Le protocole ZigBee Home Automation

Alors que nous nous dirigeons vers un monde plus connecté et «plus intelligent» grâce à la technologie des réseaux sans fil, le défi consiste à normaliser cette technologie. L'unification est nécessaire pour améliorer une expérience utilisateur pure concernant le choix, la configuration et le fonctionnement du produit, y compris l'interopérabilité des produits de différents fabricants. Ce sont des ingrédients essentiels pour la confiance et l'acceptation des consommateurs. Les gadgets pour la maison intelligente sont la partie visible du système, mais il y a une histoire de haute technologie derrière, les connectant tous et faisant fonctionner le monde intelligent dans son ensemble. ZigBee est un protocole domotique qui a été à l'origine inventé pour être utilisé dans les réseaux personnels (PAN). C'est la plate-forme à faible coût, à faible consommation d'énergie et hautement compatible qui est largement utilisée, et si vous avez un appareil intelligent, il est très probable que vous utilisiez ce protocole, que vous le sachiez ou non. Image de TecHome Builder L'ensemble du système de ZigBee est assez compliqué, mais voyons en termes simples ce qui rend ce protocole avancé par rapport aux autres et le place devant tous!

L'histoire

Au début, il y avait le Bluetooth et le Wi-Fi, qui se sont imposés comme des normes dans les domaines d'appareil à appareil et à haut débit, tels que le streaming vidéo et audio, mais le faible débit et le faible débit de données le domaine de la surveillance et du contrôle restait alors ouvert. Cependant, ils n'étaient pas adaptés à certaines applications, et de nombreux ingénieurs ont vu le besoin de réseaux radio numériques ad hoc auto-organisés. Ainsi, en 1998, les réseaux de style ZigBee ont commencé à être créés. Le nom de cette technologie dérive d'un processus trouvé dans la nature. Lorsque les abeilles rentrent dans leur ruche, elles exécutent la soi-disant danse de waggle à laquelle le nom ZigBee fait référence. La ZigBee Alliance est un consortium de plus de 300 entreprises technologiques qui pilotent et réglementent le développement de cette norme domotique. La norme IEEE 802.15.4, sur laquelle le protocole ZigBee est basé, a été achevée en mai 2003. A cette époque, Philips Semiconductors était un grand partisan du réseau maillé, mais ils ont cessé son investissement. Heureusement, Philips Lighting a poursuivi la participation de Philips au projet, et Philips est resté un membre promoteur du conseil d'administration de la ZigBee Alliance. Ainsi, à mesure que le protocole augmentait, il en allait de même de la ZigBee Alliance – en 2004, il a doublé en plusieurs entreprises membres – il était passé à plus de 100 membres dans 22 pays. Le doublement de la croissance de l'Alliance s'est également poursuivi en 2005. Image de Circuit Cellar Les spécifications ZigBee ont été ratifiées en décembre 2004 et accessibles au public en juin 2005, connues sous le nom de spécifications ZigBee 2004. La version suivante, connue sous le nom de spécification ZigBee 2006, a été achevée et publiée pour disponibilité immédiate des membres en septembre 2006. Plus tard, au dernier trimestre 2007, ZigBee PRO, la spécification ZigBee améliorée a été finalisée et publiée.Le nouveau chapitre de l'histoire de ZigBee est ZigBee 3.0, qui est également basé sur ZigBee PRO. ZigBee 3.0
Conserve toutes les fonctionnalités précédentes mais unifie les profils d'application pour permettre à tous les types d'appareils
connectez-vous sans fil au même réseau. Cela signifie que vous pouvez connecter différents appareils fabriqués par différents fabricants et les faire fonctionner ensemble. Récemment, la ZigBee Alliance a publié «Dotdot» – un programme qui étendra la technologie d'interopérabilité au-delà de ZigBee. Dotdot, un langage universel pour l'Internet des objets, permet aux gadgets intelligents de fonctionner ensemble sur n'importe quel réseau, ouvrant de nouveaux marchés pour les membres et unifiant l'Internet fragmenté des objets.

Comment ça marche?

