Les réseaux Wi-Fi prennent généralement en charge environ 32 appareils, tandis que Bluetooth en prend beaucoup moins en charge à environ 7.
Une autre raison pour laquelle de nombreuses entreprises se lancent à bord de Zigbee est à quel point il est bon marché à mettre en œuvre. Comparé au Bluetooth et au Wi-Fi, tous deux très complexes, Zigbee est une technologie très simple et facile à utiliser.
Il est également open-source, ce qui le rend encore moins cher pour les entreprises qui l’utilisent car elles n’ont pas à payer de droits de licence ou de redevances.
Zigbee est également très sécurisé.
Il utilise des algorithmes cryptographiques AES pour le cryptage et l’authentification des données; les mêmes que ceux utilisés par les banques, vous savez donc qu’il fait un excellent travail pour protéger les données.
Comme vous pouvez le voir, Zigbee offre de nombreux avantages non seulement pour les entreprises qui utilisent la technologie pour fabriquer leurs appareils ménagers intelligents, mais aussi pour nous en tant que consommateur.
Zigbee étant facile et moins cher à mettre en œuvre, cela signifie des coûts moindres pour nous lorsque nous venons acheter notre équipement de maison intelligente.
| Connexion Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| Débit de données | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| Temps pour rejoindre le réseau | 3 secondes | 10 secondes | 30 millisecondes |
| Nombre d’appareils pris en charge | 32 | 7 | 240 |
Quels Appareils Utilisent Zigbee?
Comme je l’ai mentionné plus tôt dans l’article, Zigbee a formé une alliance d’entreprises qui se sont inscrites pour utiliser le protocole lorsqu’elles conçoivent et fabriquent leurs produits.
L’alliance compte maintenant plus de 400 membres et entre eux, ils ont produit plus de 2 500 produits individuels qui fonctionnent avec Zigbee.
Regardez sur le site de Zigbee Alliance et vous verrez tous les grands acteurs du jeu de la maison intelligente comme Samsung avec sa gamme d’appareils SmartThings, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya et bien d’autres.
Vous pouvez voir tous les membres de l’Alliance Zigbee ici pour voir que vos appareils domestiques intelligents existants sont compatibles Zigbee.
Voici quelques-uns des appareils domestiques intelligents les plus connus que vous possédez peut-être déjà et qui ont été certifiés pour fonctionner avec le protocole Zigbee:
- Capteur polyvalent SmartThings
- Philips Hue
- Serrures intelligentes Yale
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Capteur de température et d’humidité Tuya
- Thermostat intelligent Ecobee
Devriez-Vous Vous soucier de Zigbee?
La question que vous vous posez probablement maintenant est de savoir si vous devriez vous soucier de Zigbee? Il est absolument essentiel que tous vos appareils domestiques intelligents fonctionnent avec Zigbee et vous devriez oublier tous les appareils qui utilisent uniquement le Wi-Fi?
Je ne pense pas que vous ayez trop à vous soucier de savoir si vos appareils utilisent Zigbee ou un protocole différent.
Cela rendrait certainement la vie un peu plus facile s’ils utilisaient tous le même protocole, mais en réalité, c’est très difficile à réaliser, surtout avec le grand nombre de périphériques différents qui sont tous produits par différentes entreprises.
Si vous voulez simplement que tout fonctionne avec un appareil Alexa ou Google et que vous ne voulez pas la complication supplémentaire d’un hub intelligent, comme la plupart d’entre nous, vous utiliserez une combinaison d’appareils Wi-Fi et Zigbee.
Si vous souhaitez le contrôle local fourni avec un concentrateur, les périphériques fonctionnant avec Zigbee seront votre option préférée.