Standard ZigBee
Mise à jour : 20.05.2022 | Durée de lecture : 8 minutes
ZigBee est un protocole de communication très répandu en domotique. Il met en réseau les LED et de nombreux autres produits domotiques, quel que soit le fabricant. Découvrez ici les avantages du standard ZigBee.
ZigBee en toute simplicité
Faire varier l'intensité de la lumière, changer la couleur ou activer des ambiances lumineuses à l'aide d'un bouton : C'est l'un des avantages des systèmes d'éclairage sans fil pour la maison intelligente. De nombreuses solutions d'éclairage en réseau sans fil, comme Philips Hue ou Osram Smart+ de Ledvance, sont basées sur le standard ZigBee très prisé.
ZigBee est un protocole radio de connexion domestique polyvalent et économe en énergie, conçu pour les bâtiments intelligents, les solutions domotiques, les appareils embarqués et l'Internet des objets (IoT). Conçu pour transmettre de faibles quantités de données et pour consommer un minimum d'énergie, il est utilisé par quelques grands fabricants. Tout comme les protocoles radio concurrents Z-Wave, EnOcean et Bluetooth Smart (Bluetooth Low Energy), ZigBee convient très bien à la mise en place de systèmes domotiques sur mesure, de réseaux de capteurs et d'applications médicales. Grâce à sa facilité d'installation, ZigBee est le standard radio qui convient aux utilisateurs qui ne souhaitent pas trop investir dans la technologie.
Le protocole ZigBee a été développé par l'organisation ZigBee Alliance. Parmi les fabricants les plus connus qui soutiennent ZigBee, on trouve Philips, General Electric, Innr/Ledvance (Osram/Lightify), Huawei, Somfy, Amazon, Ikea, Honeywell, Busch-Jaeger, Jung, Gira, Bosch, Samsung, Kärcher, Siemens, Telekom, Velux et ZTE.
Le standard ZigBee est utilisé par exemple par des solutions d'éclairage intelligentes comme Philips Hue.
Guide domotique
L'offre de systèmes smart home est énorme : vous avez le choix entre de nombreux systèmes domotiques différents.
Dans notre guide domotique, vous trouverez des informations utiles et intéressantes sur tous les domaines d'application du Smart Living.
Nous vous expliquons ce à quoi vous devez faire attention lors du choix d'un système domotique et dressons la liste des possibilités et avantages d'une maison intelligente.
Les appareils ZigBee, dans cet exemple les lampes, communiquent également entre eux sans fil.
Les possibilités d'utilisation de ZigBee sont multiples. Grâce à ce standard, les systèmes intelligents de domotique peuvent allumer, éteindre et commander des appareils, faire varier l'intensité des lumières, automatiser les volets roulants et les stores motorisés et réaliser de nombreuses applications de confort. ZigBee est également utilisé pour les mesures de capteurs, les systèmes de commande et dans le domaine médical.
Les appareils ZigBee communiquent entre eux sans fil. Il est donc facile d'équiper son domicile d'un système ZigBee. Comme aucun câblage n'est nécessaire, le système s'intègre aussi bien aux nouvelles constructions qu'aux anciens appartements et maisons existantes. L'installation simple et rapide s'effectue sans perçage ni saignée. En cas de déménagement, il suffit d'emporter ses composants ZigBee - ce qui permet aux locataires d'utiliser aussi des appareils fonctionnant selon ZigBee.
En raison de son fonctionnement économe en énergie et de ses petits paquets de données, le standard ZigBee convient très bien à la transmission de données de capteurs fonctionnant sur batterie ou sur piles, comme les détecteurs de mouvement ou détecteurs de fumée, et aux éléments de commande radio à piles, comme les émetteurs portatifs. Grâce à sa faible consommation d'énergie, une pile dure longtemps. Certains capteurs ou émetteurs de signaux fonctionnent pendant des années sans qu'il soit nécessaire de remplacer la pile.
Autre avantage de la commande par ZigBee : cette technologie permet aux appareils tels que les lampes de se mettre en réseau de manière autonome (réseau mesh). Grâce à la communication entre les capteurs, les interrupteurs ou les lampes, un réseau ZigBee peut également s'étendre sur de plus grandes distances. Vous pouvez donc utiliser ZigBee dans de grandes pièces, des appartements et des maisons avec des obstacles tels que des murs en béton armé, des cloisons de pièces et des surfaces vitrées. Pour savoir comment fonctionnent les réseaux mesh et quels sont les avantages que vous offre cette technologie, consultez le guide des réseaux mesh.
