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.

> En savoir + sur le protocole Z-Wave

> En savoir + sur le protocole Zigbee

D’autres protocoles de communication radio

Il existe un choix presque déconcertant d’options de connectivité pour les ingénieurs en électronique et les développeurs d’applications travaillant sur des produits et systèmes pour l’Internet des objets (IoT). Pour les installateurs de solutions domotiques, cela se traduit par devoir choisir le protocole de communication radio le mieux adapté au chantier considéré.

Précédemment, les avantages de Zigbee et Z-WAWE ont été abordés, ainsi que les bénéfices que représentent le Bluetooth et le Wi-fi dans cette configuration d’automatisation ou de pilotage autre que manuel. Mais il existe plusieurs nouvelles options bien étables comme le RFID, ou émergentes telles que Thread qui apparaît comme une alternative aux applications liées à la maison intelligente pour des utilisations plus étendues et dans la gestion des périmètres urbains.

Le protocole de communication 6LoWPAN

6LoWPAN mérite une attention particulière pour tout ce qui est réseau domestique sans fil, ainsi que Ipv6. Ce dernier est très intéressant aussi pour un réseau industriel, en plus du résidentiel. Ce dernier protocole est sans aucun doute l’avenir de la maison connectée. Enfin, dès lors qu’il s’agit de Smartphone pour piloter un système, NFC est digne d’intérêt, surtout s’il s’agit de sécurité.

En fonction de l’application, des facteurs tels que la portée, les exigences en matière de données, la sécurité, les exigences en matière d’alimentation et la durée de vie de la batterie dicteront le choix d’une technologie ou d’une combinaison de technologies.

Un protocole intéressant pour un usage domestique

Comme l’indique Wikipedia, 6LoWPAN est l’acronyme de IPv6 Low power Wireless Personal Area Networks ou IPv6 LoW Power wireless Area Networks. Si de nombreuses technologies de communication sont bien connues, telles que le Wi-fi ou le Bluetooth, ZigBee ou Zwawe, cette technologie se base sur l’IP (Internet Protocol) pour tout réseau domestique sans fil à faible puissance.

Une compatibilité Ethernet et Wi-fi

Plutôt que d’être à 100% une technologie de protocole radio pour des applications IoT, 6LowPAN permet également de définir les mécanismes d’encapsulation et de compression d’en-tête. La norme offre la liberté de bande de fréquence et de couche, et peut également être utilisée sur plusieurs plateformes de communication radio, dont l’Ethernet et le Wi-fi.

Les avantages de 6LowPAN

6LowPAN est un réseau maillé robuste, évolutif et capable de s’auto-réparer. Son avantage est que les périphériques maillés peuvent acheminer des données destinées à d’autres périphériques, tandis que les hôtes peuvent rester en veille pendant de longues périodes.

Rayon X de ce protocole de communication radio

Sa fréquence s’adapte et s’utilise sur divers autres supports réseaux, y compris Bluetooth Smart (2,4 GHz), ZigBee ou RF de faible puissance (inférieur à 1 GHz).

Le protocole de communication radio 6LowPAN est indiqué dans des applications où comptent des facteurs tels que :

• La portée et la temps écoulé entre l’envoi et la réception
• Les exigences en matière de données malgré la vitesse
• La sécurité et l’itinéraire emprunté
• Les exigences en matière d’alimentation
• La durée de vie de la batterie
• Etc.

Mise en situation

Pour illustrer la puissance de 6LoWPAN et mieux comprendre les point énumérés juste ci-dessus, imaginez un bâtiment résidentiel tel un immeuble : avec une antenne au deuxième étage et un récepteur à 1 mètre du sol, dans le parking, et malgré des murs de maçonnerie de 20 cm, la portée attendue de 6LoWPAN est de 116 mètres.

