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30/04/2014

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Convergence des technologies de communication sans fil dans l’opérationcommunication sans fil dans l’opération d’un bâtiment : du contrôle immotique aux intercoms tactiles

Par Marc Dugré, ing.Présidentés de t

Principes généraux et nomenclature

Émetteur

Récepteur

Émetteur‐récepteur

Signaux point à point

Signaux répétés

Topologie maillée

Topologie en étoile

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Technologies disponibles

EnOcean

ZigBee

Bluetooth

Wi‐Fi

Avantages et inconvénients

Convergence des produits de télécommunication

Avenir


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EnOcean

Généralités≈ Entreprise dérivée de Siemens (2001)

≈ Technologie brevetée et propriétaire d’onde radio relié à des mécanismes de récolte d’énergie, matériel‐logiciel

≈ Norme internationale IEC14543‐3‐10 pour les communications sans fil totalement interopérable, ouverte et comparable aux normes Bluetooth et Wi‐Fi

≈ EnOcean Alliance profil EEP, 350 membres de l’alliancep ,

≈ 250 000 bâtiments avec EnOcean dans le monde

EnOcean

Caractéristiques techniques≈ Fréquence :

– 868 MHz ASK (Europe)

– 315 MHz ASK (Amérique)

– 902 MHz FSK (Amérique)

≈ Protocole léger, télégrammes courts (1‐4 octets)

≈ Identification unique 32 bits

≈ Protocole point à pointp p

≈ Protocole ouvert, mais propriétaire

≈ Protocole embarqué dans la quincaillerie

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EnOcean

Avantages≈ Énergie : 80 nanoampères (1 goutte d’eau de 1 °C = 25 000 messages)

≈ Permet de récolter l’énergie dans l’environnement

≈ Autonomie, sans pile

≈ Protocole éprouvé, profil connu

Inconvénients≈ Coût

≈ Pas de contrôle sur la puissance

≈ Impossible d’implanter le protocole dans une autre radio

≈ Limite dans les applications en raison de la faible puissance

EnOcean

Applications≈ Interrupteur (éclairage)

≈ Relais (éclairage)

≈ Sonde de température/humidité

≈ Sonde de luminosité

≈ Détecteur de présence

≈ Contact de porte/fenêtre

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ZigBee

Généralités≈ Début en 1998 par des installateurs qui réalisaient que le Wi‐Fi et

Bl t th it i dé t l i li tiBluetooth serait inadéquat pour plusieurs applications

≈ Inspirée de Bluetooth, courte distance, moins chère et plus simple (25 % du code de Bluetooth)

≈ Standard IEEE 802.15.4 (2003)

≈ ZigBee version 1.O (2004)

≈ Protocole de haut niveau pour communications de petit ratio pour é à di i ll (PAN)réseau à dimensions personnelles (PAN)

≈ ZigBee Alliance (2002) , profil Home Automation, Smart Energy, etc.

≈ Grande portée par rapport à sa puissance, puisque la vitesse de transmission est plus faible (Wi‐Fi) et son réseau est maillé

≈ 400 membres de l’alliance

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ZigBee

Caractéristiques techniques≈ Fréquence

– 868 MHz (Europe)

– 915 MHz (Amérique)

– 2,4 GHz (mondial)

≈ Protocole de haut niveau, 250kbit/s

≈ Protocole ouvert et indépendant du matériel

≈ Système de routage élaboré avec autodécouverte.y g

ZigBee

Avantages≈ Réseau maillé et robuste

≈ Puissance d’émission modulable

≈ Protocole éprouvé, profil connu

≈ Prix

Inconvénients≈ Consomme trop d’énergie pour être autonome (sans pile)

≈ Pas de compatibilité entre les différents profils (Smart Energy, Home Automation, propriétaire)

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Bluetooth

Généralités≈ Inventé en 1994 par Ericsson

≈ Utilisé surtout dans les domaines de l’audio et des données– L’application la plus connue est probablement celle des oreillettes de téléphones cellulaires

≈ Transfert simple de données entre 2 appareils équipés de radio Bluetooth

≈ Nombreux appareils en sont maintenant équipés :– Voitures, claviers, radios et systèmes de son, tablettes, etc.