Le protocole ZigBee régit la manière dont les appareils connectés d'une maison communiquent entre eux et transmettent des signaux. Le standard relie les produits en réseau sur de courtes distances. Le signal radio est transmis dans les bandes ISM sans licence de 868 MHz, 915 MHz et 2,4 GHz.
Comme pour le WiFi et le Bluetooth, la portée radio varie entre 10 et 20 mètres en fonction de la puissance d'émission et de l'environnement architectural - dans des conditions idéales, il est théoriquement possible de couvrir jusqu'à 100 mètres. Le taux de transfert de données maximal pouvant être atteint est de 250 kilobits par seconde (kBit/s). C'est nettement moins que les normes WiFi 802.11 pour la transmission de données multimédia à des débits élevés, mais cela suffit amplement pour les tâches de commande en domotique et pour la transmission de messages d'état. Vous pouvez utiliser ZigBee pour tous les types d'habitations, de maisons et de locaux commerciaux. Il n'y a généralement pas d'interférences avec d'autres appareils électroniques. Les ordinateurs, les réseaux locaux sans fil, les systèmes d'alarme et les téléphones sans fil ne sont pas perturbés en général.
Les appareils ZigBee peuvent se connecter et communiquer entre eux selon une structure en étoile, un schéma arborescent et une topologie peer-to-peer (schéma de réseau maillé, mesh). La transmission de type mesh garantit une fiabilité et une efficacité élevées, car chaque appareil ZigBee est à la fois récepteur et émetteur et fonctionne donc comme un répéteur pour les appareils voisins. Les composants ne sont pas seulement en contact avec un seul point central, mais aussi entre eux. Ainsi, chaque lampe augmente la portée, parfois même au-delà des limites du réseau sans fil, par exemple dans les étages voisins, les pièces éloignées, sur la terrasse ou dans le jardin. Même les grands appartements et les grandes maisons peuvent être entièrement contrôlés grâce à la fonction Mesh si vous installez au moins un produit ZigBee dans chaque pièce.
La fonction mesh permet en outre d'éviter les zones blanches et garantit une grande fiabilité : en cas d'interruption du chemin du signal par un appareil éteint ou en panne, une autre itinéraire est simplement utilisé via les autres appareils pour acheminer le signal de données jusqu'à la destination.
Grâce à la communication entre les appareils, chaque appareil supplémentaire étend en même temps la portée radio du réseau ZigBee.
Les appareils émettant des ondes radio selon ZigBee utilisent une centrale radio (pont, passerelle) comme station de base, centrale de communication et centrale domotique. La passerelle est raccordée à une prise de courant libre et reliée au routeur par câble réseau ou en WiFi. Ensuite, vous pouvez installer le système comme contrôleur sur votre smartphone, tablette ou PC via une application, le configurer selon vos souhaits et le commander. D'autres appareils et accessoires peuvent être ajoutés à tout moment via l'application. L'appli indique l'état des appareils connectés ainsi que des lampes et offre des possibilités d'automatisation. Vous pouvez enregistrer des ambiances lumineuses ou des processus récurrents dans des scènes et les activer d'un simple glissement de doigt. Il est également possible de commander l'éclairage en fonction de l'heure ou de l'activer lorsqu'un capteur est déclenché.
La commande à distance depuis l'extérieur du réseau local est courante. Il est ainsi possible de commander les produits ZigBee à distance, par exemple pour allumer ou éteindre la lumière.
ZigBee est un protocole ouvert pour les maisons intelligentes, basé sur la spécification Wireless Data IEEE 802.15.4. L'empilement de protocoles ZigBee se compose de plusieurs couches (layer). La base est constituée par la couche physique (couche de transmission de bits) avec les fonctions de base d'émission et de réception. Au-dessus se trouvent la couche de contrôle d'accès au support (MAC, couches d'accès au support pour la construction de canaux logiques), la couche réseau (Network Layer) et la couche d'application (APL, Application Layer). La couche d'application est personnalisable. Les fabricants peuvent ainsi réaliser leurs propres compléments à ZigBee. Par conséquent, il n'existe pas UN standard ZigBee, mais une multitude de profils.
