Les protocoles de communication radio Wi-fi, Bluetooth, Zwave, Zigbee ?

Dès lors qu’il s’agit de domotique ou de contrôle digital à distance, ou local par la voix pour interagir avec les technologies modernes, dont l’IoT, 4 protocoles de communication radio deviennent majeurs : Wi-fi, Bluetooth, Zwave, Zigbee. Aujourd’hui, les 2 premiers sont l’objet de cette attention. Un prochain article traitera les 2 derniers de la liste.

Le protocole de communication radio Bluetooth

Vous pouvez appelez Bluetooth un protocole ou une technologie : les 2 le rendent important pour les communications IoT à courte portée. Il est devenu cardinal dans l’informatique et dans la Smart Home. Plus l’Internet des Objets se développe, plus ce protocole de communication radio devient essentiel pour les produits portables, notamment en raison du contrôle local qui s’effectue de plus en plus depuis un Smartphone. Avec ou sans l’action de son utilisateur d’ailleurs !

Le nouveau protocole 5 de Bluetooth

La nouvelle technologie Bluetooth Low-Energy (BLE), ou Bluetooth Smart, est le doux nom de code sous lequel vous découvrez régulièrement le Bluetooth 5. Ce protocole est important pour les applications IoT, non seulement parce qu’il offre des possibilités similaires au Bluetooth traditionnel, mais surtout parce que la consommation d’énergie est considérablement réduite.

Le protocole 5 a le plus de débit et de portée, et BLE en est une déclinaison.

Des capacités très concurrentielles

Bluetooth 5 possède pour caractéristiques principales les suivantes :

  • 2x plus rapide (que la version précédente)
  • Portée 4x
    Bluetooth 4 = 50 m en extérieur contre 200 m pour le 5
    10 m pour le 4 contre 40 m en intérieur pour le Bluetooth 5
  • 8x Data

Une nouvelle avancée pour un protocole de communication radio quotidien

Les capacités de ce protocole de communication radio le mettent en concurrence directe avec un certain nombre de systèmes radio, notamment Zigbee et d’autres protocoles pour la lecture des compteurs. La publication de la version 5 (ce n’est pas non plus une 5.0 telle qu’annoncée dans un ensemble marketing…) a marqué une nouvelle étape dans l’évolution de Bluetooth en tant que partenaire technique et commercial étroitement couplé à 4GLTE et au Wi-Fi 802.11.

La plupart d’entre vous utilisez déjà le Bluetooth au quotidien : l’appareil fitness qui communique avec votre Smartphone, avec la fonction mains libres de la voiture ou lors de l’écoute de Spotify via un casque sans fil, etc.

Enfin la longue portée !

Bluetooth 5 est important pour plusieurs raisons. Il s’agit de la quatrième itération de Bluetooth Low Energy (BLE), mais c’est la première fois que BLE est associé à une option Bluetooth PHY et MAC à longue portée (1 600 mètres). Ceci ouvre une toute nouvelle gamme d’applications potentielles, y compris le balisage de la vente au détail sur de longues distances.

Quand votre véhicule vous signale que vous roulez trop vite, c’est également via Bluetooth (que vous pensiez n’avoir jamais activé).

Les défis actuels

La version 5 implique des défis de conception intéressants. La spécification BLE est intrinsèquement moins résistante aux interférences que le Bluetooth classique : les soixante-dix-huit canaux X 1 MHz existants dans la bande passante des 20 MHz à 2,4 GHz sont remplacés par trente-neuf canaux à deux MHz avec trois canaux fixes non saccadés au milieu et à la périphérie de la bande passante.

La coexistence de Bluetooth et Wifi a fait l’objet de recherches et de travaux approfondis depuis plus de 10 ans. Ce qui est désormais géré avec une efficacité surprenante dans un Smartphone, grâce à une combinaison de filtrage optimisé, analogique et numérique, et d’atténuation des interférences.

Une version Bluetooth 5G

L’introduction de la technologie Bluetooth haute rend nécessaire d’aborder comment le Bluetooth 5G s’associe techniquement et commercialement à la 5G, dont la 5G IOT.

