Qu'est-ce que la technologie ZigBee et comment fonctionne-t-elle ?

Qu'est-ce que ZigBee ?

ZigBee est un protocole de communication sans fil largement utilisé pour l'internet des objets (IoT) et la communication machine-machine (M2M). L'objectif principal de la mise en place d'une technologie sans fil à faible débit est d'obtenir des dispositifs de bout en bout à faible consommation d'énergie. La norme sans fil ZigBee est basée sur la norme de réseau personnel IEEE 802.15.4. Elle fonctionne dans le domaine des spectre sans licence des bandes 2,4 GHz, 900 MHz et 868 MHz. Outre leur faible débit, les dispositifs ZigBee consomment moins d'énergie, ce qui leur confère une longue durée de vie. C'est là que les dispositifs ZigBee présentent des avantages par rapport à des technologies sans fil similaires à courte portée telles que Bluetooth et Wi-Fi. Les dispositifs Wi-Fi et Bluetooth ont une durée de vie de batterie plus longue que les dispositifs ZigBee. La portée des appareils ZigBee est comprise entre 10 et 100 m. La proposition de ZigBee a été faite par une alliance connue sous le nom de ZigBee Alliance, établie vers 2002. Puis, en 2005, ZigBee 1.0 a été annoncé comme un réseau personnel sans fil (WPAN). En ce qui concerne les questions de sécurité, ZigBee a ses propres avantages par rapport à ses concurrents tels que le Wi-Fi. Grâce à toutes ces caractéristiques prometteuses, ZigBee est largement utilisé dans de nombreux secteurs et applications et gagne en popularité sur le marché.

Réseau ZigBee

Avant de plonger dans les éléments essentiels du réseau ZigBee, il convient d'identifier plusieurs types de nœuds ZigBee. Chaque réseau ZigBee comporte au moins un coordinateur, quelques routeurs et de nombreux dispositifs finaux. Un coordinateur présente les caractéristiques suivantes :

• Il ne doit pas être inactif dans une situation donnée
• Il initialise le réseau en sélectionnant le canal et l'ID PAN.
• Il achemine les données dans le réseau et permet aux routeurs et aux équipements finaux de rejoindre le réseau.

Un routeur présente les caractéristiques suivantes :

• Un routeur doit obligatoirement rejoindre le réseau avant de transmettre et de recevoir des données.
• Il achemine les données dans le réseau
• Il ne doit pas être inactif

Un appareil terminal présente les caractéristiques suivantes :

• Il peut se mettre en veille lorsqu'il ne transmet pas de données.
• Il ne peut envoyer et recevoir des données que par l'intermédiaire de son parent

Après avoir identifié les principaux composants d'un réseau ZigBee, nous allons maintenant examiner les différentes topologies de réseau ZigBee. Un réseau ZigBee peut être réalisé en utilisant la topologie en étoile, où un coordinateur ZigBee est un contrôle central. Ce nœud central recueille toutes les informations provenant de tous les nœuds de capteurs connectés. La topologie en arbre est une autre topologie de réseau ZigBee bien connue. Cette topologie suit la structure de l'arbre, de la branche et de la feuille. Un réseau ZigBee peut également être réalisé à l'aide d'une topologie maillée. Toutefois, étant donné que seuls les dispositifs finaux sont capables de dormir, les réseaux ZigBee ne peuvent pas être réels. Réseaux maillés. C'est pourquoi un protocole connu sous le nom de "DigiMesh" est utilisé pour réaliser des réseaux maillés.

Architecture ZigBee

L'architecture ZigBee se compose de cinq couches principales. Ce sont (de bas en haut)

1. Couche physique

Cette couche est définie dans la norme IEE 802.15.4 WPAN Standard. Sa principale responsabilité est de contrôler l'émetteur-récepteur radio et d'envoyer des commandes et des informations sous forme de paquets de données entre différents appareils.

2. Couche de contrôle d'accès au support (MAC)

Cette couche fait office de couche intermédiaire entre la couche réseau et la couche physique. La couche MAC est également définie dans la norme IEE 802.15.4 WPAN. Elle est également responsable du transfert des trames de balise pour la synchronisation.

