Le protocole ZigBee

ZigBee est un protocole de haut niveau permettant la communication de petites radios, à consommation réduite, basée sur le standard IEEE 802.15.4 pour les réseaux à dimension personnelle (Wireless Personal Area Networks : WPANs). Ratifiées en  2004, les spécifications de ZigBee 1.0 sont disponibles auprès des membres de la communauté industrielle ZigBee Alliance.

 

Description de la technologie ZigBee

La technologie ZigBee a pour but la communication de courte distance telle que le propose déjà la technologie Bluetooth, tout en étant moins chère et plus simple. À titre d’exemple, les nœuds ZigBee classiques nécessitent environ 10 % du code nécessaire à la mise en œuvre de nœuds Bluetooth ou de réseaux sans fil, et les nœuds ZigBee les plus élémentaires peuvent ainsi descendre jusqu’à 2 %.
Les nœuds sont conçus pour fonctionner plusieurs mois (jusqu’à deux ans pour les moins consommant) en autonomie complète grâce à une simple pile alcaline de 1,5V.

Zigbee fonctionne sur la bande de fréquences des 2,4 GHz et sur 16 canaux. Sa portée est d'une dizaine de mètres, et peut atteindre 150 mètres en extérieur. Les débits autorisés sont relativement faibles, entre 20 et 250 Kbits/s, mais c'est véritablement sa très faible consommation électrique qui en fait son atout principal.

ZigBee recourt à l’adressage sur 16 bits qui autorise, en théorie, l’utilisation de 2^16 nœuds par réseau personnel (PAN). En pratique, le nombre de nœuds est limité en raison du temps d’attente des paquets de données. On estime donc que les réseaux en étoile peuvent accueillir moins de 2000 nœuds.

La compatibilité des produits ZigBee est conditionnée par les profils ZigBee. L’utilisation de profils permet de garantir l’interopérabilité au niveau des applications. Outre le protocole, le profil définit le contenu du paquet de données envoyé à un autre dispositif. Dans chaque profil sont définis un ID unique, les types d’équipements, le format des messages, l’encodage du contenu et l’interprétation des clusters.

 

Applications du standard ZigBee

La spécification initiale de ZigBee propose un protocole lent dont le rayon d’action est relativement faible, mais dont la fiabilité est assez élevée, le prix de revient faible et la consommation considérablement réduite. Elle s’applique aux équipements de contrôle et de surveillance basse consommation en réseau sans fil basés sur une norme ouverte internationale.

On retrouve donc ce protocole dans des environnements embarqués où la consommation est un critère de sélection. Ainsi, la domotique et les nombreux capteurs qu’elle implémente apprécie particulièrement ce protocole en plein essor et dont la configuration du réseau maillée se fait automatiquement en fonction de l’ajout ou de la suppression de nœuds. On retrouve aussi ZigBee dans les contrôles industriels, les applications médicales, les détecteurs de fumée et d’intrusion.

En 2005, une estimation du coût unitaire pour un nœud ZigBee a révélé un prix de 1,10 $ par unité dans le cadre d’une production en très grand nombre. Il faut bien sur ajouter le prix du microcontrôleur qui commande le circuit et augmente légèrement le prix. Pour information, la technologie Bluetooth, lancée en 1998, annonçait à cette époque un prix unitaire de production compris entre 4 et 6 $, maintenant redescendu à moins de $3.