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FRBonjour !
Les communications sans fil sont la transmission de données sans câbles ni fils et sont au cœur de l'internet des objets.
Dans notre vie quotidienne, nous utilisons tous différentes normes de communication sans fil à des fins diverses, mais nous n'avons qu'une vague idée de la nature de ces systèmes de communication. Les dispositifs de communication sans fil peuvent parler différents langages, souvent appelés protocoles. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi il existe autant de protocoles sans fil au lieu d'un seul protocole universel pour toutes les normes industrielles ?
Les protocoles sans fil sont conçus pour fournir un ensemble de caractéristiques souhaitées par les industries, à savoir la fréquence, la consommation d'énergie, la portée, le débit de données, etc.
Types de protocoles :
Une entreprise privée possède un protocole propriétaire et utilise un logiciel propriétaire pour le mettre en œuvre. Ces protocoles sont souvent restrictifs et ne sont pris en charge que par les appareils de cette entreprise. Les clients doivent donc installer des appareils de la même société pour des raisons de compatibilité. En revanche, un protocole ouvert utilise des logiciels libres pour sa mise en œuvre. Il est librement disponible pour que les différents producteurs puissent l'intégrer dans leurs produits afin qu'ils fonctionnent les uns avec les autres. Les normes ouvertes gagnent toujours en popularité à l'heure actuelle en raison de leur ouverture en matière de compatibilité et d'interopérabilité. Le Wi-Fi et le ZigBee sont des exemples de normes ouvertes.
Bon, assez parlé de l'introduction. Examinons de plus près les deux protocoles les plus populaires utilisés dans nos installations domestiques intelligentes : Wi-Fi et ZigBee.
Wi-Fi :
Contrairement aux protocoles câblés, les systèmes sans fil utilisent les ondes du spectre radio pour créer un réseau d'appareils interconnectés. Ces réseaux sont mis en place pour transporter des données entre les appareils participants à certaines fréquences et largeurs de bande.
En ce qui concerne les réseaux, nous connaissons déjà les concepts de WAN et de LAN. Alors que le réseau local relie les utilisateurs au sein d'une zone restreinte telle qu'un bâtiment, le réseau étendu relie les utilisateurs à travers le monde. Lorsque des appareils sont connectés sans fil pour former un réseau local, on parle de réseau local sans fil (WLAN).
Nous connaissons tous le protocole Wi-Fi, une technologie WLAN largement utilisée dans le secteur de la maison intelligente, car les utilisateurs n'ont pas besoin d'acheter un contrôleur central séparé (Hub) pour créer et gérer le réseau pour les appareils intelligents, le routeur du réseau lui-même fera ce travail.
Bien que le Wi-Fi soit une méthode de communication sans fil largement utilisée, il n'est pas destiné aux appareils intelligents, en particulier lorsqu'ils fonctionnent sur batterie. C'est ce que beaucoup de gens ont dit, mais pourquoi ?
Tout d'abord, il convient de parler un peu des normes de l'IEEE. Les normes de l'IEEE sont fondamentales pour le développement d'appareils électroniques, électriques et mécaniques en établissant des protocoles cohérents qui peuvent être universellement compris et adoptés.
L'IEEE dispose de différents formats, dont l'un des plus remarquables est l'IEEE 802.11, qui est responsable de la mise en œuvre des réseaux locaux sans fil (WLAN) et facilite les transferts de données à grande échelle. Cette augmentation de la bande passante a toujours un prix à payer : une consommation d'énergie élevée. Le Wi-Fi convient donc aux appareils IoT à alimentation principale qui nécessitent une large bande passante, tels que les caméras de sécurité, les haut-parleurs intelligents et les téléviseurs intelligents, mais pas aux appareils fonctionnant sur batterie, tels que les capteurs. En outre, les appareils Wi-Fi dépendent toujours d'un service en nuage pour fonctionner.
Si ce n'est pas le Wi-Fi, alors quoi ?
L'approche de la maison intelligente est légèrement différente de celle du WLAN. Elle utilise le réseau personnel (PAN), qui relie les appareils dans l'espace personnel d'un individu. La taille du réseau PAN varie de quelques centimètres à plusieurs mètres. La version sans fil du PAN est appelée WPAN. Le WPAN est défini par la norme IEEE 805.15 et comprend 7 groupes de travail : WPAN/Bluetooth, Coexistence, High Rate WPAN, Low Rate WPAN, Mesh Networking, Body Area Networks et Visible Light Communication.