Les profils contiennent des directives spécifiques pour certaines applications. Les plus populaires sont le profil de contrôle de l'éclairage ZigBee Light Link et ZigBee Home Automation pour le contrôle des appareils intelligents dans les petits bâtiments. Les autres profils sont ZigBee Building Automation, ZigBee Health Care et ZigBee Retail Services.
La diversité des profils spécifiques relativise la compatibilité. Les produits ZigBee qui utilisent le profil ZigBee Light Link ne peuvent pas communiquer directement avec les produits basés sur ZigBee Home Automation. C'est aussi la raison pour laquelle, par exemple, de nombreuses ampoules LED de différents fabricants, mais pas toutes conformes à la norme ZigBee, peuvent être connectées à un pont Philips Hue (centrale radio du système d'éclairage intelligent Hue de Philips).
Avec un pont Hue, vous pouvez par exemple connecter des ampoules OSRAM Lightify basées sur ZigBee et des ampoules Trådfri d'IKEA. Un système Hue est compatible avec de nombreux systèmes domotiques, dont Qivicon (pour Magenta SmartHome et Vattenfall Smart Home, une clé radio ZigBee est parfois nécessaire), eQ-3 HomeMatic IP, Bosch Smart Home, Devolo HomeControl, les thermostats connectés de Nest, Homee et Samsung SmartThings.
Les adaptations individuelles dans la couche d'application et les différences dans les profils ne facilitent pas toujours la tâche des utilisateurs qui souhaitent combiner des produits ZigBee de différents fabricants. Cela fonctionne au cas par cas ou de manière assez confortable par de petits détours comme la commande vocale Alexa dans Amazon Echo Plus en tant que centrale domotique prenant en charge ZigBee. Il est également possible de connecter des appareils ZigBee, comme les ampoules intelligentes Hue de Philips, à des appareils d'autres marques via Apple HomeKit et Google Assistant (Google Home).
Avec l'arrivée de ZigBee 3.0, vous bénéficiez en tant qu'utilisateur d'un même standard pour tous les appareils connectés du bâtiment. La ZigBee Alliance a regroupé de nombreux profils différents sous un même toit dans ZigBee 3.0 pour assurer l'interopérabilité entre les fabricants. Il s'agit de Light Link, Home Automation, Building Automation, Retail Services, Health Care, Telecommunications Services et Green Power.
Grâce à l'uniformisation, vous n'avez plus besoin, en tant qu'utilisateur, de faire attention aux profils lorsque vous achetez de nouveaux appareils pour votre système de domotique : Les capteurs et les actionneurs certifiés selon ZigBee 3.0 se comprennent entre eux. Ainsi, les lampes LED d'un fabricant peuvent être connectées à la centrale radio d'un autre fournisseur et inversement. Cela fonctionne par exemple avec le pont rectangulaire Hue, qui prend en charge ZigBee 3.0. Le standard permet ainsi de mélanger différentes marques et élargit les possibilités de choix. Seules les fonctions supplémentaires spécifiques que certains fabricants intègrent dans leurs produits au-delà de la portée de ZigBee 3.0 continueront d'être disponibles exclusivement pour les marques concernées.
Un grand avantage : ZigBee 3.0 est rétrocompatible. Vous pouvez donc enregistrer sur une centrale radio avec ZigBee 3.0 d'autres appareils avec les anciens profils. Sur le pont Hue rectangulaire, il s'agit de luminaires LED avec le profil ZigBee Light Link.
En résumé, ZigBee 3.0 rend la mise en réseau domestique sans fil à l'épreuve du temps, plus confortable, plus simple et plus variée.
La transmission des données entre l'application en tant que contrôleur sur votre smartphone ou tablette, la passerelle (bridge) et les appareils ZigBee intelligents tels que les lampes est cryptée. Conformément à la spécification ZigBee, le cryptage utilise l'algorithme AES-CCM à 128 bits et est donc protégé contre les écoutes. Par le passé, des chercheurs en sécurité ont fait connaître, dans des conditions de laboratoire, des atteintes à la sécurité dues à des restrictions dans la mise en œuvre de ZigBee. De nombreux fabricants ont réagi en mettant à jour les logiciels de leurs produits afin de réduire ces effets. Si vous utilisez ZigBee à l'intérieur de votre bâtiment principalement pour contrôler l'éclairage, les risques sont très limités.