ZigBee, XBee e IoT

ZigBee est un protocole de réseau sans fil qui fournit des spécifications pour l'arrangement et le fonctionnement de réseaux maillés à faible consommation et à faible débit de données qui sont utilisés dans une variété d'environnements. Il est intéressant de noter qu'il tire son nom des mouvements en zigzag caractéristiques des abeilles mellifères lorsqu'elles retournent à leur ruche, auxquels la fonction ad hoc et auto-organisatrice des filets ZigBee est comparée. Ce type de réseau est connu sous le nom de réseau personnel sans fil à faible débit (LR-WAN) et est connu pour sa faible consommation d'énergie, sa consommation d'énergie par batterie et sa facilité d'évolutivité. Ses capacités lui permettent d'être utilisé dans une variété d'applications qui nécessitent des fonctionnalités intégrées à long terme. Les réseaux ZigBee sont fréquemment utilisés pour effectuer des fonctions de surveillance et de contrôle sans fil, souvent en fonction de la puissance de la batterie.

Le développement de ZigBee a commencé à la fin des années 1990, basé sur le protocole IEEE 802.15.4, avec la première version des normes propriétaires publiée en 2002. Il est supervisé par la ZigBee Alliance, une organisation qui rassemble l'expertise de plus de 500 leaders de l'industrie et de la technologie, dont Amazon, General Electric et Comcast. ZigBee prend la couche physique et les contrôles d'accès aux supports (MAC) du protocole IEEE et ajoute:

• Une couche réseau
• Une couche applicative
• L'objet de périphérique ZigBee (ZDO)

ZigBee est continuellement affiné et mis à jour avec des objets d'application commerciaux et définis par le fabricant, sur la base des conseils de ses partenaires industriels. Les chipsets ZigBee sont intégrés dans des microcontrôleurs et d'autres objets pour une connectivité à faible latence entre les objets en réseau.

Zigbee est une technologie sans fil à faible coût utilisée pour les communications radio à courte portée et à faible consommation. Les appareils ZigBee sont presque exclusivement limités à une faible bande passante (1 MHz) sur les réseaux personnels.

La plupart des appareils commerciaux ZigBee fonctionnent à 2,4 GHz, bien que certains appareils fonctionnent sur d'autres bandes ISM telles que les bandes de fréquences 900 MHz et 868 MHz. ZigBee a un débit de transmission de données de 250 Kbit/s et une portée maximale de 10 à 30 mètres avec une consommation électrique nominale de 1 mW au minimum et de 100 mW au maximum.

La faible consommation d'énergie, les faibles débits de données et la courte portée rendent ZigBee idéal pour une utilisation dans des appareils de communication à faible consommation à proximité. ZigBee peut être intégré dans un réseau maillé pour des transferts de données à longue portée.

XBee est un dispositif de communication radio développé par Digi International pour la transmission de type étoile de faible puissance, point à point. idéal pour la technologie ZigBee. Il se compose d'une interface d'installation à 20 broches à l'aide de trous ou d'une installation en surface de 38 plots et d'un Connecteur U.FL ou un Antenne RP-SMA. Variations de la consommation d'énergie, de la fréquence RF et du type de antenne dépendent des différentes marques du produit.

Zigbee est couramment utilisé dans les réseaux maillés et dans les appareils alimentés par batterie à faible puissance. Son faible coût de transmission le rend idéal pour les appareils IoT (Internet des objets). surtout à courte portée. D'autres utilisations populaires de ZigBee incluent:

• Automatisation des bâtiments
• Systèmes de gestion de l'énergie
• Systèmes de divertissement à domicile
• Télécommandes
• Systèmes de gestion du trafic

ZigBee vs WiFi pour l'IoT

Bien que ZigBee et WiFi puissent fonctionner dans la même bande de fréquences, il s'agit de deux types distincts de communication sans fil et sont généralement utilisés à des fins différentes.

Les avantages et les inconvénients du Wifi sont éclipsés par les performances démontrables de ZigBee en tant que technologie de réseau personnel sans fil (WPAN), et lorsqu'il est correctement aligné avec une application, il peut surpasser le WiFi dans plusieurs domaines.

ZigBee est conçu pour les applications de surveillance et de contrôle qui nécessitent le déplacement de beaucoup moins de données sur des distances beaucoup plus courtes que le WiFi. Cela se reflète dans le débit binaire plus faible (250 kbps), la bande passante (un peu plus de 1 MHz) et les courtes distances sur lesquelles il fonctionne.

