Introduction

ll y a une multitude de normes comme Bluetooth et WiFi ( 802.11 ) qui s’adressent au transport de la voix et des données à haut débit . Jusqu’à présent il n’existait pas une norme sans fil de réseau qui satisfait les besoins spécifiques des capteurs et dispositifs de commande. Les capteurs et les dispositifs de commandes n’ont pas besoin d’une largeur de bande très élevée, mais ont besoin d’un temps de latence faible ainsi qu’une consommation d’énergie très basse, pour un longue durée de vie sur batterie et un grands nombre de dispositifs.

Il existe une multitude de systèmes sans fil spécifiques conçus aujourd'hui pour résoudre une multitude de problèmes qui n'exigent pas des débits élevés, mais qui exigent des coût très bas et une consommation réduite. Ces systèmes sans fil spécifiques ont été conçus parce qu'il n'y avait aucune norme qui répondait à leurs exigences d'application. Ces systèmes spécifiques créent des problèmes significatifs d'interopérabilité les uns avec les autres.

L'alliance ZigBee n’est pas là pour promouvoir cette technologie ; elle est plutôt là pour fournir un ensemble normalisé de solutions de base pour des systèmes de capteurs et actionneurs.

• La couche physique a été conçue pour s’adapter à des coût très bas et permettre un niveau élevé d’intégration.
• La couche « Media Access Control » (MAC) a été conçue pour permettre des topologies multiples sans complexité. La gestion de puissance de la partie HF n'exige pas le mode de fonctionnement multiple. La couche MAC simplifiée n’exige qu’un besoin limité de mémoire ROM / RAM. La couche MAC a été conçu pour manipuler un grand nombre de dispositifs.
• La couche réseau a été conçue pour permettre au réseau de se déployer dans l’environnement sans exiger des puissances d’émission élevées. La couche réseau peut également manipuler de grandes quantités de nœuds avec des temps de latences relativement bas.

ZigBee est mis en avant pour devenir la norme globale de réseau sans fil de « terrain » type capteurs / actionneurs. Il a été conçu pour fournir les caractéristiques suivantes :

• Basse consommation, facilité de mise en œuvre, faible coût.
• De contrairement à Bluetooth, qui a différents modes et états de fonctionnement dépendant de la latence et de la gestion d’énergie, ZigBee a deux états principaux: actif (transmission/réception) ou sommeil. Le logiciel d'application doit se concentrer sur l'application, pas sur quel mode de puissance est optimum pour chaque aspect de transmission.
• La puissance HF dispersée est moindre, comparaison faite avec un réseau de 100 nœuds de connexions entre ZigBee et Wifi :
• Wifi : la puissance globale (reçue) est de 667 mW (mode toujours actif ).
• ZigBee : la puissance globale (reçue) est de 30 mW (mode toujours actif ).
• Une forte densité des nœuds par réseau : l'utilisation de ZigBee de la couche MAC – PHY de IEEE permet à des réseaux de manipuler un nombre important de nœuds. Cet attribut est critique pour de nombreux capteurs et des réseaux massifs de contrôle / commande.
• Protocole simple, exécution globale : on estime que la pile de code du protocole ZigBee est environ 1/4 de la pile Bluetooth. La partie interface physique de ZigBee ( PHY ) a été conçu pour la bande de 868 mégahertz en Europe, la bande de 915 mégahertz en Amérique du Nord, en Australie, etc..; et la bande de 2,4 gigahertz est maintenant identifiée pour être une bande globale admise dans presque tous les pays.

• Interface physique (PHY) RADIO bi-bande (2.4GHz et 868/915 mégahertz)
• Débits de 250 kbps (gigahertz @2.4), de 40 kbps (@ 915 mégahertz), et de 20 kbps (@868 mégahertz)
• Optimisé pour des applications ayant un temps d’utilisation très faible (< 0,1%)
• Accès canal radio type CSMA-CA, procurant un bon rendement pour une utilisation très faible.
• Basse consommation.
• Faible coût d’un nœud de connexion.
• Topologies multiples: étoile, maille, etc
• Espace d’adressage de 18.450.000.000.000.000.000 dispositifs (adresse IEEE de 64 bits)
• 65.535 réseaux .
• Unité de temps ( slot time ) comme garantie facultative pour les applications exigeant un temps de latence très faible.
• Protocole fiabilisé sur la méthode « hand-shaked »
• Sécurité : possibilité de cryptage au niveau de la couche MAC par l’algorithme AES.
• Portée : 50m typiques ( 5 à 500m suivant l'environnement )

ZigBee vise toutes les applications mettant en œuvre de la collecte de données en provenance de capteurs et la transmission d’ordres / consignes pour des actionneurs. De ce fait le volume de données par nœud de connexion est très faible ( quelques octets ) et doit le rester, sous peine de pénaliser fortement le réseau ; le temps d’utilisation ou d’occupation du canal radio doit rester très faible ( consommation et méthode d’accès au canal radio ). De part ses contraintes, ZigBee n’est pas adapté à la transmission de paquets de données plus ou moins importants entre différents nœuds du réseau.

Complémentaire de Wifi et BlueTooth, ZigBee se positionne comme un réseau de « terrain » sans fils pour capteurs et actionneurs, mais il n’est pas une alternative à ces technologies en terme d’accessibilité réseau et transport de données ; dans une éventuelle comparaison, les avantages de ZigBee se limitent à un coût plus faible et une consommation réduite ( bien que l’écart avec BlueTooth reste faible )

Les principaux marchés visés sont les réseaux de capteurs / actionneurs dans des domaines tels que : la domotique / supervision d’édifices, l’instrumentation dans l’industrie et les systèmes d’alarmes.

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