Bien sûr, ce n’est pas suffisant pour couvrir tous les parcours d’obstacles existant sur ce parking (si tant est que ce soit nécessaire), mais un bouquet de technologies peut s’envisager, notamment avec :

• La technologie BLE (Bluetooth Low Energy)
• ZigBee

Un excellent complément au Wi-fi : Thread

Thread est un tout nouveau protocole de réseau IPv6 basé sur l’IP, 100% destiné à l’environnement domotique. Basé plus particulièrement sur 6LowPAN, il n’est pas à proprement parlé un protocole d’application tel que Bluetooth ou ZWawe. Toutefois, d’un point de vue applicatif, il apparaît comme une excellent complément au Wi-fi, lequel devient vite limité dans une configuration domotique avancée. Aussi, pour simplifier sans entrer dans les détails trop techniques, nous le considèrerons comme un protocole à part entière.

La compatibilité de Thread

Thread est apparu en 2004 : c’est un protocole radio libre de redevances reposant sur diverses normes, notamment IEEE802.15.4. Pour rappel, IEEE802.15.4 est un protocole d’interface radio sans fil. Il est compatible également avec IPv6 et 6LoWPAN. Ce protocole fonctionne très bien dans le cadre d’un réseau maillé utilisant des émetteurs-récepteurs radio IEEE802.15.4. Il est capable de gérer jusqu’à 250 nœuds avec des niveaux élevés d’authentification et de cryptage.

La version de ZigBee de Google ?

Sa fréquence est de 2,4 GHz. Pour prendre un grand raccourci, vous pourriez le considérer comme la version de ZigBee de Google. Bien que cette proximité soit absolument vraie, puisque les mêmes puces pour Thread et ZigBee peuvent s’utiliser. Elles sont toutes deux basées sur 802.15.4.

Le futur des technologies connectées : IPv6

Qu’est-ce que l’IPv6 ?

L’IPv6 a été évoqué avec la présentation du protocole 6LowPAN. Pour autant, des différences importantes existent entre les 2. Pour faire simple, disons que l’IPv6 autorise les champs d’adresse IP 128 bits sous une forme particulière. 6LowPAN utilise plutôt une couche d’adaptation entre le réseau et la couche de transfert de données.

De même, IPv6 ne fournit pas de routage, mais juste un maillage (qui est notamment pris en charge par 6LowPAN). IPv6 a besoin d’une vitesse de liaison de 1280 octets, alors que 6LowPAN prend en charge 127 octets.

IPv6 (pour Internet Protocol version 6) est un élément clé dans le développement de l’Internet des Objets. Se posant en successeur de IPv4, ce protocole permet de conférer 5 x 1028 adresses pour chaque utilisateur dans le monde, permettant à tout objet ou périphérique domotique intégré dans le monde de disposer de sa propre adresse IP et de se connecter à Internet. Concrètement, IPv6 convient totalement aux applications pour l’automatisation résidentielle et industrielle. Il constitue un mécanisme de transport permettant de créer des systèmes de contrôle complexes. Il permet également de communiquer avec les périphériques de manière économique, via un réseau sans fil à faible consommation.

Ce protocole de communication radio est conçu pour :

• Envoyer des paquets IPv6 sur des réseaux IEEE802.15.4
• Implémenter des normes IP ouvertes (dont http que tout le monde connaît)

Il permet par exemple à un routeur de connecter le réseau à une IP.

Résumé historique de l’IPv6

Il y a environ 20 ans, l’IETF (Internet Engineering Task Force) qui est une organisation à but non lucratif chargée de créer de nouvelles technologies connectée, a proposé une meilleure solution face au problème représenté par Internet. Il est donc établi qu’IPv6 n’est pas un tout nouveau concept. Cela représente même (les plus sceptique se contenteront de lire certainement à la place !) le futur aux protocoles basés sur les IP. Il faudra encore un peu de temps pour cela, mais il prendra le relais un jour où l’autre.