Le groupe de travail 4 (IEEE 805.15.4) est actuellement utilisé pour soutenir une solution à faible débit de données avec une autonomie de plusieurs mois et une très faible complexité, y compris ZigBee, 6lowPAN et TinyOS.
ZigBee :
ZigBee est une technologie populaire de réseau maillé sans fil à faible consommation d'énergie et à faible débit de données (WPAN à faible débit) basée sur la norme IEEE 802.15.4. ZigBee utilise 2,4 GHz (partout dans le monde), une fréquence de 915 MHz pour l'Amérique du Nord et l'Australie, et une fréquence de 868 MHz pour l'Europe.
Les dispositifs ZigBee se répartissent en trois types définis : un coordinateur, ou un dispositif d'extrémité.
Le coordinateur crée le réseau en premier lieu et stocke toutes les clés de sécurité. Il s'agit généralement d'un concentrateur ou d'un contrôleur de maison intelligente (comme les appareils Amazon Echo).
Le routeur est un dispositif Zigbee capable d'étendre le réseau à une plus grande distance du contrôleur. Il s'agit généralement d'un dispositif alimenté par le secteur, puisqu'il s'agit d'un dispositif actif du réseau.
Un appareil terminal est un appareil de base qui nécessite moins d'énergie et de mémoire pour remplir ses fonctions. Pour que la batterie dure le plus longtemps possible, les terminaux sont en mode veille lorsqu'ils ne sont pas utilisés.
Les caractéristiques qui rendent Zigbee souhaitable pour la maison intelligente sont les suivantes :
- Flexibilité : Prend en charge de multiples topologies de réseau telles que le point à point, le point à multipoint et le maillage.
- Faible cycle d'utilisation: La faible consommation d'énergie permet une longue durée de vie de la batterie.
- Faible latence : Peut facilement transporter des données entre les nœuds avec une latence minimale.
- Évolutivité : Prise en charge des réseaux de petite et de grande taille. Jusqu'à 65 000 appareils (en théorie), 240 appareils (en pratique).
- Fiabilité : Le système CSMA-CA garantit que les données sont transmises de manière fiable, même dans des conditions défavorables.
- Faible débit de données : 20-250 kbps.
- Sécurité : Zigbee utilise des clés de 128 bits et la norme de cryptage AES.
Coexistence du Wi-Fi et du ZigBee :
La bande de fréquence la plus courante pour Zigbee est de 2,4 GHz, comme pour le Wi-Fi, mais avec des largeurs de bande étroites. Par conséquent, lorsqu'un réseau ZigBee et un réseau Wi-Fi fonctionnent sur la même fréquence, il est important de planifier correctement les canaux afin d'éviter les interférences entre eux. Dans le cas contraire, c'est le réseau ZigBee qui en pâtit, car il s'agit d'un protocole à faible largeur de bande.
Pour la bande des 2,4 GHz, le Wi-Fi utilise le plus souvent les canaux 1, 6 et 11, qui ne se chevauchent pas. ZigBee, quant à lui, utilise les canaux 11 à 26 de la bande 2,4 GHz. La figure ci-dessous montre que les trois canaux Wi-Fi 1, 6 et 11, qui ne se chevauchent pas, utilisent les mêmes fréquences que les canaux ZigBee 11 à 26.
Si vous renoncez au canal Wi-Fi 11, ZigBee peut utiliser les canaux 24 et 25 sans aucune interférence du Wi-Fi. Le canal ZigBee 26 n'est pas utilisé par de nombreux dispositifs ZigBee, mais les produits Aqara prennent en charge le canal 26.
Par exemple, si votre réseau ZigBee ne comprend que des appareils Aqara, choisissez le canal 26, mais si les appareils proviennent de différents fabricants, il est conseillé d'utiliser le canal 24 ou 25, de préférence le canal 24 car presque tous les produits ZigBee prennent en charge ce canal.
Conclusion :
Si vous souhaitez transmettre plus de données plus rapidement, le Wi-Fi est plus approprié. Le Wi-Fi offre également une connexion plus sûre.
Le protocole Zigbee a des vitesses beaucoup plus lentes que le Wi-Fi, mais cela signifie que les appareils consomment beaucoup moins d'énergie. Grâce au réseau maillé, un système domestique intelligent équipé de dispositifs Zigbee peut se synchroniser de manière plus cohérente et bénéficier d'une connectivité plus étendue. ZigBee est toujours le meilleur choix pour les petits appareils fonctionnant sur batterie.
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