Qu'est-ce que Zigbee ?
Qu'est-ce que la technologie Zigbee ? Zigbee est une technologie sans fil développée en tant que norme ouverte de connectivité du marché mondial pour répondre aux besoins uniques des réseaux de données sans fil à faible coût et à faible consommation d'énergie ( IoT ). Elle est conçue pour prendre en charge les communications sans fil, la surveillance et le contrôle des appareils fonctionnant sur batterie et des réseaux de capteurs. Zigbee fonctionne selon la spécification IEEE 802.15.4 et est largement utilisé dans la domotique, la collecte de données médicales et les systèmes de contrôle industriel.
L'histoire de Zigbee
L'idée d'un réseau maillé sans fil à faible consommation d'énergie est née dans les années 1990. Toutefois, c'est au début des années 2000 que la Zigbee Alliance s'est formée pour rédiger le protocole Zigbee après la ratification de l'IEEE 802.15.4. Zigbee 2006 a remplacé la structure de paires clé-valeur de la pile de 2004 par une bibliothèque de clusters. En 2007, Zigbee Pro a été introduit avec une nouvelle fonction de collecte d'énergie. En 2021, la Zigbee Alliance a changé de nom pour devenir la Connectivity Standards Alliance, afin de refléter son orientation technologique plus large.
Le rôle de Zigbee dans IoT
La spécification est un protocole basé sur des paquets destiné aux appareils et produits à faible coût fonctionnant sur batterie. Le protocole Zigbee IoT permet aux appareils de communiquer des données de manière transparente dans une variété de topologies de réseau en utilisant une puissance extrêmement limitée. Grâce à Zigbee, les appareils de différents fabricants peuvent communiquer de manière compatible.
Zigbee Alliance (aujourd'hui Connectivity Standards Alliance)
La Zigbee Alliance a été créée spécifiquement pour créer des normes pour les appareilsIoT qui utilisent le protocole de communication Zigbee. La mission de la Zigbee Alliance consiste à développer, faire évoluer et promouvoir des normes ouvertes universelles permettant à tous les appareils de communiquer en toute sécurité. Aujourd'hui, l'organisation est connue sous le nom de Connectivity Standards Alliance et compte plus de 5 000 produits certifiés Zigbee et 600 membres.
Comparaison entre Zigbee et DigiMesh
Zigbee et DigiMesh offrent tous deux des avantages uniques importants pour différentes applications.
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Protocole Zigbee
Le protocole Zigbee est une spécification sans fil ouverte créée par la Zigbee Alliance qui normalise la façon dont les réseaux sans fil à faible consommation IoT peuvent communiquer de manière sûre et fiable.
- Norme Zigbee : La Zigbee Alliance a développé la norme Zigbee en ajoutant une couche réseau, une couche de sécurité et un cadre d'application à la norme IEEE 802.15.4.
- Zigbee 3.0 : La spécification Zigbee Pro ajoute de nouvelles fonctionnalités telles que la gestion des appareils pour enfants, l'amélioration de la sécurité et de nouvelles options de topologie de réseau.
Les appareils Zigbee forment de manière transparente un réseau maillé, permettant une transmission efficace des données par l'intermédiaire d'un nœud central connecté à une passerelle pour l'accès à l'internet à distance. Une application Zigbee permet à l'utilisateur de contrôler les appareils intelligents de n'importe où. Zigbee repose sur la couche physique et la sous-couche de contrôle d'accès au support définies dans la norme IEEE 802.15.4, qui gèrent les opérations de bas niveau du réseau. La couche réseau Zigbee gère la structure du réseau, le routage et la sécurité. La couche application comprend la sous-couche support d'application, les objets du dispositif Zigbee et les applications définies par l'utilisateur.
Avantages du protocole Zigbee 3.0
La normalisation du réseau Zigbee garantit que tous les produits et services fonctionneront ensemble. La norme combine les essais, la certification, l'image de marque et le marketing pour soutenir le développement et la vente de produits et de solutions interopérables.
Le dernier protocole Zigbee, le Zigbee Pro 2023, apporte des améliorations en matière de sécurité et prend en charge les bandes au-delà de 2,4 GHz. La fréquence de 800 MHz pour l'Europe et de 900 MHz pour l'Amérique du Nord et l'Australie améliore la force et la portée du signal pour une utilisation plus large.
Les caractéristiques de Zigbee sont les suivantes
- Flexibilité - Prise en charge de multiples topologies de réseau telles que les réseaux point à point, point à multipoint et maillés.
