Qu’est-ce que Zigbee ? Le fonctionnement du protocole maillé Zigbee

Zigbee est un protocole sans fil maillé à basse consommation pour les capteurs, les compteurs et les commandes. Il fonctionne sur la norme radio IEEE 802.15.4, le plus souvent à 2,4 GHz, et envoie de petites trames à 250 kbit/s. Les appareils alimentés par le secteur servent de routeurs qui relaient les trames de leurs voisins : les mesures sautent d’appareil en appareil jusqu’à un coordinateur unique dans une passerelle, et le réseau trouve un autre chemin quand un routeur disparaît. Les appareils sur pile dorment la plupart du temps et peuvent fonctionner des années. La Connectivity Standards Alliance (ex-Zigbee Alliance) tient la spécification à jour, et Zigbee 3.0, ratifié fin 2015, est la version que portent la plupart des appareils installés et actuels.

Zigbee en un coup d’œil

Coordinateur, routeurs et terminaux

Un réseau a exactement un coordinateur. Le nombre de routeurs décide de la couverture du bâtiment : chaque routeur ajoute de la couverture et des chemins de secours. Ne supposez pas que tout appareil alimenté par le secteur est un routeur ; vérifiez le type de nœud dans sa fiche technique. Les terminaux ne relaient jamais : un étage de capteurs sur pile sans routeur à proximité dépend des routeurs des autres étages.

Comment le maillage Zigbee route et se répare

Quand un appareil a besoin d’un chemin vers un autre, il peut diffuser une demande de route, et les routeurs qui la relaient créent une entrée de table de routage pour le meilleur chemin trouvé. Comme l’essentiel du trafic d’un réseau de capteurs va vers le coordinateur, celui-ci annonce en général des routes many-to-one : chaque routeur apprend par une seule diffusion son prochain saut vers le coordinateur, et le coordinateur répond par routage à la source.

L’autoréparation signifie qu’un lien rompu déclenche une nouvelle recherche de route et que la trame prend un autre chemin. Cela ne fonctionne que s’il existe un autre chemin. Si un routeur est éteint, consigné pour maintenance ou retiré, les terminaux qui l’utilisaient comme parent doivent en trouver un autre à portée. S’il n’y en a pas, ils cessent d’émettre jusqu’au retour du routeur.

Chaque saut retransmet la trame sur le même canal. Une mesure qui franchit trois sauts occupe trois fois le canal : une longue chaîne de routeurs le long d’un couloir sature donc le canal plus vite qu’un maillage plat offrant plusieurs chemins vers la passerelle. Règle pratique : placez les routeurs de sorte que chaque zone ait au moins deux routeurs à un saut.

Zigbee 3.0, clusters et attributs

Avant Zigbee 3.0, les appareils étaient certifiés pour un profil d’application, comme Home Automation ou Smart Energy, et les profils ne fonctionnaient pas toujours ensemble. Zigbee 3.0 a fusionné les profils résidentiels et tertiaires en un seul, avec des règles communes pour l’appairage, la sécurité et la découverte des appareils. Les appareils sont certifiés Zigbee 3.0 depuis 2016, et c’est la version que portent la plupart des appareils installés et actuels. Le 18 novembre 2025, la Connectivity Standards Alliance a annoncé Zigbee 4.0 et Suzi, une variante sous 1 GHz.

Ce qu’un appareil peut transmettre est défini par la Zigbee Cluster Library (ZCL). Un cluster est un ensemble d’attributs et de commandes pour une fonction, identifié par un numéro :

Deux appareils peuvent être tous deux certifiés Zigbee 3.0 et prendre en charge des clusters ou des attributs optionnels différents. Une prise qui transmet la puissance dans le cluster Electrical Measurement mais aucun total d’énergie dans le cluster Metering ne peut pas vous donner des kWh sans intégration dans la passerelle. Lisez la liste des clusters et attributs avant de choisir un appareil, pas seulement le logo de certification. Les valeurs sont des entiers mis à l’échelle : le total du cluster Metering a un multiplicateur et un diviseur qui convertissent le comptage brut en kWh.