Superficiellement, on pourrait considérer que Bluetooth et tous les systèmes basés du ISM à 2,4 GHz n’auraient pas besoin d’être pris en compte dans le processus de définition des produits et des normes 5G. Après tout, la mise en œuvre se concentre principalement sur la bande Ka à 26 GHz ou 28 GHz…

La saturation de la bande ISM à 2,4 GHz est telle, qu’elle deviendra de plus en plus inutilisable. C’est pourquoi, de manière pragmatique, la 5G va devenir une partie intégrante des plans de réaménagement du spectre pour les fréquences inférieures à 3GHz.

Il est également probable qu’il sera nécessaire de fournir des équipements utilisateur 5G de forte puissance. C’est notamment le cas des combinés de 1 et 3 watts pour la protection du public et les réseaux de services d’urgences BT EE dont le spectre de longueur d’onde est plus court. En d’autres termes, la géolocalisation avancée (ou AML, pour Advanced Mobile Location) permettra d’autres interactions sans action nécessaire de l’utilisateur du Smartphone.

Mais pour l’instant, il existe encore quelques soucis significatifs de coexistence entre les communications 5G sous 3 GHz systèmes et ISM 2,4 GHz, y compris le Bluetooth le Wi-fi.

Le protocole de communication radio Wi-fi

La connectivité Wi-fi est l’un des protocoles de communication radio les plus populaires. C’est devenu un choix évident pour de nombreux développeurs. La raison principale est sa disponibilité dans l’environnement domestique ou tertiaire, au sein de réseaux locaux.

Il existe une vaste infrastructure existante qui offre un transfert rapide de données et la capacité de gérer de grandes quantités de datas. Actuellement, la norme Wi-fi la plus utilisée dans les foyers et dans de nombreuses entreprises est la norme 802.11n. Cependant, ce protocole est aujourd’hui à double bande AC et dernièrement AD pour offrir jusqu’à 6,75 Gbit/s !

Ce protocole de communication radio convient aux transferts de fichiers. Par ailleurs, il fonctionne parfaitement bien dans les applications pour l’Internet des Objets, notamment avec les commandes vocales. Bien qu’il soit parfois trop énergivore pour ces applications.

Bientôt une interaction des réseaux mobiles et Wifi pris en charge par le système nomade

C’est lors d’un Mobile World Congress à Barcelone qu’a été déployé une expérience grandeur nature. Cette expérience avait pour but de montrer le potentiel avec un meilleur pont entre les réseaux mobiles et Wi-fi. Toute personne utilisant un périphérique Samsung Galaxy S9 (au minimum) sur le réseau sans fil local, pouvait se connecter de manière transparente et sécurisée sans authentification manuelle. Pas de portail, pas de saisie de mots de passe, pas de choix de SSID, pas de cartes de crédit.

Pour ce faire, le protocole de communication radio utilisait les informations d’identification déjà présentes sur les Smartphones. Par exemple, la carte SIM. Et même si l’opérateur ne prenait pas en charge le Wifi Passpoint, le mobil le faisait ! D’autres informations d’identification peuvent également être utilisées pour une expérience d’intégration sécurisée. Elles prennent en charge la connectivité vers les réseaux d’accès d’entreprise et publics, voire privé. De là, imaginez le potentiel en termes de domotique et de maison intelligente…

Vivement le wifi 6 GHZ ?

Le Wifi à 6 GHz est probablement la plus grande opportunité pour ce protocole de communication radio, depuis une génération. Lorsque cette amélioration sera totalement déployée, elle pourrait potentiellement plus que doubler le spectre Wifi. En effet, il pourra atteindre jusqu’à 4 fois plus d’options de déploiement de canaux à 160 MHz. Sachez qu’un grand nombre de PC actuels prennent déjà en charge les canaux 160 MHz… Cela signifie une gain de rapidité exponentiel, à condition d’avoir souscrit à un service domestique ou tertiaire adéquat.

Des débits théoriques de 4,8 Gbit/s que tous les fabricants d’appareils électroniques et d’applications digitales veulent obtenir. En utilisant la bande des 6 GHz, le Wi-fi va devenir très consommateur, d’où son nom Very Low Power (VLP).
Il sera également très performant : les perspectives sont de 2 Gbit/s à trois mètres. De quoi profiter d’une connexion 5G dans les meilleures conditions. Ceci est valable pour l’usage domestique, tertiaire et Iot incluant l’ensemble.

