Internet des objets, que choisir entre Zigbee et BLE ?

La semaine dernière nous avons vu une méthode de communication longue distance appelée LoRa et très utilisée dans le domaine de l’Iot. Aujourd’hui nous allons voir et comparer 2 méthodes de communication courte distance utilisé dans l’IoT. J’ai nommé Le Bluetooth low energy (BLE) et le Zigbee.

Ce sont deux protocoles très similaires et souvent confondu ! Cet article est destiné aux novices dans ce domaine, qui veulent apprendre qui ils sont afin de pouvoir mettre en place chez eux la meilleure solution !

Nous verrons dans un premier temps ce que c’est le Bluetooth low energy, puis dans un second temps le Zigbee. Nous comparerons ensuite ces deux protocoles et enfin je te proposerai des solutions optimales pour pouvoir les mettre en place chez toi.

Sommaire:

  1. Présentation BLE
  2. Présentation ZigBee
  3. Comparaison de consomation d’énergie
  4. Installation BLE
  5. Installation ZigBee
  6. Conclusion

 

Bluetooth Low Energy

Évolution direct de la technologie Bluetooth le BLE est un protocole Bluetooth qui a été conçu pour l’internet des objets. Il propose en effet une très basse consommation d’énergie, ce qui est son plus gros avantage pour être concurrent dans ce domaine.

Cette technologie fonctionne en réseau PAN (personal area network) il est compatible avec un grand nombre de systèmes (Android, iOS, Windows 8/10, OS X). Vous pouvez d’ailleurs être sûr qu’à moins d’avoir un téléphone préhistorique vous en avez dessus.

Il est donc un très bon protocole pour connecter des objets à des personnes par quelque manière que ce soit. Tout appareil contrôlable depuis votre téléphone et fonctionnant sur batterie à intérêt à utiliser cette technologie pour fonctionner (montre connectée, enceinte, ect…).

Par rapport au Bluetooth celui-ci propose cependant un débit réduit et une zone de connexion moins étendue.

ZigBee

 

Le ZigBee est un protocole datant du début des années 2000. Il fonctionne avec une topologie étoile, maillé ou arbre selon vos besoins. Le réseau maillé de zigbee par exemple, permet à tous vos modules zigbee d’être en quelque sorte relié les uns par rapport aux autres ! En effet ils peuvent émettre de l’information, recevoir de l’information et aussi en relayer, ce qui peut élargir considérablement un réseau de zigbee.

Contrairement au module BLE il est surtout destiné à la connexion entre les objets et pas à la connexion avec l’utilisateur. Chaque module zigbee peut être défini en tant que routeur, coordinateur ou device en fonction de son rôle dans le réseau.

  • Coordinateur : initialise la constitution du réseau et lien vers d’autres réseaux (1 seul)
  • Router : reçois ou relay de l’information
  • Device : envois des messages et agit

Cette technologie ne fonctionne qu’avec peu de systèmes d’exploitation hormis Zigbee. C’est pourquoi il ne doit pas être utilisé de la même manière que le BLE. Il peut aussi supporter jusqu’à 65 000 nœuds contrairement au BLE qui n’en supporte que 8  et la couverture d’une plus grande zone que le BLE.

Zigbee est donc lui contrairement à BLE destiné à une connexion inter zigbee. Il est optimal de prendre cette technologie si vous avez décidé de construire un réseau de capteur zigbee qui communique entre eux.

Comparaison consommation d’énergie

 

Parlons d’un des sujets les plus importants, la consommation d’énergie. Si vous voulez réaliser des objets connectés sur batterie et que vous ne voulez pas recharger / changer les piles tous les quatre matins alors c’est un sujet que vous devez prendre particulièrement à cœur.

J’ai lu beaucoup de documentation sur le sujet afin de déterminer qui est le meilleurs de ces deux appareils et j’en ai conclu que pour la plupart des usages c’est le BLE qui est le meilleur. Lien de mes lectures.

En effet la consommation d’énergie de celui-ci est bien meilleure que son concurrent ZigBee que ce soit quand il est réveillé ou endormi.

L’un des désavantages du BLE est cependant son temps de reconnexion après chaque sommeil qui est bien plus élevé que ZigBee.

Mais la ou le BLE l’emporte est sur sa qualité de sommeil. En effet celui-ci à un « Duty cycle » bien plus faible que ces concurrents. Le duty cycle est le pourcentage de donnée émise sur une période d’échantillon. Plus celui-ci est bas mieux le sommeil est efficace, il est de moins de 0,1% pour le BLE.

Il est donc super efficace pour faire de long sommeil et envoyer quelques données de temps en temps.

En ce qui concerne l’utilisation optimale du BLE dans le but d’économiser encore plus de batteries c’est la méthode maitre esclave qui est la plus efficace.