- Faible cycle d'utilisation - Assure une longue durée de vie de la batterie
- Faible latence - Peut facilement transporter les données des capteurs avec une latence minimale
- Évolutivité - Comprend l'étalement du spectre en séquence directe (DSSS) jusqu'à 65 000 nœuds par réseau.
- Robustesse - Utilisation de la prévention des collisions, de nouvelles tentatives et d'accusés de réception.
- Faible consommation d'énergie - Les appareils Zigbee peuvent fonctionner pendant plusieurs années avec une seule batterie bon marché grâce à l'utilisation d'une fonction d'économie d'énergie appelée "mode veille"
- Faible débit de données - Avec un débit de données allant jusqu'à 250 kbit/s, Zigbee est le mieux adapté aux transmissions intermittentes de données de capteurs ou d'appareils.
- Sécurité - La sécurité Zigbee utilise le cryptage AES 128 bits ainsi que de nombreuses autres techniques de sécurité.
Sécurité sans fil Zigbee
La cryptographie dans la spécification Zigbee est basée sur l'utilisation de clés de 128 bits et de la norme de cryptage AES. Le chiffrement, l'intégrité et l'authentification peuvent être appliqués aux couches Application, Réseau et MAC pour sécuriser les trames à chacun de ces niveaux. Zigbee Pro 2023 offre des fonctions de sécurité améliorées pour protéger le réseau pendant la mise en service et le fonctionnement des appareils.
Compatibilité des protocoles
De par sa conception, Zigbee est compatible en amont et en aval pour garantir l'interopérabilité. Parmi les appareils compatibles, citons Samsung SmartThings, Amazon Echo Plus et Echo Show, Belkin WeMo, Philips Hue, les serrures intelligentes Yale et d'autres fabricants qui veillent à ce que leurs produits prennent en charge les nouvelles fonctionnalités.
Fonction de mise à jour du logiciel par voie aérienne (OTA)
La fonction de mise à jour logicielle Zigbee Over-the-Air (OTA) est une méthode puissante qui permet d'utiliser un seul appareil pour mettre à jour le micrologiciel de tous les autres appareils du réseau. Les fabricants peuvent utiliser cette méthode pour s'assurer que leurs clients utilisent toujours la version la plus récente et la plus sûre, pour améliorer le micrologiciel et même pour ajouter des fonctionnalités aux produits.
Applications sans fil courantes pour Zigbee
Avec une faible latence et la prise en charge de nombreux dispositifs, Zigbee fonctionne bien pour la domotique, le contrôle industriel et les réseaux de capteurs. Zigbee peut également coûter moins cher aux fabricants, car il n'y a pas de droits de licence ou de redevances. Voici quelques cas d'utilisation importants :
Applications technologiques vertes - Le réseau maillé Zigbee est un excellent choix pour les applications technologiques vertes telles que les parcs solaires et éoliens et les réseaux de recharge des véhicules électriques.
Maison intelligente - Dans une maison intelligente, un réseau Zigbee peut contrôler les lumières, les serrures de porte, les détecteurs de fumée, les ventilateurs, les appareils électroménagers et bien plus encore. En fait, Zigbee est utilisé par la plupart des grands fournisseurs d'écosystèmes de maisons intelligentes, notamment Amazon Echo Plus, Samsung SmartThings et Signify (anciennement Philips Lighting). Dans le monde entier, il y a des centaines de millions de produits Zigbee dans les maisons et bâtiments intelligents.
Énergie intelligente - Les appareils Zigbee construits selon les spécifications Zigbee Pro 2023 peuvent désormais partager le même réseau que les appareils d'énergie intelligente afin d'améliorer le contrôle et l'utilisation de ces appareils.
Médical - Dans un scénario médical, un patient peut porter des capteurs qui recueillent et communiquent sans fil à un hôpital des données vitales telles que la fréquence cardiaque, la pression artérielle et la glycémie.
Automatisation industrielle - À l'intérieur d'un bâtiment, Zigbee peut être utilisé pour automatiser les systèmes de contrôle de l'éclairage, de chauffage, de ventilation et de climatisation, de sécurité et de contrôle d'accès.
Exemples de dispositifs Zigbee
Zigbee est un protocole sans fil utilisé par tous les produits, depuis les appareilsIoT tels que les ampoules, les prises de courant, les détecteurs de mouvement et autres appareils domotiques, jusqu'aux systèmes intelligents de contrôle de l'énergie, de la recharge des véhicules électriques et des bâtiments industriels qui communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un réseau. Voici quelques exemples du vaste écosystème de produits qui utilisent Zigbee :
- Samsung SmartThings : Les appareils Samsung SmartThings tels que Outlets, Motion, Multipurpose et Arrival sont équipés de puces Zigbee qui peuvent recevoir et fournir des informations.
