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WiFI, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave : quel réseau choisir pour ses objets connectés ?

L'environnement de travail numérique 16/04/2015 Scala Dream Team

La question ci-dessus pourrait ressembler à celle que se posent tous les férus de la domotique avant d’aller se coucher, en projetant ce qu’ils pourraient bien encore rajouter comme objet connecté dans leur doux foyer.

Il devient de plus en plus évident que nous sommes inondés de données en provenance de tous ces ustensiles dits « intelligents », des thermostats WiFi aux verrous de porte pilotés via Bluetooth en passant par les détecteurs d’alarme s’appuyant sur les réseaux Z-Wave ou les nouvelles ampoules connectées via un réseau Zigbee.

Sans compter les périphériques plus classiques tels que borne WiFi, téléphones portables et autres, les signaux des réseaux sans fils traversent votre maison de part en part.

Mais quel est ‘’LE’’ protocole idéal, l’unique qui permettrait de les contrôler tous ??

Cette question, bien que légitime, revient à peu près à se demander quelle est la différence entre un marteau, un maillet et une masse. Les trois servent à taper sur quelque chose, mais vous aurez du mal à enfoncer un clou pour accrocher un cadre si vous utiliser le troisième outil. De la même manière, les différents réseaux utilisés dans le cadre de la domotique ont chacun leurs usages.

Et de manière traditionnelle, en dehors des connexions WiFi des ordinateurs et tablettes de la maison et des appairages bluetooth pour écouter de la musique sur de meilleures enceintes, les protocoles utilisés par chaque designer vous sont bien souvent inconnus (sauf si vous avez décidé d’investir dans un Hub qui vous permettrait de tous les piloter d’un point central, de la machine à café jusqu’à vos volets roulants).

Le WiFi, roi de la bande passante

Le WiFi, aussi appelé ‘’woaille faille’’ est le plus connu d’entre eux. Il est très souvent utilisé pour le streaming, la navigation Internet et tout ce qui touche aux transferts conséquents de données. Ce réseau utilise un réseau avec une large bande passante, et par conséquent requiert beaucoup d’énergie, (il suffit de comparer l’autonomie de la batterie de votre ordinateur sans le WiFi activé versus en regardant des vidéos en ligne avec pour comprendre).

C’est pour cela que beaucoup de concepteurs d’objets connectés évitent ce protocole, car il nécessite bien souvent une source d’énergie considérable et dédiée. Pour preuve le peu de WebCam WiFi.

L’autre paramètre à prendre en considération est le prix : les composants requis restent chers.

Le Bluetooth : le réseau de proximité

La légende dit que ce terme vient d’Harald la dent bleue, célèbre Viking, qui a réussi en son temps le véritable tour de force d’unifier toutes les tribus des environs en trouvant un moyen pour qu’elles communiquent enfin entre elles au lieu de se frapper dessus…(1)

En reliant les objets entre eux (ordinateur et casque sans fil, smartphone et voiture, ..) le Bluetooth établi une connexion sécurisée de proximité. Bien que cela puisse apparaître comme une des limites de ce protocole : il faut que les appareils soient proches les uns des autres, c’est en réalité son principal argument en regard de la sécurité: l’interception du signal ne peut pas se faire à distance.

Le système Bluetooth opère dans les bandes de fréquences ISM* (Industrial, Scientific and Medical) 2,4 GHz dont l’exploitation ne nécessite pas de licence vu la faible puissance d’émission et le risque faible d’interférences. Cette bande de fréquences est comprise entre 2 400 et 2 483,5 MHz. Un transceiver à sauts de fréquences est utilisé pour limiter les interférences et l’atténuation. Par ailleurs, lorsque plusieurs dispositifs sont connectés, ils le sont sous la forme d’un pico réseau, et toujours via une relation de type maître / esclave. Ces derniers sont au maximum de 7 et ne peuvent pas communiquer entre eux.

La nouvelle version du protocole, Bluetooth LE (pour Low Energie), nécessite beaucoup moins d’énergie que le WiFi, et les développeurs travaillent sur la possibilité de faire un réseau maillé, ce qui permettrait à plusieurs composants de communiquer entre eux.

Zigbee and Z-Wave : économes en énergie

Tous les systèmes utilisant les protocoles Zigbee and Z-Wave ont pour objectifs premier d’utiliser une faible source d’énergie et d’établir un réseau maillé. Ces dispositifs peuvent fonctionner pendant plusieurs années avec simplement une pile du type de celles que l’on retrouve dans les montres. C’est pour cela qu’on les retrouve depuis maintenant plusieurs années dans la plupart des capteurs pour la domotique.

Z-Wave utilise une technologie radio de faible puissance dans la bande de fréquence de 868,42 MHz. Du fait de l’utilisation de cette fréquence unique, il est sensible aux brouilleurs. Des précautions, ou validations sont donc à prendre compte en particulier s’il est utilisé pour des dispositifs de sécurité tels que les alarmes. Ce protocole permet de connecter jusqu’à 232 appareils.

ZigBee est basée sur la norme IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension personnelle (Wireless Personal Area Networks : WPAN).

Le tableau ci-dessous (merci wikipedia) montre une comparaison entre les protocoles :

reseaux iot

On comprend tout de suite les avantages dans le cadre de son utilisation pour des objets connectés.

L’usage de basses fréquences présente quand même un inconvénient : le peu de données transférables. C’est pour cela qu’on retrouve les protocoles Zigbee et Z-Wave essentiellement sur des objets simples de type commande de porte, capteurs ou ampoules qu’on souhaite simplement allumer ou éteindre.

Le principal inconvénient reste que les signaux ne sont pas directement compatibles avec des systèmes « évolués » tels qu’ordinateurs, tablette ou smartphone. Il est donc nécessaire d’utiliser une gateway qui sera connecté d’une part au réseau maillé et d’autre part au réseau local via WiFi ou un câble Ethernet.

Par ailleurs, bien que les protocoles Z* aient été développés quasiment en même temps et qu’ils sont assez proches en termes d’énergie, bande passante et gamme de prix, ils ne sont pas compatibles entre eux.

En conclusion, mieux vaut ne pas se poser la question du début de cet article avant de s’endormir, sous peine de ne pas arriver à trouve le sommeil… Il n’existe pas aujourd’hui de solution idéale, mais plutôt une combinaison qui permet de répondre aux besoins, en attendant qu’un éventuel nouveau protocole sorte dans quelques mois, mettant tout le monde d’accord.

De plus, autant ces solutions s’adaptent à la domotique, autant elles ne peuvent convenir aux objets connectés déployés dans la nature, et pour lesquels il n’est pas possible de positionner un Hub. J’aborderai dans un prochain article cette problématique avec la thématique de la connexion des objets via abonnements GSM, GPRS, 4G ou SIGFOX

(1)   : En attendant, si vous souhaitez en savoir plus sur le roi Harald à la dent bleue (910 – 986) vous pouvez lire « la saga d’Orm le rouge » de Frans Gunnar Bengtsson, si vous arrivez à le trouver : http://www.actes-sud.fr/catalogue/romans-nouvelles-et-recits/orm-le-rouge-tome-1

Note : cet article est très librement traduit de l’article de John Patrick Pullen : http://time.com/3745059/smart-home-wireless-networks/

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