Les systèmes domotiques intelligents ont besoin d'une connexion radio pour la mise en réseau sans fil des appareils. Cependant, il n'y a pas qu'une, mais de nombreuses normes radio différentes pour la domotique. Nous expliquons ici pourquoi il en est ainsi et ce que cela signifie pour la conception de la maison intelligente.
ZigBee & Co.: Ce que vous devez savoir sur les normes sans fil Smart Home
- La connexion sans fil dans la maison intelligente doit transmettre les données en toute sécurité et rapidement avec une faible consommation d'énergie.
- Le WLAN offre un taux de transmission élevé, mais nécessite beaucoup d'énergie, c'est pourquoi la norme sans fil n'a pas fait son chemin dans les maisons intelligentes.
- Les capteurs à piles qui envoient de petites quantités de données utilisent principalement des protocoles économiques tels que ZigBee, Z-Wave ou EnOcean, qui, comme le WLAN, sont librement accessibles à tous les fabricants.
- En plus des normes radio ouvertes, il existe également des normes privées telles que Homematic IP qui appartiennent à une entreprise. Les appareils ne sont alors compatibles qu'au sein de votre propre système domestique intelligent ou avec des systèmes co-développés par le fabricant. Ces normes radio sont également qualifiées de «propriétaires».
Pourquoi les normes radio sont-elles importantes?
Quiconque a déjà essayé désespérément de surfer sur Internet au milieu de la forêt ou sur l'autoroute sait à quel point les connexions radio stables sont importantes. Il en va de même pour les appareils domestiques intelligents censés échanger des informations entre eux dans la maison sans interférence. Parce que, tout comme les smartphones, les systèmes de maison intelligente basés sur la radio communiquent à l'aide d'ondes électromagnétiques.
Les normes radio telles que ZigBee, Z-Wave, WLAN ou EnOcean sont généralement basées sur la modulation de la radio et des micro-ondes, qui appartiennent à la partie basse fréquence du spectre électromagnétique. Pour ce faire, la vague est modifiée de manière à pouvoir transporter des informations (images, langue, musique, texte). En Allemagne, l'Agence fédérale des réseaux émet des fréquences pour le trafic radio. De nombreux protocoles dans le domaine de la radio domestique intelligente utilisent soit la bande dite ISM (bande industrielle, scientifique et médicale) entre 2,4 et 2,5 GHz ou la bande SRD (appareil à courte portée) entre 863 et 870 MHz.
Les normes sans fil pour la portée de la maison intelligente entre les ondes radio et l'infrarouge.
Afin de pouvoir contrôler les appareils domestiques intelligents avec un smartphone ou une tablette, la fréquence radio de la maison intelligente doit être traduite en un signal WLAN. C'est pourquoi la plupart des systèmes domestiques intelligents nécessitent un pont radio (également une passerelle ou un centre de contrôle). Il est connecté au routeur WLAN à la maison.
En quoi ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co. diffèrent-ils?
Les connexions sans fil doivent transmettre les données en toute sécurité, rapidement et sans interférence. Cependant, les exigences changent en fonction du domaine d'application. Avec les systèmes de visioconférence, par exemple, ils doivent transporter d'énormes quantités de données. Les capteurs de température ou de mouvement dans les maisons intelligentes, par contre, n'envoient que de petits paquets de données. Ici, la norme sans fil doit avant tout fonctionner de manière économique afin que les batteries durent le plus longtemps possible.
Bande passante
Une norme radio utilise une certaine plage de fréquences. La bande passante indique la distance entre les fréquences supérieure et inférieure de cette plage. Par exemple, la plupart des routeurs sans fil utilisent une plage de fréquences de 2,4 à 2,4835 GHz. La bande passante dans ce cas est de 83,5 MHz. Plus la bande passante est grande, plus les données peuvent être transmises.
canaux
Pour éviter les interférences, il doit y avoir un espace entre un canal et le suivant. Pour les réseaux WLAN dans la bande de fréquences 2,4 GHz, quatre canaux sans chevauchement sont disponibles avec une largeur de canal de 20 MHz et une distance de 5 MHz.
Transmission
de vitesse La vitesse de transmission est très important dans Internet sans fil. Pour cette raison, le WLAN s'est imposé comme la norme sans fil pour les ordinateurs portables, les PC et les smartphones. Les routeurs avec le standard Wifi 5 (802.11 ac) gèrent jusqu'à 1300 Mbit / s. Cela suffit pour diffuser des séries confortablement. La norme sans fil Z-Wave Smart Home arrive à 9,6 Kbit / s en comparaison. Cela suffit pour envoyer des commandes entre les commutateurs et les capteurs.