Comme Z-Wave, il utilise une communication par radiofréquence de faible puissance, ce qui entraîne une longue durée de vie de la batterie pour ZigBee utilisant des appareils. Le protocole est basé sur la norme IEEE 802.15.4 et est largement considéré comme une alternative au Bluetooth et au Wi-Fi. Au moins pour les applications où la quantité de données transférées est relativement faible car ses débits de données varient de 20 kbit / s (bande 868 MHz) à 250 kbit / s (bande 2,4 GHz). Les appareils ZigBee peuvent communiquer sur une portée d'environ 250 pieds (76 m) et donc dépasser même les spécifications Bluetooth concernant la portée, mais au prix de la bande passante. Bluetooth peut transmettre des paquets à une vitesse pouvant atteindre 1 Mo / s. L'image d'iJunoonZigBee prend en charge jusqu'à 65 000 nœuds par réseau. La découverte des appareils se fait via Unicast ou Broadcast.Une autre similitude avec Z-Wave est la prise en charge d'un réseau maillé qui permet l'expansion du réseau sur plusieurs nœuds sans fil qui renforcent le signal et augmentent la zone accessible tout en rendant la communication encore plus stable et fiable. Mais qu'est-ce que cela signifie? Il existe plusieurs topologies dans lesquelles la connexion peut fonctionner. Cependant, les configurations les plus couramment utilisées sont les topologies en étoile, en arborescence de cluster et en maillage, et ZigBee les prend en charge toutes les trois.

Composants technologiques

Il existe trois types de périphériques différents dans une infrastructure ZigBee typique: Dispositif de coordination, routeur et fin Les topologies sont basées sur la disposition du coordinateur, du routeur et des périphériques d'extrémité. Le coordinateur est la racine du réseau et peut également être un pont vers d'autres réseaux. La plate-forme ne nécessite qu'un seul coordinateur dans chaque réseau car c'est l'appareil qui a démarré le système initialement. Le routeur exécute une fonction d'application, et il peut agir comme un routeur intermédiaire, transmettant des données entre les appareils. Les terminaux sont des gadgets intelligents. Ils contiennent suffisamment de fonctionnalités pour parler au coordinateur ou à un routeur. Sur le schéma ci-dessous, différentes topologies sont présentées, de sorte que vous comprendrez clairement la signification des topologies en étoile, en arborescence de cluster et en maillage.Image from ElProCus Le réseau ZigBee peut être beacon et non beacon-enabled. Dans les réseaux équipés de balises, les routeurs ZigBee transmettent des balises (signaux) périodiques pour confirmer leur présence à d'autres nœuds de réseau (appareils). Les nœuds peuvent dormir entre les balises et réduire leur cycle d'utilisation et prolonger la durée de vie de leur batterie. Les thermostats sont un excellent exemple des dispositifs de balise. Ils envoient le signal lorsque la température ou le programme change, mais entre les deux, aucun signal n'est envoyé. Dans les réseaux sans balise, les routeurs ont leurs récepteurs actifs en permanence, nécessitant une alimentation plus robuste. Le protocole fonctionne avec les deux types de réseaux, il n'est donc pas nécessaire de planifier celui que vous utiliserez.Toutes ces fonctionnalités permettent à la plateforme ZigBee de fonctionner avec un large éventail d'utilisateurs tels qu'Amazon, Comcast, Honeywell, Huawei, Philips, SmartThings , Texas Instruments, Belkin, Ikea, Lutron, Nokia, Osram, Bosch, Indesit, Samsung, Velux, Humax, Panasonic, Miele et autres. En outre, de nombreux appareils tels que les interrupteurs d'éclairage et les systèmes d'éclairage, les prises, les serrures et les contrôleurs de porte, les sonnettes, les alarmes, les stores et les contrôleurs de fenêtre, les thermostats et les pompes à chaleur sont compatibles.