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Bluetooth

Caractéristiques techniques≈ Généralement utilisé entre 2 appareils

– Maximum 7 appareils en réseau (si supporté)

≈ Fréquence de 2,4 GHz sur 79 canaux de 1 MHz de largeur

≈ Récemment, Bluetooth Smart – Très faible consommation

≈ 3 classes radioClasse Puissance (mW) Portée (m)Classe Puissance (mW) Portée (m)

1 100 1002 2,5 103 1 1

Bluetooth

Avantages≈ Fiabilité

≈ Association simple

≈ Faible consommation (Bluetooth Smart)

≈ Transmission en continu

≈ Interconnexion entre différents types d’appareils– Ex. : ordinateur vers radio

≈ Diffusion≈ Diffusion

Inconvénients≈ Trop énergivore pour auto‐alimentation

≈ Ne peut être maillé

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Technologie disponible

Généralités≈ Précurseur = NCR et AT&T

≈ D’abord utilisé pour des réseaux informatiques (WLAN), entre ordinateur et internet

≈ Point d’accès/routeur

≈ Permet une connectivité entre de multiples appareils

≈ Récemment :– Lecteur Blu ray– Lecteur Blu‐ray

– Thermostat

– Téléphone intelligent

– Réfrigérateur

– Imprimante

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Wi‐Fi

Caractéristiques techniques≈ Fréquences : 2,4 GHz et 5 GHz (puissance max. 100 mW)

≈ Vitesse : 11 Mbit/s à 600 Mbit/s

≈ 11 canaux de 22 MHz chacun, dont 3 qui ne chevauchent pas

≈ 20 m de portée type à l’intérieur

≈ Protection par clé de cryptage (WEP, WPA, WPS)

≈ Topologie : P i t d’ è t l t ti– Point d’accès central avec stations

– Connexion ad hoc entre deux stations

– Réseau maillé (quelques applications)

Wi‐Fi

Avantages≈ Configuration simple et unifiée

– Tant que le protocole 802.11x est supporté

≈ Vitesse de transfert très élevée

≈ Sécuritaire (WPA, WEP, etc.)

Inconvénients≈ Énergivore

P té t i d’ i 20≈ Portée typique d’environ 20 m

≈ Le fait que plusieurs réseaux à proximité sont sur un même canal peut causer de l’interférence

≈ Ne peut être maillé (sauf 802.11s)

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Comparaison des technologies disponibles

Technologie EnOcean ZigBee Bluetooth Wi‐Fi

AlimentationSans pile, solaire ou électrodynamique

Piles Piles rechargeables Alimentation secteur

Autonomie ≈ 20 jours (thermostat)Quelques mois à quelquesannées

Quelques jours S/O

Énergie requise(sur 2 minutes)1 W = 1 J/s

0,00004 joule 1,2 joule 7,2 joules 12 joules

Portée maximale(point à point)

30 m 1000 m 10 m (classe 2) 50 m

Portée typique 20 m100 m (entre nœuds)500 m (réseau maillé)

10 m 30 m( )

Fréquence et modulation

868 MHz (Eur.) ASK 315 MHz (Amér.) ASK 902 MHz (Amér.) FSK

868 MHz (Eur.)915 MHz (Amér.)2,4 GHz (mondial) O‐QPSK

2,4 GHz FHSS2,4 GHz5 GHz(plusieurs modulations)

Canaux et largeurde bande

1 (2 kHz)16 (5 MHz)(pour le 2,4 GHz)

79 (1 MHz)11 (22 MHz)(pour le 2,4 GHz)

Vitesse de transfert

4 octets/télégramme 250 kb/s 1 à 24 Mb/s 11 à 600 Mb/s

Comparaison Wi‐Fi – ZigBee

11 canaux Wi‐FiLargeur de bande : 22 MHz

16 canaux ZigBeeLargeur de bande : 2 MHz

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Énergie requise

Pourquoi la consommation d’énergie d’une technologie est si importante

Impact sur la puissance d’émission sur la sélection des composantes, émetteur, récepteur, émetteur‐récepteur