Des taux de transmission élevés sont nécessaires pour les chats vidéo. Le WLAN est ici très bien adapté en tant que norme radio.
Les
fabricants de gamme spécifient souvent la portée à l'air libre avec une connexion sans fil. Dans les pièces fermées, cependant, des obstacles ralentissent la transmission des ondes électromagnétiques. En particulier, les éléments de construction légers en plaques de plâtre, les murs avec des éléments en acier et les conduites d'eau interfèrent avec la transmission radio. Le WLAN a une portée théorique de 300 mètres - dans la pratique, cependant, le niveau du signal chute après seulement quelques mètres. La fréquence du signal radio est également cruciale: plus la portée est élevée, plus la portée est courte.
Norme de sécurité
La transmission sans fil est particulièrement sujette au vol de données. Pour cette raison, toutes les normes sans fil de la maison intelligente sans fil ont un protocole de sécurité qui crypte les données. Néanmoins, aucune norme sans fil n'est à 100% protégée contre les attaques de pirates. Lisez notre article à ce sujet: Quelle est la sécurité d'une maison intelligente?
Pourquoi ne pas utiliser immédiatement le WiFi pour tous les appareils domestiques intelligents?
95% de tous les Allemands ont une connexion Internet, la plupart avec un routeur WLAN. Alors pourquoi ne pas utiliser le WLAN comme standard pour les systèmes domotiques intelligents? Il y a plusieurs raisons à cela:
Consommation d'énergie élevée
Par rapport aux autres connexions sans fil, le WLAN a un taux de transmission élevé. Cela signifie également que les appareils WiFi consomment beaucoup d'énergie. Ceci est particulièrement désavantageux pour les appareils fonctionnant sur batterie. La bande passante élevée et la vitesse élevée ne sont pas nécessaires pour les petits capteurs qui ne transmettent que des messages courts.
Chevauchements
Surtout dans les immeubles à appartements, des interférences se produisent lorsque trop d'appareils dans les réseaux WLAN voisins utilisent la gamme de fréquences 2,4 GHz.
Portée limitée
Les interférences de signaux provenant d'autres appareils utilisant la même bande de fréquences réduisent également la portée de la liaison radio.
Quelle est la différence entre les normes sans fil ouvertes et propriétaires?
- Avec des normes radio ouvertes telles que ZigBee et Bluetooth, la technologie est disponible gratuitement pour tous les fabricants. Souvent, plusieurs entreprises développent les protocoles dans une organisation faîtière. L'avantage est un haut niveau de compatibilité, même avec différents systèmes de maison intelligente. Homee est un bon exemple de système de maison intelligente complètement ouvert auquel tous les appareils utilisant des normes radio ouvertes peuvent être connectés.
- Avec des normes radio propriétaires (fermées) telles que Homematic IP, un fabricant développe son propre protocole. Cela garantit une plus grande sécurité lors de la transmission des données. Les appareils domestiques intelligents ne peuvent être connectés qu'à des appareils du même fabricant. Cet obstacle peut être contourné avec la compatibilité appropriée en utilisant des «applications de colle» telles que IFTTT ou l'application Alexa.
- Dans le cas des normes radio ouvertes, le code du protocole est open source. Cela signifie que n'importe quel fabricant peut apporter des modifications. Les appareils ayant le même standard radio ne sont donc pas nécessairement compatibles entre eux. Étant donné que de nombreux fabricants souhaitent que leurs produits puissent être connectés à autant de systèmes différents que possible, la compatibilité est probable.
