Le protocole ZigBee n’utilise que quatre couches sur les sept du modèle OSI. Il comprend une couche Physique (PHY) qui contient la fréquence radio (RF) de l’émetteur-récepteur ainsi que son mécanisme de contrôle de bas niveau, et une sous couche MAC (Medium Access Control) qui donne accès au canal physique pour tous les types de transfert.

Les couches supérieures sont constituées d’une couche réseau NWK (Network Layer), qui fournit la conguration du réseau, la manipulation et le routage des messages, et d’une couche application APL (Application Layer), qui est dotée de 2 sous couches APS (Application support sub-layer), qui lui est chargé de gérer la table de correspondance permettant d’associer les équipements entre eux et l’entité ZDO (Zigbee Device Object) qui est chargée de définir le rôle d’un objet dans le réseau et de sécuriser les relations entre les équipements.

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I. Les entités réseau

Le protocole ZigBee prévoit deux types d’entités réseau :

  • Les FFD (Full Function Device) implémentent la totalité de la spécification. Ils ont trois rôles possibles : coordinateurs PAN (Personal Area Network), routeur ou dispositif terminal (End-Device).
  • Les RFD (Reduce Function Device) sont des entités allégées dans un objectif de moindre consommation énergétique et de moindre utilisation mémoire pour le microcontrôleur. Ils sont généralement des noeuds terminaux du réseau (End-Device).

 

1. Le coordinateur

Ce module va gérer les fonctions de haut niveau du réseau comme l’authentification, la sécurité… Un seul coordinateur doit être présent pour le même réseau (même identifiant de réseau PAN ou PANID). Il est obligatoire pour la mise en place du réseau.

Ce dernier se doit d’être présent tout au long de la vie du réseau. Il est donc fortement conseillé d’alimenter en permanence ce module (pas de pile). Il est aussi possible de mettre le coordinateur sur onduleur (batterie de grande capacité avec recharge automatique).

 

2. Les routeurs

Ces modules disposent de toutes les fonctions d’un module End-Device (dispositif terminal du réseau) avec en plus des fonctions de haut niveau utiles pour étendre votre réseau. Vous pouvez en avoir plusieurs disposés généralement à des points clef de maillage.

Ils permettent :

  • d’étendre la taille du réseau en permettant aux autres modules de s’enregistrer auprès d’eux et non exclusivement auprès du coordinateur. Cela évite de saturer le coordinateur en nombre de modules inscrits. La taille maximum d’un réseau peut ainsi atteindre 65536 modules.
  • d’étendre la portée du réseau. Chaque module routeur répète les signaux reçu aux autres modules qui lui sont enregistrés. Le signal se répercute ainsi de module en module pour atteindre le End-device concerné.

Attention, ces fonctions augmentent fortement la consommation de ces modules. De plus, en cas d’indisponibilité d’un routeur tous les modules enregistrés auprès de lui deviennent invisibles. Il est donc fortement conseillé de choisir une alimentation conséquente et continue. La plupart du temps la fonction routeur est dédié aux module sur prise de courant (actionneur de lampe, chauffage …).

 

3. Les End-Devices

Ce sont tous les modules terminaux comme les capteurs, actionneurs… Ils ne sont actifs que sur changement de leurs états ou sur réponse à une trame, leurs consommation est donc très faible et ils peuvent tout à fait être alimenté par des piles ou des batteries.

 

II. Les topologies :

Le réseau ZigBee est un réseau maillé sans fil. Chaque nœud (module) doit s’identifier avant de rejoindre le réseau.

La norme IEEE 802.15.4 met en place deux topologies :

  • Topologie étoile :

zigbee topologie etoile

Dans cette configuration, la pièce maîtresse, celle par qui tous messages transitent, est le coordinateur (PAN coordinator). Il joue en quelque sorte le rôle de passerelle. Si un dispositif A souhaite dialoguer avec un dispositif B, la communication doit impérativement passer par le coordinateur.

Dans cette topologie, les dispositifs sont très simples et n’embarquent qu’une couche simplifiée du protocole Zigbee. Le coordinateur est en général fixe et alimenté pour garantir le fonctionnement du réseau.

  • Topologie Point à Point :

zigbee topologie point a point

Les dispositifs sont capables de dialoguer directement entre eux s’ils sont à proximité ou bien d’utiliser le coordinateur pour contacter un dispositif à plus longue distance. Dans cette topologie, les dispositifs sont plus compliqués et intègrent entièrement le protocole Zigbee. Une mécanique de tables de liaison permet également à chaque dispositif de jouer le rôle de coordinateur, permettant à deux dispositifs éloignés de dialoguer par l’intermédiaire d’un élément à portée.

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A propos de l'auteur

Passionné par les nouvelles technologies, et après plusieurs années à travailler dans l’industrie, j’ai eu la chance d’intégrer l’équipe Domadoo en 2008 en tant que Responsable Technique. Depuis 2009 je suis également Rédacteur en chef du Blog Domadoo. Toujours à l’affût de nouveaux produits qui pourront améliorer notre quotidien, j’aime partager mes trouvailles avec vous.