NFC pour une interaction simple et sécurisée liée aux Smartphones

Un protocole de prédilection pour les applications sans contact

NFC est l’acronyme de Near Field Communication. C’est surtout une technologie permettant des interactions simples et sécurisées entre les appareils domotiques, particulièrement applicables aux Smartphones. Peut-être l’utilisez-vous déjà sans le savoir au quotidien : ce protocole permet aux consommateurs d’effectuer des transactions de paiement sans contact, d’accéder à du contenu numérique et de connecter des appareils électroniques entre eux.
La domotique et le concept de champ proche

Ce protocole de communication radio étend essentiellement les capacités de sa technologie au partage d’informations à une distance comprise entre 4 cm et parfois 10 cm, selon l’application. Sa fréquence est de 13,56 MHz. Le débit des données est de 100–420kbps. Même la domotique utilise cette communication en champ proche : lorsque vous passez votre Smartphone devant un lecteur de carte pour payer vos achats, vous utilisez probablement le protocole NFC. Voilà qui rappelle le RFID dont le nom est plus populaire. Pourtant le NFC est très apprécié dans l’Internet des Objets.

Le RFID pour les système sans alimentation électrique

Il existe 2 types d’identification par radiofréquence : active et passive. Ce protocole RFID a été spécialement conçu pour que les appareils sans alimentation puissent envoyer un signal. Dans la plupart des systèmes, l’une des parties d’un système RFID est alimentée, ce qui crée un champ magnétique, lequel induit un courant électrique dans la puce. Cette alimentation est suffisante pour que le système envoie avec une puissance correcte des données sans fil. C’est d’ailleurs à cette fin que les étiquettes RFID sont utilisées à des fins d’expédition et de suivi.

Protocoles de communication et applications IoT

Les 3 premières parties des protocoles de communication abordaient une vue d’ensemble de diverses possibilités radio impliquées dans les appareils connectés et les applications domotiques. Dans cette dernière partie, sont traitées principalement les applications IoT nécessitant des opérations sur de longues distances. Les meilleures solutions communiquent sur le bénéfice de pouvoir piloter les fonctions depuis un Smartphone, où que l’utilisateur soit ; il convient donc d’apporter cette radiographie. De même, longue distance peut faire référence aux applications dans les villes, où le transfert des données doit couvrir une zone élargie.

D’autant que de nos jours, l’Internet des objets couvre une vaste gamme de secteurs et de scenarii d’utilisations, allant d’un périphérique unique contraint à des déploiements massifs multiplateformes ou multimarques, et de systèmes Cloud se connectant en temps réel au système du bâtiment considéré.

Tout cela est lié à de nombreux protocoles de communication hérités et émergents qui permettent aux périphériques et aux serveurs de communiquer entre eux de manière nouvelle et davantage interconnectée. Dans le même temps, des dizaines d’alliances et de coalitions se forment dans l’espoir d’unifier le paysage fragmenté et organique de l’IoT.

Avec la 5G, LTE-M et Narrowband IoT (NB-IoT), il faut compter avec Sigfox. Cette nouvelle technologie optimise la consommation d’énergie et récupère l’énergie ambiante. Pour illustrer, NB-IoT permet à du matériel domotique d’avoir 10 ans d’autonomie, avec une batterie de 5 Wh. Ce que le cellulaire ne peut pas assurer, loin de là.

Les protocoles de communication cellulaire ?

Toute application IoT nécessitant des opérations sur de longues distances peut tirer parti des capacités de communication cellulaire GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G), LTE-M (5G). Bien que ces protocoles soient clairement capables d’envoyer de grandes quantités de données, en particulier pour la 5G, le coût ainsi que la consommation d’énergie seront trop élevés pour de nombreuses applications.

A titre indicatif, jusqu’à la 4G, les fréquences sont 900, 1800, 1900 et 2100MHz, avec une portée de 35 km maximum pour le GSM et 200 km pour le HSPA. Le débits de données est de 35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE). La différence entre la 4G et la 5G : 10 fois plus rapide.

Si une solution domotique utilise de la 2G à la 5G pour piloter à distance les appareils IoT, il faut savoir que l’application nécessite une source d’alimentation constante, ou doit pouvoir être rechargée régulièrement.

