Vous avez l’embarras du choix lorsque vous devez sélectionner une norme radio pour le contrôle automatique et la commande des bâtiments. Laquelle convient le mieux à vos applications ?

par Pete Smith, chef des ventes et du marketing chez iaconnect

Les deux normes radio les plus populaires pour l’immotique sont Zigbee et le protocole radio EnOcean. Les autres protocoles incluent Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE) et Z-Wave.

Zigbee est utilisé dans des applications immotiques relevant de divers cas d’usage. Ses avantages principaux découlent de son utilisation de la bande de fréquence mondiale de 2,4 GHz fournissant une vitesse de transmission des données, une portée et un temps de latence dans les limites requises. Zigbee est compatible avec les solutions maillées et permet donc une communication de bout en bout avec une multitude d’étapes intermédiaires. Elle utilise les applications spécifiques au fabricant et la dernière version 3.0 vise à une meilleure opérabilité entre les dispositifs des différents fournisseurs, y compris l’assistance pour les modules de récolte d’énergie sans pile par l’intermédiaire de Zigbee Green Power. Avec ses multiples fournisseurs de composants et une alliance d’entreprises regroupant plus de 300 adhérents, elle est bien établie sur le marché mondial des biens de consommation, comme le système Philips Hue.

Bluetooth tend à générer des sauts de fréquence et sa portée est généralement plus courte que celle des autres protocoles utilisés dans l’Internet des objets (IoT). Cependant, c’est l’un des protocoles les plus connus car les fabricants d’automobiles, de smartphones, de tablettes et de technologies portables comme les micro-casques intègrent le Bluetooth dans leurs produits. Le protocole standard Bluetooth fait également appel à des ondes radioélectriques de 2,4 GHz avec envoi des paquets de données à l’un de ses 79 canaux. Toutefois, les solutions IoT peuvent désormais tirer avantage d’une technologie plus récente appelée « Bluetooth Low Energy » (BLE) qui se distingue par sa consommation d’énergie plus faible, sa flexibilité et son évolutivité. BLE s’appuie sur la norme Bluetooth 4.0, dispose de 40 canaux avec une bande passante de 2 MHz, ce qui garantit une vitesse de transfert des données pouvant atteindre 3 Mbit/s.

Z-Wave est un protocole IoT qui jouit d’une popularité croissante. Cette technologie de communication radioélectrique, sans fil, est utilisée principalement pour les objets connectés des applications domotiques. En fonctionnant dans sa propre bande de fréquence, Z-Wave souffre rarement de problèmes d’interférences. Cependant, la fréquence utilisée par les appareils Z-Wave est très dépendante du lieu et fonctionne mieux à l’intérieur d’un appartement ou d’une maison que dans le monde de l’entreprise.

Une alternative formidable

À la différence de Zigbee, Bluetooth, BLE et Z-Wave, le protocole radio EnOcean a été conçu dès le départ en ayant comme objectifs des dispositifs auto-alimentés et l’immotique.

En Europe, EnOcean fonctionne sur la bande de 868,3 MHz, qui convient bien à la transmission de paquets de données courts de 125 kbit/s. En Europe, EnOcean fonctionne sur la bande de 868,3 MHz, qui convient bien à la transmission de paquets de données courts de 125 kbit/s. EnOcean bénéficie de temps de latence très courts qui, en pratique, sont indétectables même en utilisant des dispositifs critiques en termes de temps comme les interrupteurs. Sa portée à l’intérieur est d’environ 30 m, soit une portée nettement supérieure à celle de Zigbee. De plus, le protocole EnOcean est reconnu dans le monde entier comme une norme ISO/CEI, de sorte qu’un haut niveau d’interopérabilité est garanti entre les dispositifs d’un large éventail de fournisseurs adhérant à l’Alliance EnOcean, laquelle est une organisation ouverte, sans but lucratif, fière de compter plus de 400 membres dont un grand nombre appartient au domaine de l’immotique.