Comparaison des normes radio intelligentes pour la maison
|
Taux de |
La portée à l' |
gamme de fréquences |
Consommation d' énergie |
application |
Fabricant |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
ACCÈS INTERNET SANS FIL |
1 000 à 1 |
50 m |
2,4 à 2,48 GHz |
haute |
Internet sans fil |
Belkin WeMo DLink Tado Google Home Maison intelligente Netatmo bague |
|
Bluetooth 5.0 |
1 à 3 Mbit / s |
10 m |
2,40 à 2,48 MHz |
faible |
Appareils domestiques intelligents | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10 à 15 m |
2,4 GHz |
faible |
Automatisation du bâtiment |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Maison intelligente Homee |
|
Z-Wave |
9,6 à 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
faible |
Automatisation du bâtiment |
Fibaro Honeywell Néo Samsung SmartThings Maison Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
très lent |
Capteurs de température , |
Siemens Mediola Maison intelligente Homee Somfy Wago |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20 à 30 m |
868 à 869,52 MHz |
faible |
Gestion de l' énergie , |
AccueilMatic Max! Qivicon / Magenta Innogie |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30 à 50 m |
1,89 à 1,90 MHz |
faible |
Automatisation du bâtiment |
Maison intelligente magenta AVM Gigaset |
Normes radio: avantages et inconvénients en un coup d'œil
1. WLAN
Dès les années 1970, on a tenté d'inventer des liaisons radio pour une transmission rapide des données. En 1971, le réseau ALOHAnet a connecté sept ordinateurs sur quatre îles hawaïennes différentes en utilisant le protocole radio Aloha. Le protocole radio IEEE 802.11, qui est utilisé partout aujourd'hui, existe depuis 1997. Deux ans plus tard, la WiFi Alliance a été créée dans le but de certifier les appareils WLAN et de développer davantage la technologie.
La sonnette intelligente de Ring communique avec un appareil Alexa via WiFi.
Fonctionnalité
- Les réseaux WiFi actuels sont basés sur les normes radio IEEE-802.11n et 802.11ac (WiFi 4 et WiFi 5).
- Les taux de transfert théoriques sont de 600 Mbit / s ou 1500 Mbit / s. En pratique, cependant, le débit de données est plus faible car de nombreux routeurs ne peuvent pas recevoir plusieurs flux de données en parallèle.
- Les routeurs WLAN utilisent la bande de fréquences 2,4 GHz avec quatre canaux non superposés, les modèles plus récents utilisent également la bande de fréquences 5 GHz avec 19 canaux.
avantages
- pour sûr
- taux de transfert élevé
désavantage
- énergivore
- Interférences fréquentes en raison du nombre élevé d'utilisateurs, en particulier dans la bande 2,4 GHZ
- dans la plage inférieure de 5 GHz en raison de la haute fréquence
Applications
Malgré sa soif d'énergie, la norme radio WLAN joue un rôle majeur dans la mise en place d'une maison intelligente:
- dans la communication entre le Smart Home Hub et le routeur
- pour les appareils tels que les téléviseurs intelligents et les caméras qui transmettent de grandes quantités de données (vidéos)
Systèmes domotiques intelligents avec WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google Home
- Maison intelligente Netatmo
- Ring (sonnettes vidéo intelligentes)
2.Bluetooth basse énergie (BLE, 5.0)
En 1998, Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba et Intel ont développé la norme Bluetooth. En 1999, le Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) a publié les spécifications du premier protocole Bluetooth. Dans les années qui ont suivi, Bluetooth est devenu l'une des normes radio les plus importantes pour la transmission sans fil entre téléphones portables et PC ou pour les écouteurs Bluetooth. À partir de la version 4.0, il consomme nettement moins d'énergie, d'où le nom Low Energy (Bluetooth LE).
En raison de sa courte portée, le Bluetooth est moins adapté aux maisons intelligentes. La norme radio est plus adaptée pour écouter de la musique avec des écouteurs sans fil.
Fonctionnalité
La norme sans fil Bluetooth utilise comme la bande ISM sans fil 2,402 à 2,480 GHz.
- L'appareil émetteur (maître) se synchronise avec l'appareil récepteur (esclave). Les deux appareils doivent autoriser la connexion pour cela.
- L'émetteur et le récepteur établissent une connexion point à point dans un réseau dit pico. Chaque appareil a une adresse 48 bits qui l'identifie.
- L'émetteur change de fréquence dans la bande de fréquences 1 600 fois par seconde (processus de saut de fréquence). Le récepteur sonde les signaux de l'émetteur toutes les 2 secondes jusqu'à ce que la connexion soit établie.
avantages
- largement utilisé, donc haute compatibilité
- batterie faible
désavantage
- courte portée
- mauvaise stabilité
Applications
Dans les domaines de la domotique et de la sécurité, peu de fabricants font confiance au Bluetooth, mais il s'agit de l'une des principales normes sans fil pour les appareils portables et l'électronique de divertissement. Les applications utiles dans le domaine de la maison intelligente comprennent les serrures de porte électroniques ou les ouvre-portes de garage intelligents.
3. ZigBee
En 2002, diverses entreprises ont fondé la ZigBee Alliance. La norme radio est destinée à permettre la transmission de données dans des réseaux avec de faibles volumes de données et une consommation d'énergie minimale. Dans les années qui ont suivi, ZigBee s'est imposé comme la technologie leader de l'automatisation industrielle, en particulier pour la commande d'interrupteurs et de capteurs.