Comme beaucoup de technologies, les USA devraient être les premiers a en bénéficier, l’Europe suivra de façon similaire. Huawei a achevé le déploiement mondial de ses produits Wi-fi 6 (ou réseau 5G) destinés aux entreprises.

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Les protocoles de communication radio Zigbee et Z-WAWE

Avec l’apparition du concept de la maison intelligente, vous rencontrez rapidement des protocoles de communication radio tels que ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi et Bluetooth. Tout le monde connaît ces 2 derniers, mais quid des premiers ?

Le protocole de communication Zigbee

Vous trouvez Zigbee auprès de beaucoup de fabricants, dont :

Legrand

  • Des interrupteurs
  • Une passerelle Open Web
  • Un détecteur d’inondation
  • Etc.

Philips Hue

  • Ses lampes intelligentes et son système global d’éclairage
  • Des solutions pour les appareils souvent allumés en continu
  • Certaines ampoules OSRAM
  • Dont des spots

Proximité avec Bluetooth

Ce protocole de communication radio est similaire à Bluetooth : il s’utilise principalement dans les environnements industriels, mais vous le trouvez dans les bâtiments domestiques et tertiaires. Il présente des avantages significatifs dans les systèmes complexes, offrant un fonctionnement à faible consommation énergétique, une sécurité élevée, une robustesse et une haute performance. Il fonctionne avec les réseaux de capteurs et de contrôle sans fil dans les applications IoT.

La dernière version de ZigBee unifie les différents standards sans fil, en une seule solution. Ce protocole de communication radio garantit que vos appareils domotiques sont en contact les uns avec les autres. Il est connu comme étant un réseau fonctionnant en maillage, à savoir que chaque appareil est connecté à au moins 2 autres capteurs. C’est un gros avantage comparé à d’autres protocoles plus familiers, dont le Bluetooth, voire le Wi-fi.

Les avantages de Zigbee

Les appareils sous ZigBee consomment très peu d’énergie, et leur pile respective dure très longtemps. Certains capteurs fonctionnent même des années sans jamais avoir à la changer.

Un autre avantage est la transmission d’un signal sans fil : les périphériques ZigBee sont non seulement en contact avec un point central, tel que votre routeur, mais également entre eux. Les capteurs se transmettent des signaux, ce qui élargit la portée. Ce qui permet aux appareils de prendre en charge les fonctions des autres. Si un périphérique tombe en panne, le système pourra toujours communiquer, et l’utilisateur utilisera ses fonctions.

L’absence d’une gamme Wi-Fi traditionnelle

Les réseaux Wi-Fi traditionnels fournissent un accès Internet à tous vos appareils IoT, et la distance entre le routeur et l’appareil détermine la force du signal utilisé pour faire fonctionner les périphériques. La portée moyenne du signal Wi-Fi est comprise entre 30 et 100 mètres. Avec des murs épais, même 5 mètres peuvent être difficiles à atteindre, et le béton armé est souvent un défi.

C’est alors qu’apparaît l’avantage de la communication radio par maillage. Chaque produit fonctionnant avec ZigBee utilise une certaine puissance – telle qu’une lampe ou un détecteur de mouvement – pour répéter les signaux provenant d’autres périphériques du réseau. Si vous avez plusieurs produits ZigBee dans la maison, vous améliorerez la portée effective du signal. Cela signifie que vous pouvez maintenant atteindre les périphériques situés hors de portée de votre ancien signal.

ZigBee 3.0

ZigBee 3.0 définit la gamme la plus étendue de types d’appareils compatibles, notamment pour la domotique, l’éclairage, la gestion de l’énergie, les appareils intelligents, la sécurité, les capteurs et les produits de surveillance. Basé sur la norme IEEE 802.15.4, fonctionnant à 2,4 GHz – fréquence disponible dans le monde entier -, cette dernière version du protocole de communication radio utilise le réseau ZigBee PRO pour permettre une transmission fiable dans les appareils les plus petits et les moins gourmands en énergie.