Énergie consommée et portée

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Fiabilité

Réalisations

500 Grande‐Allée, Québec

Édifice Lampron, Trois‐Rivières

Aéroport Montréal‐Trudeau, Montréal

Institut de réadaptation Gingras‐Lindsay, Montréal

Centre de gériatrie Maimonides, Montréal

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500 Grande‐Allée – Québec

Bâtiment de 1963 rénové en 2012

Contraintes architecturales :≈ Murs rideaux partout

≈ Aires ouvertes

Contrôle de CVC≈ Contrôle sans fil de 900

di tradiateurs

Contrôle d’éclairage à commande sans fil

Intégration au réseau BACnet

500 Grande‐Allée – Architecture

BACnet/IPSur 6 étages

60 contrôle rs120‐347 Vca

115 thermostats

60 contrôleurs

24 Vca

900 actionneurs Eau chaude‐froide

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Édifice Lampron – Trois‐Rivières 2010

Édifice patrimonial

Structure apparente :≈ Murs de brique

≈ Plafonds/planchers de bois

Ajout de :≈ 140 ventilo‐convecteurs

≈ 140 contrôleurs ZigBee

≈ 140 sondes de température EnOcean reliées entre elles par des antennes à double technologie

Édifice Lampron – Architecture

BACnet/IP5 étages typiques

4 par étage4 par étage

30 par étage

30 par étage

24 Vca

Eau chaude‐froide

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Aéroport Montréal‐Trudeau – Montréal

Terminal international – rénovation des accès de sécurité

Aire ouverte, structure métallique

Installation de sondes de température sur les colonnes de métal

Institut de réadaptation Gingras‐Lindsay – Montréal

Bâtiment existant chauffé à l’eau

Installation de :≈ 170 soupapes avec moteur à communication ZigBee

≈ 170 thermostats EnOcean

AvantagesA d it f≈ Aucun conduit en surface

≈ Travaux exécutés dans un bâtiment occupé

≈ Contrôle centralisé

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Centre de gériatrie Maimonides – Montréal

Bâtiment existant, chauffage à l’eau chaude,

i dé é i étuyauterie détériorée

Radiateurs remplacés par des convecteurs électriques

Installation de :≈ 300 relais triac ZigBee dans≈ 300 relais triac ZigBee dans

les convecteurs par le manufacturier

≈ 300 thermostats EnOcean dans le bâtiment occupé

Centre de gériatrie Maimonides – Montréal

Avantages≈ Aucun conduit en surface

≈ Installation dans un bâtiment occupé

≈ Contrôle centralisé

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Centre de gériatrie Maimonides – Architecture

BACnet/IPSur 4 étages

24 t ôl

398 plinthes électriques

292 thermostats

24 contrôleurs

347 Vcaavec relais triac

Tableau de bord d’énergie (2008)

En 2008, design de la Cité Verte à Q éb ù hQuébec où chacun des 800 condos reliés au réseau de chauffage urbain avait son afficheur de consommation d’énergie

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Convergence tablettes 2010

Tablettes

En 2013≈ 195 000 000 de tablettes vendues

– 121 000 000 Android = 62 %

– 70 000 000 Apple = 36 %

≈ Première fois qu’Android surpasse Apple

Android :≈ Réseau ouvert

≈ Environnement ouvert≈ Environnement ouvert

≈ Accès au bas niveau (Linux)

≈ Beaucoup d’opportunités pour l’immotique grâce au Wi‐Fi et Bluetooth enbarqués

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Tablettes

La popularité des tablettes et des téléphones intelligents a généré la création et l’amélioration des réseaux Bluetooth

Wi Fiet Wi‐Fi

En parallèle, il y a eu beaucoup de développement de réseaux particuliers tels que ZigBee

