Vulgarisation du protocole domotique Z-Wave

Z-Wave Background
Z-Wave

Je vous propose une présentation, dans les grandes lignes, du protocole de domotique Z-Wave.
Un article subjectif qui ne rentrera pas dans tous les détails techniques mais qui vous permettra de mieux cerner son fonctionnement et ses avantages.

Le protocole Z-Wave est un protocole radio pour la Domotique sans fil.

Z-Wave Logo

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Utilisation des protocoles radio

En utilisation standard

Un module radio va donc émettre des informations correspondantes à son rôle vers d’autres modules radios. Par exemple une sonde de température aura pour rôle d’envoyer une température mesurée à la station météo avec laquelle elle a été vendue.

En utilisation Domotisée

L’idéal est de recevoir cette information en un point central : en général une box Domotique munie d’un récepteur radio.

Dans cette configuration cette information centralisée apportera plusieurs avantages par rapport à la simple station météo. On pourra par exemple avec cette unique information :

  • La rendre consultable par d’autre bais, comme par exemple consulter la température à distance sur son smartphone
  • L’utiliser pour piloter un système de chauffage.

Z-Wave Vs. 433MHz

Il existe bien d’autres protocoles radio sans fils que le Z-Wave qui peuvent servir à la domotique.
Pour mieux cerner l’intérêt du Z-Wave, je vais le comparer avec un ensemble de protocole voisin plus basique que l’on nommera par abus de langage le 433MHz.

Le 433MHz serait un ensemble de protocole de communication radio que l’on retrouve dans certains matériels sans fil simple, disponibles en grande surface ou magasin de bricolage comme :

  • Une sonnette sans fil et son bouton poussoir
  • Des prises commandés et leur télécommande
  • Une station météo et ses sondes de température

Certains concepts apportés par le Z-Wave lui donne de gros avantages par rapport au 433MHz.

Des concepts du Z-Wave

Le réseau maillé

Les équipements en Z-Wave doivent être associés entre eux et la plupart du temps  associés à un contrôleur central par un processus d’inclusion :  tous les modules associés à un même contrôleur forment ensuite un réseau maillé.
Ce contrôleur et ensuite généralement branché à une box domotique, il servira d’intermédiaire.

Le réseau ainsi formé, permet entre autre, d’augmenter la portée  des modules : Chaque module de ce réseau peut servir d’antenne et donc un module trop loin du contrôleur utilisera les autres modules comme antenne relais pour transmettre une information.

Z-Wave Network

Un réseau Z-Wave avec tous ses liens potentiels.

Par défaut et dans un soucis d’économie de batterie, seul les modules directement alimentés sur secteur électrique servent d’antenne relais. Lors de la transmission d’un message, celui-ci suit automatiquement le chemin le plus « rapide/court », tous les chemins potentiels sont pré-calculés à l’avance.

Un autre type d’utilisation existe, c’est l’appareillage directe entre deux modules.

La sécurité

Les modules membres d’un réseau Z-Wave communiquent et relais les informations de façon cryptées.

Impossible donc à une personne mal intentionnée de lire en claire une information de température et en déduire par exemple si vous êtes actuellement chez vous ou non. (Mais aucun système informatique n’est infaillible)

Les retours d’états

Les modules 433MHz sont dit sans retour d’état, ils ne communiquent que dans un seul sens.
Un module Z-Wave lui, peut recevoir et émettre des informations, il peut donc recevoir des ordres, informer de son état actuel, ou encore confirmer qu’il a bien exécuté un ordre.

Cette notion de retour d’état est très utile pour les éléments qui peuvent recevoir des ordres de plusieurs sources.
Pour un éclairage par exemple, envoyer le bon ordre en fonction de son état réel : soit ne pas demander via un ordre d’éteindre une lumière déjà éteinte manuellement !

Le paramétrage

Le protocole Z-Wave comporte une couche logicielle qui classifie le type d’information transportée, ce sont les classes de commande. Chacune d’elle a un rôle fonctionnel :

  • DEVICE : Pour indiquer quelle type de matériel il est
  • COMMANDE : Pour recevoir ou envoyer des ordres
  • REPORT : Pour confirmer l’execution d’un ordre ou donner un état

Une autre utilité de la classe COMMANDE est de pouvoir envoyer des ordres de paramétrage. Ces fonctions de paramétrage sont très utiles pour ajuster le comportement d’un module à son besoin.