Les appareils envoient leurs mesures par rapport d’attributs : la passerelle configure pour chaque attribut un intervalle minimal, un intervalle maximal et une variation à signaler, et l’appareil émet quand la valeur varie de ce montant ou quand l’intervalle maximal est écoulé. Ces trois nombres décident de la fraîcheur des données et de l’occupation du canal.

Sécurité et appairage Zigbee

Chaque trame d’un réseau Zigbee est chiffrée et authentifiée en AES-128 avec la clé réseau. Le centre de confiance, normalement le coordinateur, remet la clé réseau à un nouvel appareil lors de l’appairage, protégée par une clé de liaison.

Les anciens appareils utilisaient une clé de liaison par défaut connue de tous : quiconque écoutait pendant un appairage pouvait apprendre la clé réseau. Zigbee 3.0 ajoute les codes d’installation : un code imprimé sur l’appareil, dont le centre de confiance dérive une clé de liaison unique, si bien que la clé réseau ne circule jamais protégée par une seule clé connue de tous. Utilisez les codes d’installation quand les appareils les acceptent, n’ouvrez le réseau à l’appairage que pendant l’ajout d’appareils et tenez la liste des appareils qui l’ont rejoint.

Zigbee et Wi-Fi à 2,4 GHz

Les canaux Zigbee 11 à 26 sont espacés de 5 MHz entre 2 405 et 2 480 MHz. Les canaux Wi-Fi 1, 6 et 11 couvrent l’essentiel de la bande, et les canaux Zigbee 15, 20, 25 et 26 se trouvent dans les intervalles. Un canal Zigbee qui chevauche un point d’accès chargé perd des trames en bordure du maillage. Relevez les canaux Wi-Fi utilisés avant de choisir le canal Zigbee, et à nouveau quand le site ajoute des points d’accès. Le comparatif Zigbee et LoRaWAN donne le plan de canaux complet et les défaillances à surveiller.

Zigbee comparé aux autres protocoles sans fil

Matter, le standard domotique plus récent, fonctionne sur Thread et sur Wi-Fi, pas sur Zigbee ; les appareils Zigbee rejoignent un système Matter par un pont. Pour des capteurs répartis sur un campus ou en sous-sol, un réseau longue portée comme LoRaWAN convient mieux, et beaucoup de sites utilisent les deux.

Exemple chiffré : couvrir un local technique et un plateau de bureaux

Un bâtiment de deux niveaux compte 40 circuits à mesurer dans deux tableaux divisionnaires à l’étage, 12 sondes de température réparties sur les 2 500 m² de bureaux de cet étage et une passerelle dans le local informatique du rez-de-chaussée. Les moniteurs d’énergie des deux tableaux sont des routeurs alimentés par le secteur. Selon la moyenne d’EpiSensor, un appareil alimenté par le secteur couvre environ 1 000 m² de surface tertiaire : 2 500 m² demandent donc trois routeurs pour une couverture simple, et environ cinq, bien répartis, pour que chaque sonde ait deux parents possibles. Les moniteurs des deux tableaux en fournissent deux ; trois prises connectées ou relais alimentés par le secteur, répartis sur le reste de l’étage, fournissent les autres. Un bilan de liaison pour la porte en acier du tableau, avec le calculateur de bilan de liaison radio, montre s’il faut un routeur hors du tableau pour que les moniteurs à l’intérieur rejoignent le maillage.

Zigbee avec EpiSensor

Tous les appareils sans fil d’EpiSensor utilisent Zigbee. La Gateway ZGW-20 en est le coordinateur et exécute Edge, qui enregistre et traite les mesures sur site. Chaque appareil EpiSensor alimenté par le secteur, comme le moniteur électrique ZEM, route pour le maillage ; chacun porte jusqu’à 50 m en intérieur et 300 m en extérieur, et une Gateway accepte jusqu’à 250 appareils. Les appareils Zigbee d’autres fabricants rejoignent le même réseau, et la liste des appareils Zigbee montre comment chacun se raccorde à Edge et quels clusters il transmet.