LTE, catégories 0, 1, et 3

Avec les classes LTE, plus la vitesse est faible, plus la puissance utilisée est faible. Les LTE Cat 1 et 0 conviennent généralement mieux aux appareils IoT.

LTE-M

Il s’agit du premier protocole sans fil cellulaire à avoir été conçu dès le départ pour les périphériques IoT. Le LTE-M est le choix de plusieurs opérateurs majeurs, dont Orange. Ce protocole est compatible avec les réseaux de téléphonie mobile existants. Vous le retrouvez dans les solutions devant transporter de la vidéo, dont la vidéosurveillance par conséquent.

Et contrairement au protocole suivant (NB-IoT), les échanges voix sont possibles sur le réseau. De même, il permet de piloter la mobilité des objets, ce qui est important dans l’IoT, même si l’on s’éloigne un peu de la maison connectée pour un usage traditionnel. Vous allez beaucoup en entendre parler avec les véhicules autonomes (ce qui reste des objets connectés en mouvement…).

NB-IoT

NB-IoT, ou IoT à bande étroite, est un autre moyen de communiquer avec les appareils à faible consommation. Huawei et Ericsson par exemple, sont des défenseurs actifs de ce protocole. Ils sont d’ailleurs impliqués dans sa mise en place.
NB-IoT utilise la fréquence 200 KhZ, qui était celle du réseau GSM. Ce protocole est adapté pour les parcs importants munis de capteurs fixes, tout en n’utilisant qu’un faible volume de données. Vous le retrouvez dans les applications de télémétrie pour les compteurs d’eau ou électriques quand ils sont connectés. Vodafone a également choisi cette technologie.

La 5G

La permet d’apporter de nouvelles fonctionnalités à l’offre actuelle d’objets connectés. Pour faire en sorte que ces enjeux aboutissent et afin de suivre l’évolution croissante du marché, les réseaux évoluent vers plus de virtualisation.
La 5G introduit de nouvelles architectures, de nouvelles fonctionnalités à tous les niveaux. Cela va de l’objet lui-même aux applications hébergées dans le Cloud, en passant par les diverses couches réseaux. Les usages que l’on fait de cette technologie sont divers et variés, dont à titre d’illustration :

• La maison connectée
• Les vidéos immersives
• La médecine 2.0.
• etc.

Sigfox, leprotocole entre Wi-fi et cellulaire

Sigfox est une technologie alternative à large gamme qui, en termes de portée, se situe entre le Wi-fi et le cellulaire. Il utilise les bandes ISM, qui sont libres d’utilisation sans qu’il soit nécessaire d’acquérir de licences pour transmettre des données sur un spectre très étroit vers et depuis des objets connectés.

A propos de Sigfox

Pour de nombreuses applications fonctionnant sur une petite batterie et ne nécessitant que de faibles niveaux de transfert de données, la portée du Wi-fi est souvent trop courte, alors que la téléphonie mobile consomme trop d’énergie. Sigfox devient alors très intéressant : le protocole de communication utilise une technologie appelée Ultra Narrow Band (UNB). Il ne gère que des vitesses de transfert de données faibles, allant de 10 à 1 000 bits par seconde. Il ne consomme que 50 microwatts, contre 5 000 microwatts pour la communication cellulaire. Les appareils utilisant Sigfox peuvent profiter d’une autonomie en veille de 20 ans avec une batterie de 2,5 Ah, alors qu’elle est de moins de 3 mois avec un protocole cellulaire.