Les produits certifiés ZigBee, ZigBee Home Automation et ZigBee Light Link, sont interopérables avec ZigBee 3.0.

Que pouvez-vous faire avec ZigBee?

Gradation et commutation faciles

L’utilisateur atténue ou allume ses lumières avec son Smartphone ou sa tablette, selon qu’il est à la maison ou en déplacement.

Il peut définir un programme qui atténue la luminosité de son éclairage avant de se coucher.

Par ailleurs, il est possible de colorer un intérieur avec des atmosphères. L’utilisateur peut choisir parmi 16,8 millions de couleurs !

Protéger un logement

Avec les capteurs ZigBee, vous pouvez surveiller votre maison à distance. L’utilisateur reçoit des notifications push sur sont Smartphone en cas d’urgence. Si le périphérique est associé à une caméra, IP, les données sont stockées localement sur un support SD, permettant à la personne concernée de contrôler elle-même les images. Il va de soi que cela se fait sans abonnement.

Automatiser davantage

L’utilisateur peut connecter ses lampes, voir si les luminaires sont allumés ou éteints, où qu’il soit. Les possibilités sont infinies.

Rendre compatible les différents périphériques

Les périphériques fonctionnant avec le même protocole de communication radio deviennent compatibles les uns avec les autres, quelle que soit la marque des produits.

Le protocole de communication radio Z-Wave

Egalement écrit Zwave parfois, ce protocole de communication radio est employé par diverses marques, dont :

Somfy

Des clés USB, des prises télécommandées, des micro récepteur d’éclairage, etc

Steinel

Comme des luminaires extérieurs à détection.

Z-Wave est une technologie IoT de communications RF de faible puissance conçue principalement pour la domotique, notamment pour les contrôleurs de lampes et les capteurs. Il est plus simple que certains autres.

Qu’est-ce que Z-Wave et quels sont ses avantages ?

Sans le savoir, il est possible que vous rencontriez Z-Wave lorsque vous recherchez des produits Smart Home. Il peut-être comparé au Wi-fi : il permet aux périphériques de communiquer efficacement entre eux.

Z-Wave VS Wi-fi

Z-Wave est un réseau en maillage, tout comme Zigbee. A la différence du Wi-fi, ce protocole de communication radio est conçu de manière à ce qu’un appareil reçoive le signal de l’émetteur, même si ce périphérique n’est pas directement connecté à l’émetteur. Le réseau Wi-fi nécessite par contre qu’il existe une connexion entre l’expéditeur et le destinataire. A ce titre, une série de luminaires connectés à un Smartphone ou à une tablette via le Wi-f, communique avec le hub, ce qui indique aux lampes ce qu’il faut faire. Tandis qu’en utilisant le réseau Z-Wave, les luminaires eux-mêmes peuvent s’envoyer le même signal (Zigbee fonctionne de la sorte également). Le pilotage de l’éclairage fonctionne toujours.

L’un des intérêt est aussi qu’un éclairage hors de portée d’un hub puisse toujours recevoir le signal. Imaginez, vous avez une lampe au rez-de-chaussée, au premier étage et à une grande distance comme le garage. La lampe du garage ne peut pas recevoir directement le signal du hub, mais peut le recevoir d’un périphérique plus proche, qui l’aura à son tour reçu du hub ou d’un autre luminaire, d’un thermostat de chauffage, des volets roulants ou d’une serrure connectée.

En termes d’utilisation d’énergie, il est également avantageux d’utiliser un réseau maillé : les appareils fonctionneront pendant des années sur pile sans avoir à être connectés au secteur. A titre de comparaison, les appareils qui fonctionnent avec le Wi-fi doivent toujours être connectés au secteur. Ils consomment ainsi plus d’énergie.

La force du protocole de communication radio Z-Wave

Avec un réseau Z-Wave, vous pouvez rajouter n’importe quel périphérique, comme une caméra de vidéo surveillance : elle fonctionnera sans effort au sein du réseau existant.

A chaque fois que vous installez un nouveau produit compatible Z-Wave, vous ajoutez un maillage supplémentaire au réseau Smart Home considéré. Celui du bâtiment devient plus puissant. Si l’un des périphériques tombait en panne, le réseau trouverait un nouvel itinéraire via d’autres appareils pour transmettre le signal.