  • Pour un capteur de mouvement
    • Régler sa sensibilité : Pour ne plus par exemple détecter les animaux domestiques
    • Régler la fréquence de remonté d’information. Informer d’un mouvement que toutes les 15 secondes plutôt qu’à chaque mouvement détecté.
  • Pour un contrôleur de lumière, un variateur (dimmer)
    • Régler la vitesse d’allumage et d’extinction par un effet de fondu progressif
    • Ou régler le type d’action à effectuer sur différents types d’appuie
      • bref : On / Off
      • long : Varier la luminosité
      • double : Retour de la luminosité à 100%

Popularité

Le protocole Z-Wave est géré par la Z-Wave alliance qui regroupe plus d’une centaine de constructeurs. Elle a pour rôle de certifier les puces matérielles utilisées dans les modules pour garantir leur interopérabilité. Plusieurs constructeurs peuvent donc proposer du matériel compatible.

Les grands noms, comme Somfy, déjà présents dans le secteur ont changés leurs mentalités vers plus d’ouverture et prennent maintenant en charge ce protocole avec leur Somfy Box .
D’autres grands noms comme Orange, mais nouveau dans ce secteur, ont directement pris en charge ce protocole avec leur solution Homelive.

Du coté des indépendantes, ce protocole a toujours été au centre  de leur solution :

La prise en charge plutôt répandue de ce protocole lui présage encore une longue vie !

Faiblesses

Prix

Comparé à un module 433MHz, à rôle équivalent, les modules Z-Wave sont généralement plus chères. Mais en contre-partie un module peut cumuler plusieurs fonctionnalités comme par exemple ce Motion Sensor FGMS-001 de Fibaro qui pour ~50€ rempli les fonctions détecteur de mouvement + luminosité + température + tremblements.

Fibaro FGMS-001

Fibaro FGMS-001

Energie

Même si le protocole Z-Wave est pensé pour être le moins énergivore possible, certaines utilisations ou paramétrages de module peuvent rapidement vider leurs batteries.
Un protocole concurrent EnOcean lui est pensé pour être encore plus économe grâce à ses modules autonome en énergie par des systèmes photovoltaïque, piezo-électrique ou effet Peltier.

Pour aller plus loin

J’espère que cet article vous auras aidé à apercevoir les points forts de ce protocole et pourquoi pas l’adopter !

Voici de quoi approfondir certains sujets abordés :

Développeur, technophile passionné d’informatique.

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2 réponses

  1. Jean-Luc J dit :

    Bonjour, Merci pour cet article. Je me pose une question concernant la phase d’inclusion/exclusion par rapport au phase de pairing/unpairing du protocole BLE.
    Dans la phase de pairing du protocole BLE, le device fournit l’information sur son identité (MAC @ unique du composant).
    Pour un device avec protocole BLE, nous pouvons facilement l’identifier durant la phase de pairing avec le contrôleur
    et si la MAC @ n’est pas dans la liste côté contrôleur alors la phase de pairing est arrêtée.
    Pour un device avec protocole Zwave, j’ai l’impression qu’il faut faire la phase d’inclusion, puis envoyer des commandes pour connaître son type. Si ce type de device ne correspond pas à notre liste côté contrôleur alors on devra faire une phase d’exclusion de ce device.
    Est-ce que c’est correct?
    De plus le device Zwave n’a pas l’air d’avoir un identifiant unique dans son cycle de vie (il y a bien un NodeID mais celui-ci change au cours de la vie du device).
    Merci d’avance pour vos réponses.

    • Yannick Severac dit :

      Bonjour,
      La phase d’exclusion est quelque chose de très basique : Un contrôleur émet un ordre d’exclusion et un device basculé en mode exclusion exécutera alors cette ordre qui consiste à 2 chose :
      – Oublier qu’il appartiens à un réseau
      – restaurer ses paramètre usine
      Et le contrôleur supprime le Node qui correspondait à ce device si il le connaissait. Ce qui veux aussi dire qu’un contrôleur est capable d’exclure un device qu’il ne connaissais même pas.

      Ensuite l’inclusion pour un collecteur consiste à inclure un device à l’intérieur de son réseau en lui attribuant un node comme identifiant. C’est le contrôleur qui attribut des identifiants aux modules. D’un point de vue couche protocole Z-Wave, les device non pas d’identifiant personnel et donc l’inconvénient de ce principe est que si on exclue et ré inclue un même divice, alors il ne sera pas reconnue et sera considéré comme un nouveau élément avec un nouveau NodeID

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