Les avantage de Sigfox

Déjà déployé sur des dizaines de milliers d’objets connectés, lSigfox est en cours de déploiement dans de grandes villes d’Europe, notamment dans Royaume-Uni qui en compte une petite douzaine. Il offre :

• Robustesse
• Economie d’énergie
• Des possibilités d’évolution
• La capacité de communiquer avec des millions d’appareils fonctionnant sur batterie, et sur plusieurs kilomètres carrés

Il convient donc à diverses applications comme les compteurs intelligents, l’éclairage de rue et les capteurs environnementaux, etc. Le système utilise du silicium, ce qui offre des performances sans fil étonnantes, comme l’étendue de sa portée et une consommation énergétique extrêmement basses. Ceci pour des applications de réseau sans fil fonctionnant dans la bande inférieure à 1 GHz (sa fréquence est de 900 MHz). Sa portée dans un biotope rural est d’environ 30 à 50 km, contre 3 à 10 km dans un environnement urbain.

Lentement mais intelligiblement

Les systèmes sans fil SigFox envoient de très petites quantités de données (12 octets) très lentement (300 bauds) à l’aide de méthodes de transmission radio standard. La longue portée est accomplie à la suite de transmissions très longues et très lentes. Vous le retrouvez intégré dans beaucoup de dispositifs tels que des capteurs de stationnement ou des compteurs d’eau. Cette lenteur est ce qui explique en partie que cette technologie ait du mal à s’implanter aux USA par exemple, leur législation imposant une durée maximale de transmission d’une émission à 0,4 seconde. Alors qu’elle est de 3 secondes.

En fait, ce protocole de communication convient parfaitement à toute application devant envoyer de petites rafales de données peu fréquentes. Des éléments tels que les systèmes d’alarme de base, la surveillance d’emplacement et la simple mesure sont des exemples de systèmes monodirectionnels pouvant l’utiliser.

Neul, pour une couverture de communication de longue zone

Semblable au concept de Sigfox et fonctionnant dans la bande inférieure à 1 GHz, Neul exploite de très petites tranches du spectre pour fournie une haute couverture, garantir une faible consommation et un faible coût. Les systèmes sont basés sur la puce Iceni, qui communique sur une fréquence variant d’un pays à l’autre.

Ce protocole de communication sans fil est une technologie dite de réseau longue zone. Conçue pour l’IoT, la solution rivalise sans difficulté avec les autres systèmes de réseaux, dont le LTE. Les appareils connectés peuvent ne consommer que 20 à 30 mA avec des piles 2xAA ! Traduisez 10 à 15 ans dans les faits. Sa portée est de 10 km, maximum.

Pour les applications industrielles nécessitant un réseau étendu (WAN), et pour lesquelles il faut fournir de faible puissance, les protocole de communication ci-dessus affichent leurs limites. Il faut en effet une communication bidirectionnelle, sécurisée évidement, et à faible coût dans les environnements IoT. LoRaWAN semble convenir, avec une portée de 2 à 5 km en environnement urbain, et de 15 km dans un biotope suburbain.

En revanche, pour des applications incluant la notion de temps réel, UDP (User Datagram Protocol) est le protocole de communication adéquat. Il est basé sur le protocole Internet (IP).
Si la priorité absolue est la sécurité, Le protocole DTLS assure la confidentialité des communications attendue. Il permet aux applications de communiquer de manière à empêcher toute écoute illicite, ou la falsification des données transférées.

Mise à jour : Juillet 2024

Les protocoles de communication radio sont essentiels pour assurer la connectivité et l’interopérabilité des dispositifs dans les systèmes domotiques et industriels. En 2024, les avancées technologiques ont permis d’améliorer la fiabilité, la sécurité et la portée de ces protocoles. Cet article met à jour les informations sur les principaux protocoles utilisés, leurs avantages et leurs applications spécifiques.

Les Protocoles de Communication Radio en 2024

Zigbee

Zigbee continue d’être un choix populaire pour les réseaux de capteurs sans fil et les applications domotiques. En 2024, la norme Zigbee 3.0 a été largement adoptée, offrant une meilleure interopérabilité entre les différents fabricants. Zigbee est apprécié pour sa faible consommation d’énergie, ce qui le rend idéal pour les dispositifs alimentés par batterie. De plus, sa capacité à former des réseaux maillés améliore la couverture et la fiabilité des communications.

