Chapitre II. Etat de l’art des technologies utilisées dans les applications du Home & Building
II.3. Les protocoles sans fil RadioFréquences dédiés aux systèmes HBA
II.3.4. EnOcean
Figure II-27 : La stack du protocole EnOcean
EnOcean [62] est un standard RadioFréquences ouvert normalisé ISO / IEC 14543-3-10,
également connu sous le nom de Wireless Short Protocol (WSP), protocole optimisé pour la
récupération d'énergie (Energy Harvesting) dédié aux applications du HBA. EnOcean était à la base
fondé par Siemens AG en 2001, et en 2008, un grand nombre de compagnies se sont regroupées afin
de former la EnOcean Alliance (San Ramon, Californie, USA). Ils ont établi le standard et continuent
de le faire évoluer. La stack de EnOcean est représentée Figure II-27. Ce protocole utilise plusieurs
bandes de fréquences : 315 MHz, 868,3 MHz, 902 MHz et 928,35 MHz ; la fréquence 868,3 MHz est
celle utilisée pour le marché européen et les données sont transmises en utilisant la modulation 2-ASK.
Le débit est de 125 kbit/s et la bande passante du canal nominal est de 280 kHz avec des émissions de
trames de l’ordre de 1 ms. La composition d’un exemple de trame EnOcean est représentée dans la
Figure II-28. Celle-ci contient une payload de 0 à 14 octets et une longueur totale maximum de 27
octets. Ce qui implique une durée de trame de 1,7 ms. Mais en EnOcean, il existe plusieurs types de
trames avec des headers différents et des payloads qui varient en longueur (4, 8, 9 ou 14 octets).
EnOcean combine des convertisseurs micro énergie avec des composantes électroniques ultra
faibles puissances [63]. En effet, un léger mouvement mécanique (piézo-électrique) et d'autres
ressources potentielles dans l'environnement, telle que la lumière intérieure, le changement de
température (thermo-électrique) ou du courant inductif, sont transformés en énergie électrique qui est
ensuite transformée en énergie électromagnétique. Ceci permet ainsi la communication entre des
capteurs radio sans pile, des commutateurs, des contrôleurs et des passerelles. En réalité, le
développement de capteurs et de commutateurs radio sans pile est le principal argument de vente de
EnOcean car ce sont les seuls dispositifs qui peuvent être des émetteurs purs nécessitant une basse
consommation d’énergie. Les autres produits supportent le protocole EnOcean mais sont alimentés par
secteur, cela signifie qu’il n’est pas possible d’avoir un système global EnOcean entièrement basé sur
de l’Energy Harvesting. Par ailleurs, EnOcean peut supporter une topologie étoile ou une topologie
maillé ; le choix de la topologie dépend notamment de l’alimentation des produits présents dans le
réseau : sur secteur, sur pile, ou autoalimenté. Afin de consommer le moins d’énergie possible,
plusieurs concessions ont été faites. Les liens sont unidirectionnels par défaut, il n'y a donc
habituellement pas d’acquittement de trames et les produits n’implémentent aucune interface
d’affichage.
Le profil utilisé est défini par l’EEP (EnOcean Equipement Profil) dans la couche Application, il
indique le type de données transmises et le comportement du produit [64]. Un profil EEP comprend
trois éléments qui définissent le profil et les caractéristiques techniques du produit :
RORG : Indique le type de message radio (exemple : quelle est la quantité de données ? le
message est-il sécurisé ?).
FUNC : Détermine la fonction de base du produit, exemples : détecteur, capteur, sonde,
interrupteur, etc.
TYPE : Définit les caractéristiques précises propres à l’appareil, comme par exemple
l’intervalle de valeurs possibles pour un capteur de température.
L’EEP qu’un produit peut supporter dépend du fabricant. Le choix du profil se fait pendant la
phase d’apprentissage entre le capteur et l’actionneur à travers un processus appelé « Teach-in ».
Selon le niveau de la couche OSI, EnOcean utilise trois types de paquets différents : Trame,
Sous-télégramme et Télégramme.
Figure II-29 : Illustration du télégramme EnOcean composé de 3 sous-télégrammes espacés d’un temps de veille
La trame : C'est le format associé à la couche Physique. La composition de cette trame est
détaillée dans la Figure II-28. A ce niveau, la trame comprend les headers contenant les
informations sur le contrôle et la synchronisation, destinées au récepteur.
Le sous-télégramme : C'est le format associé à la couche Liaison et c'est le résultat du processus
de décodage de la trame qui omet les champs physiques de contrôle et de synchronisation. La
procédure inverse d'encodage est appliquée pour obtenir une trame d'un sous-télégramme. Sachant
que EnOcean est un protocole radio unidirectionnel (pas d’acquittement), trois sous-télégrammes
identiques (Figure II-29) sont transmis pendant un intervalle de temps limité afin d’augmenter la
probabilité que la trame soit reçue. Afin de vérifier qu'un sous-télégramme est arrivé intact, un
CRC de 1 octet est calculé avant la transmission et attaché au sous-télégramme. Si une erreur est
détectée, le sous-télégramme est ignoré.
Le télégramme : C'est le format associé à la couche Réseau. Un télégramme complet est constitué
de 3 sous-télégrammes (Figure II-29).
II.3.4.2.Les mécanismes de robustesse de EnOcean
a) Le timing du « sous-télégramme » EnOcean
Comme mentionné précédemment, un télégramme complet se compose d'un maximum de trois
sous-télégrammes. Le timing du sous-télégramme vise à éviter les collisions entre les différents
émetteurs. Chaque sous-télégramme est transmis dans un intervalle de temps différent. Le protocole
EnOcean définit des temps d'échéance pour l’émission et la réception. Il s’agit de l'intervalle de temps
dans lequel les trois sous-télégrammes doivent être transmis / reçus : La transmission du début du
premier sous-télégramme jusqu’à la transmission de la fin du dernier sous-télégramme ne doit pas
dépasser le temps d’échéance TX qui a une valeur paramétrable maximum de 40 ms. Coté récepteur,
le temps entre la réception de la fin du premier sous-télégramme et la fin du dernier sous-télégramme
ne doit pas dépasser le temps d’échéance RX d’une valeur paramétrable maximum de 100 ms, et ce
même lorsque des répéteurs sont impliqués. Pour éviter les collisions, chaque produit envoie ses
trames à un moment 𝒕 différent. Pour planifier la transmission d’un sous-télégramme, le temps
d’échéance TX est divisé en 4 plages (Figure II-30); chaque plage est divisée en 10 intervalles de
temps de 1 ms chacun. La numérotation des tranches de temps commence par 0 et se termine par 39.
Figure II-30 : Composition de la période d’échéance TX de EnOcean
Ces 4 plages sont utilisées pour envoyer les 3 sous-télégrammes. Un paramétrage détermine dans
quelle plage un sous-télégramme doit être envoyé. Pour éviter les collisions lors de l'utilisation de
répéteurs, ceux-ci sont paramétrés pour avoir des timings d’envois différents de l’émetteur initial. Le
Tableau II-7 détails les timings qui peuvent être choisis pour chaque sous-télégramme.
Tableau II-7 : Timing des trois sous-télégrammes EnOcean visant à réduire les collisions de trames
Type d’émetteur 1er sous-télégramme 2ème sous-télégramme 3ème sous-télégramme
Emetteur initial 0 1…9 20…39
1er répéteur 10…19 20…29 20…29
2ème répéteur 0…9 20…29 20…29