La norme de réseau maillé de ZigBee diffère du WiFi, une technologie WLAN qui a une topologie en étoile, chaque appareil en réseau étant connecté à un point d'accès central ou à un routeur. Par conséquent, le WiFi est capable de gérer beaucoup plus de données à des vitesses plus élevées et prend donc généralement en charge des réseaux et des calculs plus complexes. L'interconnectivité beaucoup plus grande entre les appareils signifie que ZigBee est hautement évolutif et ne repose pas sur un seul point d'accès doté du WiFi, mais l'ajout et la suppression d'appareils en réseau sont moins simples qu'avec le WiFi. Des distances plus courtes et des débits de données plus faibles signifient que la consommation d'énergie de ZigBee est beaucoup plus faible que celle du WiFi, ce qui le rend potentiellement utilisable dans les applications de l'Internet des objets, comme nous le verrons ci-dessous. En effet, sa faible consommation d'énergie est telle que les objets déployés ou les appareils en réseau M2M utilisant ZigBee peuvent être laissés pendant des mois sans recharger la batterie.

Avec les applications grand public et dans l'environnement domestique, le WiFi est une concurrence plus rude, car il est beaucoup plus facile à configurer. ZigBee a eu un avantage sur le marché de la maison intelligente parce qu'il a été conçu et commercialisé pour la connectivité à courte portée et le traitement local (sans cloud) requis par une variété d'applications domestiques. Mais contrairement à ZigBee, les normes WiFi 802.11ne nécessitent pas de hub ou de port de liaison spécifique pour leur fonctionnement et le WiFi n'a pas les problèmes d'interopérabilité et de compatibilité que l'on peut trouver avec ZigBee. Si un hub intelligent est indispensable, Google Assistant et Alexa sont entrés sur le marché pour fournir une organisation et une gestion de la maison intelligente compatible WiFi. Le prix des produits intelligents WiFi peut également être souvent plus bas. Cependant, le WiFi peut rapidement être surchargé et sujet à des interférences si plusieurs appareils sont empilés sur un seul réseau

ZigBee Applications

ZigBee est une technologie idéale pour les applications embarquées qui ont un échange intermittent de petits paquets de données avec des capteurs ou des dispositifs de contrôle en réseau. La consommation d'énergie est maintenue au strict minimum pour le fonctionnement des réseaux ZigBee et les appareils certifiés peuvent généralement démontrer jusqu'à deux ans d'autonomie de la batterie.

Une fois configuré, le réseau ZigBee n'est pas conçu pour des mobilités et des redéploiements répétés, mais plutôt pour la création d'un réseau de capteurs fixes sans fil programmables en fonction de l'utilisation souhaitée. Les objets correctement mis en réseau deviennent un Internet des objets, avec la possibilité de transférer des données entre eux, sans intervention humaine.

Les principales applications de ZigBee peuvent être largement divisées en domotique et contrôle industriel, où l'Internet des objets (IoT) et l'utilisation du M2M prédominent, mais les applications médicales et de sécurité sont également courantes. En voici quelques exemples clés.

Applications domotiques ZigBee

● Éclairage: L'éclairage domestique est un marché clé pour ZigBee qui permet aux utilisateurs de contrôler à distance et sans fil l'éclairage de leur maison. Les capteurs de présence, les interrupteurs temporisés et les fonctions de gradation sont des applications populaires, car ils augmentent la commodité et économisent de l'énergie.

● Thermostats: Le contrôle automatisé du chauffage domestique a le potentiel d'économiser des quantités importantes d'énergie et de coûts. Il existe de nombreux thermostats compatibles ZigBee qui fournissent le zonage et la programmation du chauffage domestique, des ventilateurs intelligents et de la climatisation grâce à des capteurs et des commandes compatibles ZigBee.

● Sécurité domestique: Ce marché en expansion implique généralement l'utilisation d'un réseau ZigBee Mesh crypté robuste. Un hub dédié surveille et communique avec des capteurs de mouvement et des porte-clés sans fil stratégiquement placés, et peut être connecté à l'éclairage de sécurité et aux serrures.

Applications industrielles et ZigBee IOT:

Au fil du temps, l'Alliance ZigBee a positionné cette technologie pour devenir la norme sans fil pour l'IoT. D'ici le milieu des années 2020, plus d'un milliard de ventes annuelles de chipsets ZigBee sont attendues, dont beaucoup sont destinés à être utilisés dans des applications industrielles M2M. Les comparaisons avec le WiFi et le Bluetooth partagées ci-dessous montrent qu'il s'agit d'une technologie maillée avantageuse pour l'industrie avec des contrôleurs, des capteurs et des nœuds ZigBee opérationnels dans de nombreuses applications déjà mises en œuvre, telles que:

• Éclairage public intelligent
• Surveillance des compteurs d'utilité publique
• Fabrication et usine intelligentes
• Moniteur minoritaire
• Irrigation agricole