Z-Wave

Z-Wave reste un acteur majeur dans le domaine de la domotique. La version la plus récente, Z-Wave 700, offre des améliorations significatives en termes de portée et de consommation d’énergie. Z-Wave est particulièrement apprécié pour sa simplicité d’installation et sa robustesse. En 2024, de nombreux fabricants ont intégré Z-Wave dans leurs produits, garantissant une large compatibilité et une facilité d’intégration dans les systèmes existants.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Low Energy (BLE) a gagné en popularité grâce à sa faible consommation d’énergie et à sa capacité à se connecter rapidement aux dispositifs mobiles. En 2024, BLE est largement utilisé dans les dispositifs portables, les capteurs de santé et les applications domotiques. La norme Bluetooth 5.2 introduit des améliorations en termes de portée, de débit de données et de sécurité, rendant BLE encore plus attractif pour les applications nécessitant des communications fiables et sécurisées.

Wi-Fi

Le Wi-Fi reste un choix incontournable pour les applications nécessitant des débits de données élevés et une large couverture. En 2024, la norme Wi-Fi 6 (802.11ax) est largement adoptée, offrant des performances améliorées en termes de débit, de latence et de capacité de réseau. Le Wi-Fi est particulièrement adapté aux applications de streaming vidéo, de jeux en ligne et de télétravail. De plus, la compatibilité avec les réseaux existants facilite l’intégration des nouveaux dispositifs.

LoRaWAN

LoRaWAN est un protocole de communication longue portée et basse consommation, idéal pour les applications IoT industrielles et les réseaux de capteurs étendus. En 2024, LoRaWAN continue de se développer, avec des améliorations en termes de sécurité et de gestion de réseau. Sa capacité à couvrir de vastes zones avec un nombre limité de passerelles en fait un choix privilégié pour les applications de surveillance environnementale, de gestion de l’énergie et de suivi des actifs.

Comparaison des Protocoles de Communication Radio

Consommation d’Énergie

La consommation d’énergie est un facteur clé dans le choix d’un protocole de communication radio. Zigbee et BLE sont particulièrement efficaces en termes de consommation d’énergie, ce qui les rend adaptés aux dispositifs alimentés par batterie. Z-Wave offre également une bonne performance énergétique, tandis que le Wi-Fi, bien que plus gourmand en énergie, est préféré pour les applications nécessitant des débits de données élevés.

Portée et Couverture

La portée et la couverture varient considérablement entre les protocoles. LoRaWAN offre la plus grande portée, pouvant couvrir des kilomètres avec une seule passerelle. Zigbee et Z-Wave, avec leurs capacités de réseau maillé, offrent une bonne couverture dans les environnements domestiques. Le Wi-Fi, bien que limité en portée par rapport à LoRaWAN, offre une couverture suffisante pour la plupart des applications domestiques et professionnelles.

Sécurité

La sécurité des communications est une préoccupation majeure pour les utilisateurs. En 2024, tous les principaux protocoles de communication radio ont intégré des mesures de sécurité robustes. Zigbee et Z-Wave utilisent des mécanismes de cryptage avancés pour protéger les données. BLE, avec la norme Bluetooth 5.2, offre des améliorations significatives en termes de sécurité. Le Wi-Fi 6 intègre également des fonctionnalités de sécurité avancées, telles que WPA3, pour protéger les réseaux contre les intrusions.

Interopérabilité

L’interopérabilité est essentielle pour assurer une intégration fluide des dispositifs de différents fabricants. Zigbee 3.0 et Z-Wave 700 ont été conçus pour maximiser l’interopérabilité, permettant aux utilisateurs de combiner des dispositifs de différents fabricants sans problème. BLE et Wi-Fi bénéficient également d’une large adoption, garantissant une compatibilité étendue avec une variété de dispositifs et de plateformes.

