Réseaux sans fil dans l’industrie

L'utilisation de la technologie sans fil dans les systèmes de supervision offre un certain nombre d'avantages pour les entreprises tel que : la disponibilité des informations précises et l’élimination du câblage ce qui implique la réduction des coûts de l’architecture de la supervision. Une telle technologie offre la possibilité de déploiement des capteurs dans les endroits les plus difficiles à accéder par les être humaines et par conséquent une meilleure gestion d’informations.

Malheureusement, aucun type de technologie sans fil ne résout tous les problèmes notamment en ce qui concerne la consommation énergétique du protocole utilisé. Pour remédier ce problème les entreprises investissent dans les réseaux sans fil qui consomment le moins possible d’électricité. Ce qui est apparu ces dernières années comme un réseau efficace est le réseau ZigBee par ce que son rendement d’investissement est maximum.

5.3.1.1.Protocole ZigBee

Le protocole ZigBee est conçu pour répondre à une grande variété d'applications, y compris la supervision industrielle. Le ZigBee s’appuie sur la norme IEEE 802.15.4 pour les couches physique et liaison, qui sont les couches 1 et 2 du modèle OSI (Open Systems Interconnection). C’est une norme de transmission de données sans fil permettant la communication de machine à machine à très bas prix, faibles débits, faible encombrement et avec une très faible consommation d'énergie. Le faible coût permet à la technologie d’être largement déployé dans les applications de contrôle et de surveillance, la faible consommation

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permet une longue durée de vie en utilisant des batteries plus petites et le maillage de réseau fournit une fiabilité élevée et d'une portée plus importante [56].

Le protocole ZigBee a été approuvé par l’Institut des Ingénieurs en Electronique et Electricité IEEE (the Institute of Electrical and Electronics Engineers) en 2003, qui donne les spécifications pour la sous-couche MAC (Medium Access Control) et la couche physique (PHY) pour des réseaux personnels sans fil bas débit (LR-WPAN Low Rate-Wireless Personal Area Network). Il est supporté par la norme IEEE802.15.4, qui standardise deux couches de base PHY et MAC du réseau afin de faciliter l’interconnectivité des différents capteurs, elle offre la possibilité d’établir un réseau sans fil complexe, portable et flexible.

L'avantage majeur du protocole ZigBee est sa faible consommation électrique, grâce à un mode de fonctionnement connu par DOZE (ou somnolence en français). Ce mode permet à une entité communicante ZigBee de consommer mois d’énergie (100μW) tout en passant en mode opérationnel en très peu de temps 300μs [57], [58].

Ce qui caractérise le protocole ZigBee, c’est le fait d’utiliser que quatre couches sur les sept du modèle OSI. La couche Physique (PHY) contient la fréquence radio (RF) de l’émetteur-récepteur ainsi que son mécanisme de contrôle de bas niveau, et la sous couche MAC (Medium Access Control) qui donne accès au canal physique pour tous les types de transfert.

Les couches supérieures sont composées d’une couche réseau NWK (Network Layer), qui fournit la configuration 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.

L’architecture du ZigBee se compose de quatre couches (figure 28) : physique, MAC, réseau et application. Le détail de cette architecture et la topologie du ZigBee sont détaillés dans l’annexe A.

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Figure 28: Couches du protocole ZigBee 5.3.1.2.Protocole Wifi

Wi-Fi (Wireless Fidelity) est en réalité un réseau répondant à la norme IEEE 802.11 (ISO/IEC 8802-11) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN). Il permet aux utilisateurs de surfer sur Internet à haut débit lorsqu'il est connecté à un point d'accès ou en mode ad hoc, la technologie 802.11 est généralement considérée comme la version sans fil de 802.3 Ethernet [59], et est la plus utilisée à travers le monde, sans doute du fait de sa grande simplicité, de son faible coût de mise en œuvre mais aussi grâce aux importants soutiens techniques et financiers dont elle a bénéficié.

5.3.1.3.Protocole Bluetooth

IEEE 802.15.1/Bluetooth [60] est une norme de réseau sans fil fédérateur dont l’idée est née au début des années 1990. Son objectif initial était de proposer une norme universelle pour les communications sans fil, plus performante et plus globale que les liaisons infrarouges, déjà très répandues à l’époque [61].

Le Bluetooth a un débit de 1 Mbit/s et une portée d'une dizaine de mètres, il offre de plusieurs avantages grâce à la faible consommation énergétique. Son utilisation est généralement simple ce qui rend Bluetooth très populaire. Il propose une pile protocolaire complète, de la couche physique à la couche application.

Bluetooth utilise la bande ISM (industriel, scientifique, et médical) des 2,4 GHz (2,402 GHz à 2,480 GHz) en divisant cette bande en 79 canaux de largeur 1 MHz et met en œuvre une modulation de type GFSK (Gaussian frequency-shift keying en anglais ou modulation par déplacement de fréquence) en FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum en anglais ou étalement de spectre par saut). Le débit en bande de base est de 1 Mbits/s et la fréquence

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nominale des sauts FHSS de fréquence de 1600 Hz, soit une période de 625μs. Du fait de l’utilisation des sauts de fréquence, Bluetooth impose un fonctionnement en maître/esclave pour le partage du médium radio.

Dans le tableau 5, nous avons rassemblé les trois protocoles de communication avec leurs caractéristiques.

Tableau 5: Comparaison entre différents protocoles

Standard Bluetooth Wifi ZigBee

IEEE 802.15.1 802.11a/b/g 802.15.4 Fréquence 2.4 GHz 2.4 GHz ; 5 GHz 868/915 MHz ; 2.4 GHz Débit 1 Mb/s 54 Mb/s 250 Kb/s Portée 10 m 100 m 10 - 100 m Bande passante 1 MHz 22 MHz 0.3/0.6 MHz ; 2 MHz Diffusion FHSS DSSS, CCK, OFDM DSSS

Autonomie Des jours Des heurs Des années

Equipements par réseau

8 2007 > 65000

Protection des données

16-bit CRC 32-bit CRC 16-bit CRC

Applications Discours sans

fil

LAN sans fil Contrôle à distance, mesure, contrôle