3. Couche réseau

Cette couche est définie dans la spécification ZigBee. Elle gère toutes les opérations du réseau. Cela comprend

• Configuration du réseau
• Connexion et déconnexion de l'appareil terminal
• Routage
• Configuration de l'appareil

4. Sous-couche de soutien aux applications

Cette couche fournit des services permettant aux dispositifs finaux d'interagir avec la couche réseau. Ces services sont fournis par l'entité de données du support d'application et l'entité de gestion du support d'application.

5. Couche application

Il s'agit de la couche finale et supérieure de l'architecture ZigBee. Elle contient les applications des utilisateurs et les objets des dispositifs ZigBee (ZDO). Les ZDO sont chargés de fournir une interface entre les objets d'application et la sous-couche de support d'application dans les dispositifs ZigBee. Il est également chargé de lier les nouveaux dispositifs et de supprimer les dispositifs existants du réseau.

Quand envisager ZigBee ?

Avant d'identifier les raisons pour lesquelles ZigBee serait un candidat idéal pour votre application de conception. Examinons tout d'abord quelques-unes des spécifications ZigBee disponibles sur le marché. Il existe trois spécifications ZigBee principales, à savoir

• ZigBee Pro : Il permet la communication entre appareils à faible consommation d'énergie. Il offre également la nouvelle fonction "Green Power", qui encourage l'auto-alimentation des appareils grâce à la collecte d'énergie.
• ZigBee RF4CE : il s'agit d'une spécification ZigBee simple, pour laquelle l'utilisateur n'a pas besoin de la capacité complexe de réseau maillé de la norme ZigBee.
• ZigBee IP : cette spécification fournit des réseaux maillés sans fil complets basés sur IPv6.

ZigBee est idéal pour les applications qui nécessitent une faible consommation d'énergie, avec un très grand nombre de dispositifs interconnectés. ZigBee n'est pas idéal pour les applications qui requièrent des débits de données élevés et qui conviennent le mieux à des distances comprises entre 1 et 100 mètres. Il convient également aux applications qui exigent une grande fiabilité. Le réseau maillé ZigBee permet d'obtenir une grande fiabilité. Une autre caractéristique intéressante du réseau maillé ZigBee est sa capacité d'autoréparation. Cette capacité d'autoréparation peut aider le réseau à se réparer automatiquement en fonction de l'évolution de l'environnement. ZigBee est également équipé d'un système de cryptage AES-128-CCM pour sécuriser les communications.

Avantages et inconvénients de ZigBee

Comparons ZigBee avec les autres solutions WPAN IoT et M2M les plus recherchées dans l'industrie.

Applications de ZigBee

ZigBee est utilisé dans différents secteurs verticaux et industriels du monde moderne en raison de sa faible consommation d'énergie et de sa popularité croissante. ZigBee devient de plus en plus populaire car ZigBee Alliance s'agrandit de jour en jour, rendant les différents dispositifs interopérables entre eux. Les principaux domaines d'application dans lesquels ZigBee est déployé sont les suivants :

• Appareils intelligents : Il s'agit notamment des appareils ménagers intelligents et des dispositifs intelligents de surveillance de la santé. Ils sont limités à un espace personnel donné où la surveillance et le contrôle des appareils sont nécessaires.
• Systèmes d'éclairage intelligents : Ces systèmes gèrent les variations d'éclairage dans un espace donné en contrôlant la pénétration de la lumière à distance ou à l'aide d'applications internes.
• Systèmes de gestion intelligente de l'énergie : Il s'agit notamment de compteurs intelligents et de dispositifs de suivi solaire intelligents qui aideraient l'utilisateur à surveiller et à contrôler des variables importantes dans l'environnement et dans le service public.
• Espaces d'achat intelligents : Les supermarchés et les magasins de détail intelligents peuvent utiliser des capteurs et des appareils basés sur ZigBee pour faire fonctionner un système autodidacte. Il s'agit notamment de chariots d'achat intelligents et d'étagères électroniques.
• Systèmes de stationnement intelligents : ZigBee peut être utilisé pour entretenir efficacement un espace de stationnement afin de répondre aux besoins des utilisateurs.

Conclusion

En conclusion, nous pouvons dire que ZigBee est un candidat idéal pour les réseaux WPAN qui nécessitent une faible consommation d'énergie et de faibles débits de données. Le nombre croissant d'organisations et d'industries qui rejoignent l'alliance ZigBee en fait une technologie prometteuse pour l'avenir.