- Appareils intelligents Philips Hue : Le pont Hue utilise Zigbee pour se connecter à un réseau Wi-Fi afin que les utilisateurs puissent contrôler les lampes intelligentes Philips Hue à l'aide de l'application Philips Hue depuis n'importe quel endroit disposant d'une connexion Internet.
- IKEA : la passerelle TRÅDFRI utilise Zigbee pour gérer les produits intelligents IKEA via une application et des télécommandes.
- Amazon Echo : Les Amazon Echo Show et Echo Plus intègrent des concentrateurs domestiques intelligents permettant de contrôler de nombreux appareils intelligents Zigbee tels que les ampoules, les serrures de porte, les interrupteurs muraux, les capteurs et les prises.
- Stations de recharge pour véhicules électriques FLO : FLO construit des réseaux de recharge de véhicules électriques en utilisant des modules Digi XBee® Zigbee et des passerelles industrielles.
- Suivi solaire Suntrac® by P4Q : P4Q Electronics intègre les modules Digi XBee Zigbee dans sa technologie de suivi solaire Suntrack, qui ajuste le positionnement des panneaux solaires et permet aux clients de surveiller à distance les champs de panneaux solaires dans le monde entier.
- L'éclairage public intelligent CityMesh® de Sicom : Ce réseau évolutif de villes intelligentes intègre Digi XBee modules Zigbee et contrôle des milliers de lampadaires et de feux de circulation avec une plus grande précision et une meilleure empreinte écologique.
Topologie du réseau sans fil Zigbee
La topologie du réseau est fondamentale pour les réseaux de communication, car elle dicte la disposition et l'interconnexion des liens et des nœuds. Dans le contexte de Zigbee, il existe trois types principaux de topologie de réseau : la topologie point à point, la topologie multipoint et la topologie maillée. Chacune de ces topologies influence la manière dont les messages sont acheminés et les dispositifs connectés.
Réseau maillé Zigbee
La topologie maillée Zigbee permet de multiples interconnexions entre les appareils, ce qui assure la redondance et la robustesse du réseau. Les réseaux maillés sont décentralisés, ce qui signifie que chaque nœud est capable de s'autodécouvrir sur le réseau. Lorsque les nœuds quittent le réseau, ils reconfigurent les chemins d'acheminement en fonction de la nouvelle structure du réseau. La topologie maillée et le routage ad hoc offrent une meilleure stabilité dans des conditions de vagues changeantes ou en cas de défaillance d'un seul nœud. En bref, le maillage est la topologie la plus flexible, permettant l'autoréparation, ce qui permet à un réseau de se reconfigurer automatiquement en cas de défaillance d'une connexion.
Point à point
La topologie point à point est un réseau composé de deux nœuds seulement. Bien que plus simple que le point à multipoint, le point à point n'est pas aussi courant dans les applications IoT . Dans cette topologie, deux appareils Zigbee communiquent directement l'un avec l'autre. Bien que plus simple que le point à multipoint, le point à point n'est pas particulièrement utile pour les applications IoT .
Point à multipoint
Un réseau point à multipoint ou en étoile est une topologie qui utilise un concentrateur central pour communiquer avec plusieurs nœuds finaux. Dans cette topologie, un appareil Zigbee communique avec un groupe d'appareils Zigbee.
Spécifications Zigbee
| Zigbee Pro |
La spécification Zigbee Pro 2023 apporte des améliorations en matière de sécurité et prend en charge les bandes au-delà de 2,4 GHz. La fréquence de 800 MHz pour l'Europe et de 900 MHz pour l'Amérique du Nord et l'Australie améliore la force et la portée du signal pour une utilisation plus large. |
| Zigbee RF4CE |
Le protocole ZigBee RF4CE est un protocole de communication radiofréquence simple, robuste et peu coûteux destiné à l'électronique grand public. Il est principalement utilisé pour les télécommandes, en particulier pour les téléviseurs, les chaînes stéréo et les décodeurs. |
| Zigbee IP |
ZigBee IP est la première norme ouverte basée sur IPv6 pour une solution complète de réseau maillé sans fil. Il s'agit d'une version améliorée de Zigbee conçue pour contrôler et connecter de nombreux appareils de faible puissance dans un réseau de contrôle unique, permettant une intégration transparente avec les réseaux basés sur IP. |
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Le protocole Zigbee est l'une des normes de connectivité les plus robustes, les plus sûres et les plus économiques pour les dispositifs IoT . Avec des applications allant de l'automatisation des maisons intelligentes et des bâtiments commerciaux à la gestion de l'énergie et même aux dispositifs de surveillance de la santé, Zigbee continue d'évoluer pour répondre aux nouvelles exigences du marché. C'est là que Digi peut apporter son aide. Digi est membre de la Connectivity Standards Alliance et a développé des solutions embarquées évolutives basées sur le protocole Zigbee. Les solutions Digi offrent des fonctionnalités permettant de se connecter à une large gamme d'appareils et de réseaux avec des normes de connectivité robustes. Découvrez d'autres produits et ressources Zigbee pour en savoir plus sur XBee et Zigbee.
