Quelle norme sans fil vous convient-elle le mieux ?

  Demande d'info / contactez-moi

Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee ? Tom McKinney, qui travaille chez HMS Industrial Networks, dresse un état des lieux des normes sans fil de courte portée disponibles pour les applications industrielles

Informatique Industrielle

Tom McKinney
Tom McKinney
Sur la route du sans-fil
Sur la route du sans-fil

Auteur : Tom McKinney est directeur du développement commercial chez HMS Labs, la branche de HMS Industrial Networks en charge de l'innovation

Le buzz suscité par l'Internet des objets industriels IIoT (Industrial Internet of Things) ne cesse de prendre de l'ampleur. Avec la hausse du volume de données collectées par les entreprises à propos de leurs opérations, le marché des équipements IIoT va connaître une croissance exponentielle au cours des prochaines années. Ces données serviront à surveiller et à optimiser les process et, à mesure que les entreprises apprendront à mieux les utiliser, il en résultera une productivité accrue. Outre la productivité interne, ces données pourraient conduire à améliorer les opérations B2B, ce qui profitera à la fois au producteur et au consommateur. De nombreuses avancées technologiques ont convergé pour permettre des déploiements IIoT de grande envergure. Elles concernent notamment la baisse du coût de stockage des données, la réduction de la consommation électrique des solutions RF et l'accessibilité accrue des réseaux. Un autre facteur important ayant permis l'IIoT est la standardisation du sans fil.

Le sans-fil n'a rien de nouveau

Les réseaux sans fil sont utilisés depuis plus de 30 ans dans l'industrie. Auparavant, il s'agissait généralement de systèmes propriétaires utilisant les bandes de fréquences inférieures à 1 GHz. Ces solutions utilisaient des techniques de modulation simples, comme la modulation par déplacement d'amplitude ou de fréquence. Les radios prenant en charge ces types de modulation pouvaient être facilement créées à l'aide de quelques composants discrets. Ces solutions présentaient toutefois deux inconvénients majeurs : une absence de sécurité et une bande passante limitée. Au cours des vingt dernières années, plusieurs normes ont été développées pour définir des solutions radio fiables.

Les normes les plus récentes sont suffisamment sûres pour les déploiements de grande ampleur. De plus, plusieurs nouvelles bandes de fréquences d'utilisation libre ont été introduites dans les années 80, notamment les bandes 2,4 et 5 GHz. Aujourd'hui, le déploiement d'une solution radio standardisée est un moyen sûr et économique de surveiller et contrôler les équipements sur le terrain ou en usine. Compte tenu du nombre de normes sans fil parmi lesquelles choisir, la question essentielle consiste à déterminer la norme la plus appropriée à déployer. Les trois normes sans fil les plus couramment déployées sur la bande 2,4 GHz.

Le Wi-Fi ou IEEE 802.11a/b/g/n est la solution réseau TCP/IP sans fil la plus largement déployée par le grand public et les entreprises. Le Wi-Fi, abréviation de Wireless Fidelity, est une norme utilisée pour identifier les équipements de réseau local sans fil WLAN (Wireless Local Area Network). L'organisme chargé de la gestion de cette norme a pour objectif de créer la meilleure alternative possible aux réseaux TCP/IP filaires. Il donne la priorité à la sécurité et à la vitesse. C'est pourquoi le 802.11n offre la bande passante la plus élevée de toutes les normes sans fil de courte portée. Ses inconvénients sont la consommation électrique et la puissance de traitement requises pour gérer la pile 802.11 de manière efficace. Ces inconvénients ont créé un écart sur le marché et d'autres normes ont émergé pour répondre au besoin de réseaux sans fil à très faible consommation.

Le Bluetooth et le ZigBee ont été créés pour satisfaire les besoins mal couverts par le Wi-Fi. La norme Bluetooth répond aux besoins de réseau personnel PAN (Personal Area Network) à faible consommation. Un PAN est un réseau de très courte portée, à proximité d'une personne ou d'un périphérique intelligent. Ses avantages sont la rapidité d'association, la simplicité des interfaces homme-machine et la faible consommation d'énergie. Dans un PAN, plusieurs émetteurs peuvent être placés à proximité immédiate. Le Bluetooth inclut une temporisation pour éviter le chevauchement des émetteurs des équipements. Il a aussi été conçu en partant du principe qu'il devrait cohabiter avec le Wi-Fi. C'est pourquoi il inclut un algorithme de sauts de fréquence pour garantir la transmission des messages, même avec plusieurs canaux Wi-Fi actifs. Enfin, le Bluetooth utilisant un émetteur de très faible puissance, il est moins sensible au multipath que le Wi-Fi. Le Bluetooth peut ainsi être déployé sans nécessiter d'importantes études de site RF ni de planification. Le système résiste très bien au bruit et aux interférences.

ZigBee repose sur IEEE 802.15.4, une norme radio sans fil universelle à faible consommation qui permet d'ajouter différents protocoles à la radio standard. ZigBee a été conçu pour prendre en charge des réseaux de capteurs de faible consommation capables de couvrir une surface étendue. ZigBee utilise une topologie de réseau maillé ainsi qu'un profil de puissance très agressif pour répondre aux besoins de ce marché de niche. Le protocole de ZigBee a été développé pour offrir une activation et une désactivation rapides afin d'économiser l'énergie. Plusieurs autres protocoles ont été conçus à partir de la norme 802.15.4, notamment ISA100, WirelessHART et 6LoWPAN.

A noter aussi le Bluetooth Low Energy (BLE) qui est une version plus récente de la norme Bluetooth. Exploitant certaines des techniques utilisées dans la norme 802.15.4, le BLE atteint des niveaux de consommation d'énergie encore inférieurs à ceux du ZigBee et prend en charge la plupart des fonctionnalités créées pour ZigBee.