La popularité des tablettes a aussi contribué à l’essor de nombreuses applications, dont plusieurs en domotique

La tablette comme interface personne‐machine

En mode web≈ En remplacement d’un PC

≈ Relié à un contrôleur avec service web– Cité Verte

≈ Relié à un site web– enteliWEB

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En mode hybride, web et App≈ En remplacement d’un PC

≈ Relié à plusieurs contrôleurs avec service web


Avec une application≈ Pile BACnet embarquée dans l’application

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La tablette comme gestionnaire de bâtiment BACnet avec VoIP

À la demande d’un client, la commission scolaire des SSamares, nous avons développé une application d’intercom à interface tactile dans l’environnement Android

Intercom à interface tactile

Module et fonctionnalités :≈ Appel intercom par clic sur plan ou par liste– Appel personne à personne, appel général

– Sélection dynamique des aires et des groupes

≈ Gestion des urgencesAppel d’urgence avec– Appel d urgence avec cascade

– Alerte incendie

– Alerte code orange

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Module et fonctionnalités :≈ Horloge au choix analogique/numérique à la page de veille

≈ Carillons– Sonneries au choix

– MP3


Module et fonctionnalités :≈ Listes d’absences

≈ Liste musicale

≈ Météo

≈ Contrôle d’éclairage et HVAC (pile BACnet)

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Avantages≈ Beaucoup plus évolué qu’un intercom traditionnel

≈ Interface avec la gestion de bâtiment– Remplace le thermostat et le contrôle d’éclairage

≈ Système ouvert, nombreuses possibilités d’ajout de fonctionnalités

≈ Mise à jour et ajout de fonctionnalités facile et possible à distance

≈ Produit de consommation de masse, peu dispendieux

Inconvénients≈ Réseau Wi‐Fi doit être robuste, constant et maintenu

≈ Maintenance plus complexe


Connexion Ethernet câblée

Développement du support physique (USB→Ethernet) et des pilotes

Gestion de la pile

Verrouillage de l’application

Gestion de la veille et du redémarrage automatique

Configuration et mise à jour à distance

Nouvelle tablette non mobile

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L’avenir

Changement de philosophie dans les SE mobiles≈ Arrivée de SE plus complets (SE hybrides)

– Windows 8

– Rumeur Apple iOS/MacOS

≈ Nouvelle génération de tablettes Android moins mobiles, supportant la connectivité Ethernet, avec haut‐parleurs et clavier

≈ Les tablettes conçues à l’origine pour la mobilité et l’accès Internet, grâce à l’ouverture d’Android, s’ouvrent à un marché beaucoup plus grand

L’avenir

Bluetooth≈ Parce que Bluetooth est déjà embarqué dans les téléphones et les tablettes, certains prédisent une révolution dans l’intégration de petits appareils

≈ Bluetooth Smart

Domotique Santé Sports Immotique

Éclairage Pression artérielle Sonar (pêche) Température

HVAC R th di Tél ( h ) H iditéHVAC Rythme cardiaque, CO2

Télescope (chasse) Humidité

Sécurité Glycomètre GPS Luminosité

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L’avenir

ZigBee≈ ZigBee powered by EnOcean (Phillips)

≈ Mieux adapté à l’immotique et aux PAN (personal area network)

≈ Déjà des dizaines de sondes, actionneurs, relais, etc.

≈ Immotique‐domotique, éclairage, HVAC

≈ Détection industrielle– Vibration– Vibration

– Courant AC

≈ Détection agricole– Irrigation

≈ Compteur d’énergie intelligent

Conclusion

Nombreuses solutions existantes et éprouvées

Le choix du bon support (EnOcean, ZigBee, Wi‐Fi, Bluetooth) est essentiel

Beaucoup de possibilités à venir pour les réseaux personnels (ZigBee etBeaucoup de possibilités à venir pour les réseaux personnels (ZigBee et Bluetooth)

Autres technologies à surveiller : ≈ ULP‐Wi‐Fi, ANT+, 6LowPAN, ULE, NFC, RFID

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Merci!Merci!

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