Applications des Protocoles de Communication Radio

Domotique

Les protocoles de communication radio jouent un rôle central dans les systèmes domotiques. Zigbee et Z-Wave sont largement utilisés pour contrôler les éclairages, les thermostats, les serrures de porte et les capteurs de sécurité. BLE est souvent utilisé pour les dispositifs portables et les capteurs de santé, tandis que le Wi-Fi est préféré pour les caméras de sécurité et les dispositifs nécessitant des débits de données élevés.

Industrie

Dans le secteur industriel, LoRaWAN est souvent utilisé pour les applications de surveillance à grande échelle, telles que la gestion de l’énergie, la surveillance environnementale et le suivi des actifs. Zigbee et BLE sont également utilisés pour les réseaux de capteurs industriels, offrant une communication fiable et économe en énergie. Le Wi-Fi est utilisé pour les applications nécessitant des débits de données élevés, telles que la surveillance vidéo et le contrôle des processus en temps réel.

Santé

Dans le domaine de la santé, BLE est largement utilisé pour les dispositifs portables et les capteurs de santé, grâce à sa faible consommation d’énergie et à sa capacité à se connecter rapidement aux dispositifs mobiles. Zigbee et Z-Wave sont également utilisés pour les systèmes de surveillance à domicile, offrant une communication fiable et sécurisée. Le Wi-Fi est utilisé pour les applications nécessitant des débits de données élevés, telles que la télémédecine et la surveillance à distance des patients.

FAQ

Quels sont les principaux avantages de Zigbee 3.0 ?

Zigbee 3.0 offre une meilleure interopérabilité entre les dispositifs de différents fabricants, une faible consommation d’énergie et la capacité à former des réseaux maillés pour une couverture améliorée.

Comment Z-Wave 700 améliore-t-il les performances par rapport aux versions précédentes ?

Z-Wave 700 offre une portée améliorée, une consommation d’énergie réduite et une meilleure compatibilité avec les dispositifs existants, facilitant l’intégration dans les systèmes domotiques.

Quelles sont les principales améliorations de Bluetooth 5.2 ?

Bluetooth 5.2 améliore la portée, le débit de données et la sécurité des communications, rendant BLE encore plus attractif pour les applications nécessitant des communications fiables et sécurisées.

Pourquoi le Wi-Fi 6 est-il préféré pour les applications nécessitant des débits de données élevés ?

Le Wi-Fi 6 offre des performances améliorées en termes de débit, de latence et de capacité de réseau, ce qui le rend idéal pour les applications de streaming vidéo, de jeux en ligne et de télétravail.

Quels sont les avantages de LoRaWAN pour les applications IoT industrielles ?

LoRaWAN offre une longue portée et une faible consommation d’énergie, ce qui le rend idéal pour les applications de surveillance environnementale, de gestion de l’énergie et de suivi des actifs.

Comment les protocoles de communication radio assurent-ils la sécurité des données ?

Les protocoles de communication radio intègrent des mécanismes de cryptage avancés et des fonctionnalités de sécurité pour protéger les données contre les intrusions et les attaques.

Quels protocoles de communication radio sont les plus adaptés aux dispositifs alimentés par batterie ?

Zigbee et BLE sont particulièrement adaptés aux dispositifs alimentés par batterie en raison de leur faible consommation d’énergie.

Comment les protocoles de communication radio assurent-ils l’interopérabilité entre les dispositifs de différents fabricants ?

Zigbee 3.0 et Z-Wave 700 ont été conçus pour maximiser l’interopérabilité, permettant aux utilisateurs de combiner des dispositifs de différents fabricants sans problème.

Quels sont les principaux usages de BLE dans le domaine de la santé ?

BLE est largement utilisé pour les dispositifs portables et les capteurs de santé, grâce à sa faible consommation d’énergie et à sa capacité à se connecter rapidement aux dispositifs mobiles.

Pourquoi le Wi-Fi est-il préféré pour les caméras de sécurité et les dispositifs nécessitant des débits de données élevés ?

Le Wi-Fi offre des débits de données élevés et une large couverture, ce qui le rend idéal pour les caméras de sécurité et les dispositifs nécessitant des communications rapides et fiables.