Les dispositifs EnOcean peuvent communiquer entre eux directement, au sein d’une infrastructure prioritaire. En outre, l’intégration des dispositifs EnOcean dans des contrôleurs d’automatisation de bâtiments (système DCC) est facilitée par la mise à disposition d’interfaces EnOcean par de nombreux fabricants ou par d’autres solutions passerelles (par exemple, EnOcean-IP, EnOcean-KNX, EnOcean-DALI etc.). Plusieurs fournisseurs proposent déjà une large gamme de capteurs dédiés aux applications immotiques.

En dépassant le cadre de la domotique chez les particuliers, EnOcean offre un écosystème idéal pour des applications professionnelles qui allie qualité et fiabilité élevées et ne nécessite aucune maintenance pendant des dizaines d’années. Normalisé il y a une vingtaine d’années, ce protocole a été installé dans des millions de bâtiments et a tenu toutes ses promesses de faible empreinte carbone et de faible pollution électromagnétique.

Les cas d’utilisation définissent le champ de bataille

Il est possible de procéder à une comparaison objective des deux écosystèmes principaux en évaluant leur capacité à satisfaire les exigences d’un certain nombre de cas d’utilisation, mais aussi les exigences relevant de l’établissement, du fonctionnement et de la maintenance de l’infrastructure nécessaire.

Dans son étude historique des technologies d’automatisation et de commande, le Prof. Michael Krödel de l’IGT (Institute for Building Technologies) en Allemagne observe que les normes radio d’intégration de capteurs dans les applications d’automatisation et de commande trouveront des débouchés infinis dans le domaine de l’immotique. Son étude prend comme point de départ les exigences d’automatisation des locaux et des installations d’une part, et celles liées aux « smart buildings » d’autre part. Le Prof. Krödel a envisagé huit critères entrant dans le calcul d’un score global d’applicabilité compris entre 0 et 2.

Sur cette base, les technologies faisant appel à des bandes de fréquence non adaptées (critère « KO ») obtenaient le score 0. EnOcean et Zigbee ont obtenu le meilleur classement possible avec des vitesses de transmission des données, des portées et des temps de latence bien en deçà des limites requises.

Cependant, en fonctionnant à 2,4 GHz, Zigbee est susceptible d’interférences avec les réseaux Wi-Fi (qui utilisent aussi la bande 2,4 GHz) et les fours à micro-ondes. En outre, des études universitaires, comme celles des Prof. Axel Sikora et Voicu F. Groza, font état d’inquiétudes à propos de Zigbee dans le monde réel en affirmant : « Il y a vraiment un problème de coexistence dans la bande ISM de 2,4 GHz. … Notamment l’impact des stations IEEE 802.11 (« Wi-Fi ») au facteur d’utilisation élevé par rapport aux stations IEEE802.15.4 (« Zigbee ») peut être extrêmement critique en cas de sélection des mêmes fréquences porteuses. » (Source : https://computingonline.net/computing/article/view/318)

De plus, on constate des taux d’erreur de paquets (défaillance) de plus de 90 % dans les réseaux Zigbee lorsqu’ils sont proches d’un réseau Wi-Fi utilisant le même canal de 2,4 GHz. Par contraste, la fréquence d’EnOcean présente un facteur d’utilisation restreint et est presque exempte d’interférences.

Évaluation de la dépendance aux fabricants

Zigbee a de moins bons résultats en ce qui concerne sa dépendance aux fabricants puisque son protocole n’est standardisé qu’en partie. Une implémentation spécifique au fabricant et une faible interopérabilité entre les fournisseurs sont aussi des points négatifs pour l’évaluation. Premièrement, il existe des douzaines de versions différentes de Zigbee. Deuxièmement, de nombreux fabricants utilisent la pile Zigbee tout en lui ajoutant leur propre « saveur » et/ou leur mode spécifique de mise en service si bien que l’interopérabilité entre plusieurs fabricants est impossible pour un grand nombre de solutions. Il est souvent impossible de remplacer simplement un interrupteur ou une ampoule du fabricant A par un produit correspondant du fabricant B alors qu’ils ont tous deux la même version de Zigbee.