ZigBee est prédestiné pour la maison intelligente en raison de sa faible sensibilité aux pannes. Entre autres choses, Philips Hue est basé sur ZigBee comme une lumière intelligente.
Fonctionnalité
- Comme Bluetooth, ZigBee utilise la norme IEEE 802.15.4 et étend le protocole de trois couches.
- Dans un réseau maillé, les appareils domestiques intelligents individuels ne reçoivent pas nécessairement uniquement des messages de la passerelle centrale. Chaque appareil devient bien plus un nœud de réseau et peut relayer des informations. Par exemple, les lampes et les capteurs de température connectés au concentrateur communiquent également entre eux.
- En cas de panne du concentrateur, la lampe reçoit toujours la commande «Continuer la lampe» du capteur de température. Dans les grands appartements et maisons de plusieurs pièces, la connexion fonctionne généralement sans interférence malgré les murs.
Applications
Les appareils domestiques intelligents dans la domotique tels que le contrôle intelligent du chauffage, les capteurs de portes et fenêtres ou les lumières utilisent le plus ZigBee.
avantages
- faible consommation d'énergie
- faible susceptibilité à l'échec
- haute distribution, d'où un grand choix de fabricants
désavantage
- aucun
Systèmes domotiques intelligents avec ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Maison intelligente Homee
- Bosch
4. Z-Wave
En 1999, la société danoise Zensys a développé la norme radio Z-Wave en tant que technologie propriétaire. En 2005, divers fabricants ont fondé la Z-Wave Alliance, qui compte des membres tels que Huawei et Fibaro. La société de technologie "Silicon Labs" détient désormais les droits de la technologie. Fin 2019, Silicon Labs a annoncé vouloir faire de Z-Wave un standard sans fil ouvert.
Z-Wave est très populaire auprès des fabricants d'appareils pour la maison intelligente. Le capteur intelligent de Fibaro mesure le mouvement, la température et la lumière et est basé sur Z-Wave comme norme sans fil.
Fonctionnalité
- Les données sont transmises dans la gamme de fréquences 868 MHz avec un décalage de fréquence de 20 kHz.
- Les appareils Z-Wave forment un réseau doté d'un identifiant unique. Chaque appareil du réseau possède un ID défini dans la puce intégrée.
- Comme avec ZigBee, les appareils communiquent entre eux dans un réseau maillé similaire aux répéteurs maillés. Le réseau sans fil fonctionne plus facilement, plus les appareils alimentés en électricité sont intégrés dans la maison intelligente.
- Le destinataire doit accuser réception de chaque message.
avantages
- Faible interférence grâce à l'utilisation de la bande de fréquences 868 MHz
- faible consommation d'énergie
- haute distribution, d'où un grand choix de fabricants
- jusqu'à 232 appareils peuvent être reliés entre eux
désavantage
- faible taux de transfert, mais suffisant pour les petits capteurs
Systèmes de maison intelligente avec Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Néo
- Samsung SmartThings
- Maison intelligente Homee
- Devolo
- Merten
- Maison intelligente Vivint
5. EnOcean
En 2001, Siemens a fondé EnOcean GmbH dans le but de développer un protocole de communication sans fil dans l'industrie. L'Alliance EnOcean, fondée en 2008, comprend plus de 400 entreprises, dont Honeywell, IBM et Microsoft.
Les appareils Enocean génèrent leurs propres besoins en électricité en appuyant simplement sur un bouton.La Smart Home de Homee est une façon d'utiliser la norme sans fil.
Fonctionnement
La norme sans fil EnOcean utilise le principe de la récupération d'énergie. Les capteurs n'ont pas besoin de batterie.
- Un convertisseur d'énergie génère de l'électricité à partir d'un mouvement tel qu'une pression sur un interrupteur d'éclairage.
- Les mini cellules solaires sont alimentées par l'électricité à partir de sources lumineuses, par exemple.