Comparaison Z-Wave et ZigBee

Compatibilité

L’un des facteurs les plus importants dans la configuration ou l’extension d’un réseau de produits Smart Home est la compatibilité. Pour illustrer, vous achetez un détecteur de mouvement, vous devez pouvoir le connecter à votre système d’alarme existant et l’activer.

ZigBee est un réseau open source, les fabricants peuvent donc effectuer eux-mêmes des ajustements dans le logiciel afin de l’adapter au produit. En conséquence, tous les appareils Zigbee ne peuvent pas communiquer entre eux après les avoir installés. Si vous souhaitez étendre votre réseau Zigbee avec une marque différente, il faut toujours vérifier si le matériel peut coopérer avec vos périphériques actuels. Les grandes marques qui utilisent Zigbee incluent Philips et Samsung par exemple.

Z-wave est développé par une seule société, et tous les produits contiennent le même jeu de puces. Pour cette raison, presque tous les produits acceptant ce protocole de communication radio peuvent fonctionner ensemble. Et vous pouvez sans effort élargir un réseau avec des produits de différents fabricants. En théorie, vous pouvez relier toutes les marques de SMART caméras de sécurité à votre système d’éclairage ou de son, à condition qu’elles communiquent via Z-wave.

En pratique, toutefois, ces fonctionnalités doivent également être implémentées dans l’application du fabricant, ce qui n’est pas toujours le cas. Vérifiez donc également que les appareils Z-wave répondent à vos besoins et sont compatibles avec vos produits Smart Home actuels avant de les acheter.

Gamme et stabilité

Les appareils ZigBee et Z-Wave utilisent des signaux à une certaine longueur d’onde pour communiquer entre eux. Jusqu’où vont ces signaux ? Cela dépend entièrement du niveau de bruit dans l’environnement et varie de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres. En cause, le bruit électromagnétique de tous les appareils qui se transmettent des signaux. Plus un bâtiment accueille de périphériques, plus il y a de signaux. Les murs, les plafonds et autres objets situés entre l’émetteur et le récepteur ont également une influence sur la portée et la stabilité.

Les professionnels reconnaissent généralement que Z-Wave génère moins de bruit et est plus stable, car il utilise la fréquence de 868 MHz. Cette fréquence est plus difficilement perturbable par les appareils ménagers. Zigbee utilise la fréquence de 2,4 GHz, qui comprend les réseaux WiFi, Bluetooth, les fours à micro-ondes et de nombreux autres appareils.

Consommation d’énergie

Les appareils ZigBee et Z-Wave n’ont besoin que d’envoyer et de recevoir une quantité très limitée de données. Si un périphérique est configuré en tant que récepteur parce que le produit suivant est hors de portée de l’émetteur principal, techniquement il faut recevoir le signal, l’amplifier et le transmettre au périphérique suivant. Cela consomme un peu plus d’énergie et les récepteurs doivent donc généralement être connectés au secteur.

Quel est le meilleur : Z-Wave ou ZigBee ?

En conclusion, on peut logiquement se poser la question : quel est le meilleur protocole de communication radio ?

Une utilisation privée

Pour une utilisation privée, la réponse à la question est ni l’un ni l’autre.

Pour automatiser un logement, les 2 ont une autonomie suffisante, consomment peu d’énergie, sont bien sécurisés et disposent de nombreux produits compatibles avec le protocole considéré, voire compatibles avec les deux.

Vous pouvez également connecter suffisamment d’appareils dans les 2 cas pour rendre une maison complètement intelligente. Avec Z-Wave, le maximum est de 232, alors que Zigbee peut contenir jusqu’à 65 000 appareils sur un réseau.

Une utilisation professionnelle

Pour une utilisation professionnelle, les 232 périphériques peuvent rapidement être atteints. Zigbee permet de mettre en place un réseau plus étendu.

Si un consommateur est fidèle à une marque, ce choix doit être pris en compte. Par exemple, si vous avez déjà configuré un réseau étendu via Philips Hue, vous devez envisager d’acheter des produits ZigBee.

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