EnOcean offre un protocole standardisé et un haut niveau d’interopérabilité, ce qui diminue considérablement sa dépendance aux fabricants et lui permet d’obtenir le score le plus élevé.

Les infrastructures sont à la hauteur

Les deux protocoles sont dans la plage moyenne en ce qui concerne l’adéquation de leurs infrastructures. Pour Zigbee, l’intégration des données des capteurs exige une infrastructure dédiée, mais sa technologie maillée permet d’en réduire les coûts. De son côté, EnOcean a besoin d’une infrastructure de base externe pour intégrer les données des capteurs.

L’intégration des données des capteurs avec des contrôleurs d’automatisation des bâtiments (systèmes DCC de commandes numériques directes) accentue encore les différences entre les deux protocoles. Avec EnOcean, les données des capteurs peuvent être intégrées à des solutions d’infrastructure IoT comme MobiusFlow®, à des contrôleurs d’automatisation des bâtiments (systèmes DDC) soit directement, soit par le biais de réseaux IP. Comme Zigbee n’a pas d’option équivalente, son intégration est possible uniquement via un réseau IP.

MobiusFlow est une plateforme IoT Edge développée par IAconnects Technology Ltd (iaconnects) depuis ces 15 dernières années pour faciliter la connectivité de l’Internet des objets (IoT) au cloud ou à des ordinateurs locaux sans dépendre d’un fabricant. Elle peut fonctionner dans le cloud, sur des réseaux fermés sécurisés, dans des systèmes basés sur le Wi-Fi ou utiliser sa propre connexion de données (3G/4G) en cas d’utilisation conjointe avec le matériel personnalisé d’IA. Pour en savoir plus sur MobiusFlow, cliquez ici.

Récolte d’énergie – un avantage essentiel

La focalisation d’EnOcean sur les dispositifs de récolte d’énergie auto-alimentés constitue un autre atout concurrentiel dans le domaine de l’immotique. Tous ses dispositifs satisfont le critère d’applicabilité tandis que d’autres protocoles, et notamment Zigbee, font appel à une alimentation secteur ou par piles, ce qui réduit le nombre d’options avec des dispositifs auto-alimentés. Un autre point négatif en termes de caractère écologique est le fait que Zigbee est essentiellement un protocole qui exige plus de puissance et doit donc consommer plus d’énergie pour alimenter les réseaux maillés, les communications bidirectionnelles et les différents surdébits. Cela signifie que l’empreinte carbone est plus importante et qu’il est également nécessaire de tirer des câbles ou de procéder à la maintenance des batteries et piles. Une exception partielle est la version « Zigbee Green Power » qui, isolément, n’inclut pas la plupart des fonctionnalités Zigbee (réseau maillé, etc.).

Que la solution concerne un seul capteur ou l’automatisation complète d’un bâtiment, les deux protocoles doivent faire la preuve d’une sécurité sans faille. Zigbee et EnOcean sont tous deux adaptés au chiffrement des données et offrent un niveau de sécurité efficace à l’ensemble du réseau gérant le bâtiment.

En ce qui concerne la disponibilité sur le marché, Zigbee offre des options pour les applications d’automatisation des bâtiments, tandis que la large gamme de capteurs de l’Alliance EnOcean offre des myriades d’opportunités à ces applications. Par ailleurs, EnOcean et Zigbee obtiennent tous deux des scores élevés en termes de mesures et de tests, offrant des équipements dédiés et une documentation d’accompagnement, disponibles rapidement et faciles à utiliser.

Au final, EnOcean s’avère être « éminemment adapté aux applications d’automatisation des bâtiments », son infrastructure de base étant le seul point venant entacher son score parfait. L’utilisation conjointe des capteurs EnOcean et des solutions MobiusFlow® de iaconnects génère une solution IoT d’une grande force pour les smart buildings.