FAQ sur la technologie Zigbee
Sur quelles fréquences Zigbee fonctionne-t-il ?
Zigbee fonctionne dans la bande de fréquence des 2,4 GHz dans le monde entier. En Europe, il fonctionne également dans la bande de 868 MHz. En Chine, certains dispositifs Zigbee utilisent la bande de 784 MHz.
Quelle est la portée de Zigbee ?
En raison de la faible consommation d'énergie, les distances de transmission sont comprises entre 10 et 100 mètres en visibilité directe, en fonction de la puissance de sortie et des conditions environnementales. Cependant, la portée de Zigbee peut s'étendre à de plus longues distances en faisant passer les données par un réseau maillé où les nœuds individuels peuvent fonctionner comme des répéteurs pour transmettre des données à des nœuds plus éloignés.
Qu'est-ce qu'un concentrateur Zigbee ?
Les trois termes - concentrateur, coordinateur et passerelle - sont interchangeables dans la pratique. Les appareils Zigbee communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un concentrateur Zigbee, également appelé coordinateur ou passerelle. Ce coordinateur se connecte ensuite à l'internet par le biais d'une connexion ou d'une liaison cellulaire, Wi-Fi ou Ethernet. Notre passerelleDigi XBee en est un exemple. Le coordinateur ou concentrateur connecte et contrôle tous les appareils Zigbee du réseau.
Comment fonctionne Zigbee ?
Le protocole Zigbee normalise la connectivité pour les appareils et produits bon marché fonctionnant sur batterie. Le protocole permet aux appareils d'envoyer des données entre des nœuds organisés en réseau maillé. Lorsqu'un appareil Zigbee souhaite envoyer des données, il vérifie d'abord si le canal est libre à l'aide de l'accès multiple à détection de porteuse avec prévention des collisions (CSMA/CA). Si le canal est libre, le dispositif transmet ses données. Si le canal est occupé, l'appareil attend une période d'attente avant de tenter de transmettre à nouveau. Le protocole maillé Zigbee économise l'énergie pour les appareils finaux, de sorte que les batteries peuvent durer des années avant de devoir être remplacées.
Quelle est la différence entre Zigbee et DigiMesh ?
Les réseaux maillés Zigbee et DigiMesh présentent tous deux d'excellentes caractéristiques et capacités qui fonctionnent bien dans divers scénarios. Pour en savoir plus, consultez notre livre blanc, qui comprend une comparaison côte à côte des deux méthodes de réseau maillé.
Quelle est la meilleure solution : Zigbee ou Bluetooth ?
Bluetooth® est une norme sans fil à courte portée conçue pour les connexions sans fil à faible coût et à faible consommation d'énergie. Bluetooth est utile pour connecter des appareils domestiques intelligents, des smartphones et des appareils électroniques tels que des claviers, des souris d'ordinateur, des imprimantes, des casques sans fil, etc. Les protocoles sans fil Zigbee et Bluetooth fonctionnent bien pour les communications locales dans les applications de l'internet des objets. Cependant, chacun d'entre eux est utile dans différents cas d'utilisation IoT . Mieux encore, ils peuvent fonctionner ensemble pour créer des applications extrêmement flexibles. En fait, les deux protocoles peuvent fonctionner côte à côte. Cette capacité est disponible dans nos modules Digi XBee 3 Zigbee - Bluetooth pour la configuration à courte portée et le dépannage, et Zigbee pour le protocole de réseau maillé.
Comment créer un réseau maillé Zigbee ?
Un réseau maillé Zigbee est créé par un coordinateur, un routeur et un nœud final (voir les définitions dans notre documentation pour en savoir plus). (Voir les définitions dans notre documentation pour en savoir plus.) Le coordinateur crée le réseau, puis d'autres nœuds peuvent le rejoindre. Une fois le réseau créé, d'autres nœuds peuvent le rejoindre. Digi XCTU fournit les outils dont vous avez besoin pour construire, tester et déployer des réseaux maillés.