La sécurité

Les fabricants d'appareils domestiques intelligents qui utilisent la norme ZigBee visent la commodité au détriment de la sécurité. De nombreuses entreprises ouvrent une vulnérabilité importante avec ZigBee, en connectant des appareils domestiques intelligents, ce qui pourrait permettre aux pirates de prendre le contrôle de vos appareils intelligents. Et cela pourrait être un problème si vous vous confiez à des choses comme un système d'alarme intelligent ou une serrure de porte connectée pour la sécurité à domicile.Image de l'IoT – WordPressDepuis ses débuts, la ZigBee Alliance a suivi en permanence les tendances de la sécurité dans l'industrie et a travaillé avec des chercheurs pour rester en avance sur les menaces croissantes. Le protocole ZigBee est sécurisé et stable, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles il est devenu l'un des protocoles les plus adoptés au monde. Il utilise de nombreuses couches de mécanismes de sécurité tels que le cryptage AES-128 (cryptage commercial, gouvernemental et militaire utilisé sur Internet), les clés de réseau et de périphérique ainsi que les compteurs de trames. En outre, la norme ZigBee Health Care possède des caractéristiques de sécurité spécifiques pour la génération et la distribution rapides de clés adaptées aux environnements médicaux assurant l'intégrité et la confidentialité. Comme le protocole ZigBee met en œuvre des outils de sécurité de pointe, l'Alliance permet à ses entreprises membres de créer certaines des appareils sans fil IOT les plus sécurisés. L'Alliance ZigBee étend continuellement ses options de sécurité pour rester en tête des menaces toujours croissantes, et nous accueillons ce type d'enquête en tant que communauté de normes ouvertes. Aucune autre solution n'offre actuellement un système de sécurité égal.

Avantages du protocole ZigBee

Cryptage AES 128 bitsTrès fiableEn attendant de nombreux produits sur le marchéFacile à configurerBasse consommation d'énergieHaute portée

Inconvénients du protocole ZigBee

Coexistence ZigBee et WiFi

Les canaux ZigBee et WiFi fonctionnent tous les deux dans la bande 2,4 GHz, existant dans le même espace de fréquences, de sorte que leur fonctionnement sur la même fréquence peut les faire interférer. Habituellement, le réseau ZigBee aura la domination. C'est pourquoi, lorsque vous utilisez les deux systèmes dans les mêmes environnements, la planification des canaux est la clé d'une coexistence pacifique.Image de MetaGeek Habituellement, vous disposez de trois canaux WiFi avec lesquels travailler (exploitant 1, 6 et 11), mais pour faire de la place pour ZigBee , nous devrons peut-être abandonner l'un de ces canaux. Lorsque vous utilisez vos points d'accès dans la maison, vous devez garder les mêmes points d'accès aux canaux suffisamment éloignés les uns des autres pour éviter les interférences. Cela crée un plan d'utilisation à deux canaux, qui n'est pas aussi efficace qu'un plan à trois canaux, mais cela fonctionnera pour faire de la place pour le canal ZigBee. La même planification que vous aurez à faire avec les voisins, qui ont leurs réseaux sans fil , qui ont des canaux imprévisibles. Ici, la planification peut être un peu plus compliquée car vous devrez identifier le canal qu'ils utilisent, choisir celui disponible pour votre réseau et effectuer des tests pour vérifier le fonctionnement de votre canal ZigBee, puis utiliser les réseaux ZigBee sur des canaux qui ne le font pas. recevoir des interférences de votre WiFi ou de celui de vos voisins.

Que nous réserve l'avenir?

Le protocole ZigBee jouera probablement un rôle essentiel dans l'avenir de la communication et de l'informatique
la technologie. Ses caractéristiques telles que le faible coût, la faible consommation d'énergie et la mise en réseau maillée le placent au sommet des systèmes de mise en réseau et offrent une grande fiabilité et une large gamme d'utilisation. Cette technologie est également bénéfique en ce qui concerne les aspects de sécurité.Image from Industry ChronicleChaque cycle technologique est testé par les membres de l'Alliance, évalué et affiné, et aussi au début de 2017, la future voie avec Dotdot – le langage universel de l'IoT – a été dévoilée . Cette technologie ouverte peut être appliquée à d'autres réseaux IoT. Il offre aux développeurs flexibilité et rapidité dans la création de leur entreprise et de leurs produits et permet aux interactions «  intelligentes '' de fonctionner pour tout le monde car il permet aux objets connectés de communiquer entre eux sur n'importe quel réseau sans fil fonctionnant à la maison, dans le bâtiment ou dans le quartier.Des centaines d'entreprises ont déjà rejoint l'Alliance ZigBee, et elle progresse toujours à l'échelle mondiale. ZigBee est une technologie en pleine croissance associée aux technologies avancées comme la 5G et l'Internet des objets. Avec la demande accrue d'applications pour la maison intelligente, les soins de santé, la ville intelligente et l'éclairage intelligent, ZigBee injectera inévitablement de l'énergie dans le futur monde intelligent.Décembre 2018, Mises à jour et modifications: la version précédente de l'article est développée avec les chapitres Histoire, Comment ça marche , Sécurité, coexistence ZigBee et WiFi, et qu'apportera l'avenir?

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