Cette méthode nécessite cependant un maitre qui sera toujours en éveil et qui viendrait réveiller l’esclave périodiquement. Une étude à montrer qu’en envoyant 20 données par jour il pouvait tenir jusqu’à 14,83 années sur une batterie de 220mAh !

 

Installer du BLE

Pour mettre en place une Communication BLE il existe un grand nombre de cartes plus ou moins grandes, offrant plus ou moins de possibilités. Mon attention a été attirée par la carte Beetle BLE de la société Dfrobot. Pourquoi ?

La taille ! Je suis obsédé par la taille des cartes de développement surtout pour des objets connectés. Cette carte contrairement à son frère l’ESP32 est ridiculement petite, mais possède quand même un connecteur micro USB.

Voici ses caractéristiques détaillées :

  • Bluetooth Chip: CC2540
  • Sensitivity: -93dBm
  • Working Temperature:-10 ℃ ~ +85 ℃
  • Maximun Distance:50m(1968.50″)(Open field)
  • Microcontroller: ATmega328
  • Clock frequency: 16 MHz
  • Operating voltage: 5V DC
  • Input voltage: <8V (Vin < 8V)
  • Digital Pin x4
  • Analog Pin x4
  • PWM Output x2
  • UART interface x1
  • I2C interface x1
  • Micro USB interface x1
  • Power port x2
  • Size:28.8mm X 33.1mm(1.13″ x 1.30″)
  • Weight:10g

Sur la page du produit vous retrouverez tous les détails la concernant ainsi qu’un petit projet de lumière LED connecté détaillé.

Installer du Zigbee

Pour installer du ZigBee j’ai retenu 1 module.

Le module Xbee est le plus connu, la référence quand on veut faire du Zigbee ! Vous avez une tonne de documentation, de nombreux tutoriels et vous ne serez pas perdu en prenant cette solution !

Vous avez une gamme large de modèles avec pour chacun, ses qualités et défauts. Je vais parler du plus connu et surement du plus utilisé à ce jour, le module série 1.

Voici ses caractéristiques détaillées :

  • Alimentation: 3,3 Vcc (50 mA)
  • Puissance: 1 mW
  • Débit HF: 250 kbps
  • Débit série: jusqu’à 115,2 kbps
  • Portée moyenne 30 m en intérieur, 100 m en extérieur
  • Sensibilité en réception: -92 dBm
  • Fréquence: 2,4 GHz
  • Dimensions: 28 x 25 x 10 mm
  • T° de service: -40 à +85 °C
  • Poids: 3 g

Pour programmer un module Zigbee il va d’abord falloir l’initialiser. Ces modules nécessitent d’un petite configuration avant programmation. Elle est nécessaire pour dire au module qui il est avec une adresse et comment va-t-il communiquer avec ses amis Xbee.

Pour faire cela, il faudra un adaptateur qui va permettre de brancher votre module en série sur le PC et un logiciel (ctu). Rassurez-vous ; il est gratuit et permet de les configurer de manière graphique chaque module. C’est assez simple, mais je ne m’étalerai pas dessus ici.

Maintenant que vos modules Xbee peuvent communiquer, vous n’avez plus qu’à les associer avec votre carte de développement favorite. (Arduino ou autre)

Pour faire ceci, vous avez deux solutions. Sois-vous décidé de le connecter manuellement (avec des fils) ou alors en achetant un shield qui remplace ce câblage compliqué.

Conclusion

 

Nous avons vu que si tu cherches à faire une connexion entre l’humain et l’objet connecté, alors ce sera le BLE qui sera le plus approprié pour toi. Il est beaucoup utilisé dans les montres connectées notamment.

Le BLE consomme très très peu d’énergie, surtout pour un envoi de donnée pas trop fréquent (endormis le reste du temps). Il est donc préférable si tu cherches à économiser de la batterie de l’utiliser en tant que capteur pour envoyer des données de temps en temps, parfait pour des relevés de température par exemple (un relevé par heure).

Si tu veux créer un véritable écosystème d’objet connecté alors le Zigbee est la solution parfaite. Le zigbee ne parle qu’avec du zigbee !

Le zigbee reste une solution moins abordable et plus complexe à mettre en œuvre, mais avec lui vous serez assurés d’avoir un panel de possibilités très étendu ! Avec ce type de technologie, il est possible de créer un véritable réseau d’objet connecté qui communique.

La consommation du zigbee est certes plus élevée dans la plupart des cas que celle du BLE mais il reste un domaine d’application ou le zigbee peut être concurrent. En effet le temps de connexion d’un module zigbee est beaucoup moins élevé que son homologue, c’est donc plus avantageux en termes d’énergie d’utiliser ce type de module si vous devez envoyer des données très régulièrement.

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