Choix de la norme appropriée

La norme la plus adaptée dépend des besoins du système. Pour résumer, le Wi-Fi offre la bande passante la plus élevée et la pile la plus complète, mais le Bluetooth, le BLE et le ZigBee possèdent des caractéristiques particulièrement adaptées à certaines applications. Par exemple, pour surveiller des capteurs alimentés par batterie sur une surface étendue, le ZigBee est la norme la plus indiquée. Le Bluetooth et le BLE fonctionnent bien comme technologie point à point sans fil ou pour la surveillance de capteurs sur une zone réduite. Le BLE est présent sur un nombre considérable de tablettes et de smartphones, ce qui en fait un excellent choix pour les interfaces homme-machine.
Bien que les normes technologiques puissent varier, il ne fait aucun doute que de plus en plus d'applications seront connectées via un protocole sans fil dans un avenir proche. Avec l'avènement de l'IIoT, des milliards d'équipements devront être connectés à Internet et nombre de ces connexions seront probablement sans fil.

Résumé des points forts et points faibles de chaque norme

1) Wi-Fi

   a. Points forts
      i. Bande passante la plus élevée : jusqu'à 600 Mbit/s avec le 802.11n
      ii. Canaux fixes 25 MHz ou plus
      iii. Prise en charge des bandes 2,4 et 5 GHz
      iv. Nombreuses fonctions de sécurité

   b. Points faibles
      i. La portée est plus faible avec les débits élevés et sur la bande 5 GHz
      ii. Inadapté aux capteurs alimentés par batterie

2) Bluetooth/BLE

   a. Points forts
      i. Très faible consommation d'énergie
      ii. Déploiement massif
      iii. Excellentes performances dans les environnements sans fil saturés ou bruyants
      iv. Simplicité d'utilisation, aucun besoin de planification des fréquences ou de création d'un plan de site

   b. Points faibles
      i. Débit maximal de 2 Mbit/s
      ii. Aucune norme d'itinérance automatisée

3) ZigBee

   a. Points forts
      i. Très faible consommation d'énergie
      ii. Canaux fixes entre les canaux Wi-Fi sur la bande 2,4 GHz
      iii. Prise en charge des bandes inférieures à 1 GHz b.

   b. Points faibles
      i. Réseau maillé complexe
      ii. Bande passante maximale de 250 Kbit/s

www.hms-networks.com

Posté le 2 novembre 2015 - (203 affichages)
HMS Industrial Networks GmbH
27 Rue Victor Schoelcher
68200 Mulhouse - France
+33-3 68 368 034
+33-368 368 031
Voir le profil de la société
Adresse
Voir plus d'articles de ce fabricant
L'Ethernet industriel dépasse les bus de terrain
Passerelle IIoT avancée
Passerelles de gestion à distance
Carte d'extension 4G
Solution de communications sans fil
Solution de connectivité avec les réseaux CC-Link IE Field
Equipement de liaison EtherNet/IP
Solution de connectivité
Point d'accès sans fil
État des lieux du marché des réseaux industriels
Connecting Device
Connecting Devices, trois marques pour un seul objectif
X-gateway pour Bus de Terrain et Ethernet
Trois marques, un objectif: Connecting Devices
X-gateway™ pour Bus de Terrain et Ethernet
Trois marques, un objectif: Connecting Devices
Solution pour Ethernet Industriel
netbiter, télégérer vos équipements
netbiter
Concept Anybus CompactCom
Passerelle IIoT avancée
Passerelles de gestion à distance
Solution de communications sans fil
Point d'accès sans fil
Connecting Device
X-gateway pour Bus de Terrain et Ethernet
Passerelle EtherNet/IP Netbiter EasyConnect série 300 chez HMS
Solution Anybus CompactCom for Common Ethernet de HMS
X-gateway™ pour Bus de Terrain et Ethernet
Solutions de communication embarquées
Articles similaires
Scanners 3D à la lumière structurée
Scanner portable intelligent avec un traitement 3D automatique
Kit de développement logiciel pour accélérer la vision de l’intelligence artificielle de pointe
Plateforme matérielle et logicielle pour la surveillance des moteurs
Carte FIP PCI express avec composant PowerFIP
Logiciel multi-composants associant gestion des données de mesure numérique et système Scada
Routeur industriel 5G conforme à la normalisation
Consoles de visualisation certifiées SIL2 pour un haut niveau de sécurité
Dispositif de lecture/écriture RFID HF intégration facile via IO-Link
Modules de suivi de mouvement robustes pour les environnements difficiles
IHM Programmables, écrans et panels PC tactiles d'ADM21
Systèmes d'entrées/sorties Wago
Solutions embarquées ADM21
Smartphones et tablettes gamme CORE
Barrière Immatérielle avec interface Bluetooth BLE
IHMs et appareils BoX2
Ordinateurs et réseaux pour une industrie plus intelligente
Logiciel intuitif
Plateforme IIoT
Réseaux et ordinateurs pour une industrie intelligente
Moxa lance des ordinateurs Edge durcis ultra-compacts
Panneau d’alarme technique à double alimentation de sécurité
Outil de diagnostic à distance pour réseau FIP WorldFIP
Système de prototypage
Mini PC industriel
Routeurs industriels
Système de prototypage
Q.serie X: nouvelle gamme de système de mesures
Système de surveillance
Cartes avec processeur Mobile Intel Core
Switch Ethernet
Système de prototypage
IHMs et appareils BoX2
Plateforme IIoT
Q.serie X: nouvelle gamme de système de mesures
Module COM Express
Solution routeur wifi
Terminaux graphiques
PC modulaires
Câble bus