- Les éléments Peltier génèrent de l'électricité grâce aux différences de température, par exemple entre le radiateur et l'environnement. Une différence de température de deux degrés suffit.
avantages
- pratiquement aucune consommation d'énergie
désavantage
- convient uniquement aux petits capteurs et aux petites quantités de données
Applications
La norme radio à très faible consommation d'énergie est utilisée par les appareils domestiques intelligents qui envoient des messages courts ou des commandes. Ceux-ci sont:
- Détecteurs de mouvement ou détecteurs de mouvement
- Capteurs de température
- Capteurs de CO2
Systèmes domotiques intelligents avec EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Maison intelligente Homee
- Somfy
- Wago
- Eltako (technologie de sécurité)
- NodOn (détecteur de mouvement)
6. IP Homematic (BidCoS)
Derrière la marque Homematic IP se cache le standard radio propriétaire BidCoS (Bidirectional Communication Standard). L'inventeur est l'entreprise technologique allemande eQ-3, fondée en 2007, qui utilise sa norme Homematic IP pour ses propres systèmes de maison intelligente (Max!, Homematic), mais la met également à la disposition de ses partenaires de coopération Innogy et Qivicon. Qivicon est une grande plate-forme de maison intelligente qui sert également de base au Qivicon / Magenta SmartHome, par exemple.
Homematic IP est une radio propriétaire, les appareils fonctionnent en coopération mais aussi avec Magenta et Innogy.
Fonctionnalité
- Le BidCoS est un protocole bidirectionnel. Cela signifie que le destinataire doit toujours accuser réception d'un message.
- La norme radio transmet les données avec authentification AES et cryptage 128 bits.
avantages
- haute sécurité
désavantage
- non compatible avec d'autres systèmes de maison intelligente (sauf pour les partenaires de coopération)
Systèmes de maison intelligente avec Homematic IP / BidCoS
- AccueilMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogie
7. Dect ULE
La norme radio DECT (pour Digital Enhanced Cordless Communication) s'est répandue dès les années 1990 avec l'avènement des téléphones sans fil. La variante Ultra Low Energy (ULE) du protocole DECT est optimisée pour une faible consommation d'énergie.
Les appareils Dect Ule peuvent être contrôlés directement via la Fritz! Box. Par exemple, la prise intelligente d'AVM.
Fonctionnalité
- DECT ULE ne représente pas un protocole unique, mais de nombreux protocoles de différents fabricants dans la bande de 1 890 à 1 900 MHz.
- Pour communiquer entre eux, les appareils domestiques intelligents qui utilisent le protocole DECT ULE ont besoin d'une passerelle comme centre pour les messages entrants et sortants.
Application
La norme radio n'est pas seulement utilisée pour les téléphones et les routeurs, mais également pour les lampes et capteurs intelligents.
avantages
- Faible interférence grâce à sa propre bande de fréquences
désavantage
- utilisé relativement rarement
Systèmes domotiques intelligents avec Dect ULE
- Magenta Smart Home (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Maison intelligente Gigaset Elements
Combiner différentes normes
Les systèmes de maison intelligente de conception ouverte offrent la possibilité de combiner différentes normes sans fil. Une grande variété de normes de maison intelligente sont intégrées dans les centres de contrôle de systèmes tels que Magenta ou Homee.
Les «applications adhésives» telles que IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant ou Amazon Alexa servent également de pont entre les appareils domestiques intelligents avec différentes normes sans fil. En principe, les informations de diverses applications sont évaluées dans une application centrale. Par exemple, le capteur D-Link envoie un signal sonore lorsque le capteur Arlo détecte un mouvement. La condition préalable est que les appareils individuels soient compatibles avec l'application adhésive sélectionnée.
KNX-RF: étendez le système de bus avec des appareils radio
Dans le cas de nouveaux bâtiments ou d'une installation ultérieure d'une Smart Home dans un ancien bâtiment, les propriétaires peuvent déterminer s'ils souhaitent implémenter la commande Smart Home via une installation par câble au lieu de la radio. Le câble d'alimentation peut être utilisé comme élément de connexion (système CPL) ou comme système de bus séparé qui fonctionne comme une deuxième ligne à côté de la ligne électrique (système KNX). Le bus KNX permet l'intégration d'appareils pour la maison intelligente de différents fabricants et peut être combiné avec Powerline et Ethernet.
Pour le système KNX, il existe désormais également une solution hybride composée d'appareils filaires et radio pouvant être contrôlés via la même interface utilisateur. Ceci est utile, par exemple, pour étendre une maison intelligente filaire avec des fonctions supplémentaires. La norme radio appropriée est appelée KNX-RF. Une maison intelligente sans fil pure peut également être mise en œuvre à l'aide de cette technologie, comme cela est également possible avec les normes sans fil dans la comparaison ci-dessus. Cependant, étant donné que la connexion et la programmation sont relativement complexes, KNX-RF s'adresse davantage aux spécialistes et propriétaires KNX qui souhaitent combiner KNX et KNX-RF.