zwave mesh

A l'encontre des idées reçues sur ZWAVE...

 

ZWAVE jouit d'une excellente réputation de fiabilité dans la transmission des informations, supérieure aux protocoles radio traditionnels. La vérité est un peu plus complexe que cela. Ce qui va être démontré maintenant par des considérations techniques, c'est que pour avoir une bonne fiabilité, l'installateur du réseau doit prendre certaines précautions.

Les transferts d'information ZWAVE sont acquittés par le destinataire, c'est à dire que le destinataire envoie un accusé réception à l'émetteur de chaque message. L'absence d'acquittement d'un message entraine sa retransmission. Un message non acquitté est retransmis 2 fois avant de statuer l'abandon. Ces retransmissions sont très rapprochées dans le temps (<0,1s) de sorte qu'un abandon est rapidement statué en cas d'échecs successifs. L'émetteur, s'il possède cette opportunité, va essayer alors de prendre successivement d'autres chemins pour joindre le destinataire avec à chaque fois la même attente d'acquittement. Par exemple avec 5 chemins, 15 trames seront ainsi émises.

 

Exemple de transfert ZWAVE en point à point, le contrôleur (1) émet en direct 3 trames à intervalle de 50ms environ vers le noeud destinataire (5) qui ne répond pas . Le contrôleur décide alors d'emprunter le noeud 8 pour atteindre le noeud 5.... etc...



Il est évident que le transfert sera très rapide si l'acquittement est reçu lors du premier échange mais que celui -ci durera plus longtemps en cas d'échec. L'acquittement n'améliore pas stricto sensu la probabilité que le message arrive, de même qu'une lettre avec accusé réception n'a pas plus de chance d'arriver à son destinataire, il renseigne juste sur le fait que l'ordre a été bien reçu. Son absence ne signifie pas non plus que l'ordre n'est pas parvenu, car cet acquittement a peut-être été réellement émis avant d'être perdu (x% de perte à l'aller, x% de perte au retour). Bref,  rien n'est simple...

Les protocoles classiques utilisés en domotique/système d'alarme ne sont pas bidirectionnels comme le ZWAVE, mais unidirectionnels. Afin de maximiser au mieux la probabilité que l'information soit transmise au destinataire, 15 à 25 trames sont systématiquement transmises par petites rafales sur un temps total pouvant atteindre plusieurs secondes. Les systèmes d'alarmes ont été historiquement conçus et optimisés pour la bande 433Mhz (qui est très occupée par de multiples systèmes), ils sont donc adaptés aux "conditions difficiles",  puis ont migré pour certains vers la nouvelle bande 868Mhz, encore peu occupée aujourd'hui et beaucoup plus réglementée.

Le transfert ZWAVE est donc en moyenne plus rapide que les systèmes classiques car le minimum de trames est envoyé  grâce au système d'acquittement. Mais au niveau de la fiabilité seule sur une connexion exclusivement point à point, un système classique unidirectionnel a la supériorité sur un système ZWAVE, tout simplement parce que la probabilité de bonne réception d'une trame parmi une vingtaine est supérieure à celle d'une trame parmi quelques unes... Le principe d'acquittement ne change rien à l'affaire, car ZWAVE abandonne trop vite en cas d'échec.

De manière générale, la mauvaise réception d'une trame peut être due:

- A une portée devenue limite,  ce qui est facilement compréhensible,

- Au phénomène insidieux de fading (http://en.wikipedia.org/wiki/Fading) qui par exemple peut faire de sorte que le déplacement de 30 cm de l'émetteur ou du récepteur va changer totalement les conditions de transmission et combien même émetteur-récepteur sont proches,

- Ou bien au "téléscopage" radio avec un autre système de transmission, ce qui en 433Mhz est très commun, et pour l'instant relativement moins en 868Mhz.

Sur les 2 premiers points, le ZWAVE apporte un gain significatif, car son principe de maillage entre noeuds  provoque une "regénération" du message sur la "route de destination" qui augmente la portée,  et la disparité spatiale des noeuds minimise drastiquement le problème du fading.

Le télescopage frontal d'un transfert ZWAVE avec un transfert classique vient alors naturellement à l'esprit. Nos expérimentations sont sans appel: Alors que le transfert sur le système classique n'est nullement inquiété par le transfert ZWAVE (blindé, il en a vu d'autres, notamment lorsqu'il était en 433Mhz), le transfert ZWAVE peut être par contre totalement annihilé. Bref, le constat est rude, les protocoles classiques se révèlent être de vrais ZWAVE Killers !

L'enregistrement sonore suivant obtenu avec un scanner donne un exemple de ce qui se passe "sur les ondes" sur un transfert point à point. Des transferts positifs et extrêmement rapides ZWAVE y apparaissent sur les premiers 2/3 tandis qu'un capteur d'un système classique est activé sur le dernier tiers. Face à face d'un snipper avec... une mitrailleuse.

Même pour un observateur peu manichéen, on ne peut que constater que les transferts ZWAVE sont submergés par le capteur (le récepteur ne reçoit absolument rien et on le comprend intuitivement à l'enregistrement sonore). Dans ces conditions, il est difficile de prétendre que le protocole ZWAVE est solide!

Au surplus,

1) L'émetteur ZWAVE ne semble manifestement pas utiliser de mécanisme de type LBT (Listen before Talk),

2) Le récepteur ZWAVE se montre peu sélectif, à savoir qu'il peut donc se laisser parasiter par des trames éloignées en fréquence de sa fréquence nominale (>500Khz) , et son procédé de modulation GFSK n'est pas spécialement solide (impossible de faire mieux en 868Mhz).

3) La puissance d'émission des puces ZWAVE n'est pas très importante.

spectrum868

Cependant cette situation n'est pas désespérée, car le maillage du ZWAVE peut être mis à contribution,  pour indirectement étaler dans le temps  les tentatives de transmission du ZWAVE. Il s'agit en fait de laisser passer la "rafale ennemie", bien plus que de passer par un autre chemin "plus calme ou plus solide", car pendant que les différents chemins sont essayés, le temps s'écoule et la perturbation finit par s'arrêter avant la fin des tentatives de ZWAVE.

L'enregistrement suivant* montre que ZWAVE devient alors beaucoup plus résistant avec le maillage,  avec des transferts de facto étalés dans le temps. Ici un contrôleur essaie de commander un actionneur (débranché) en essayant d'emprunter tous les chemins.  Snipper certes, mais plus téméraire et donc coriace !

* Un ON puis et OFF sont effectués respectivement dans le 1ere et 2ième parties. Outre l'essai successif sur tous les chemins exécuté par le contrôleur ZWAVE, ZiBASE2 réitère 2 fois ses demandes. Pour cette raison, on distingue 3 blocs dans le ON ou le OFF.

En conclusion, dans la mesure où votre réseau ZWAVE ne rencontre aucune "hostilité radio-électrique" de la part de systèmes tiers, celui-ci se montre fiable (autant qu'une armée en période de paix ;-).

Par contre si celui ci doit coexister avec d'autres systèmes 868Mhz (ceux de vos voisins en font partie), le bon maillage de votre réseau ZWAVE est essentiel pour maintenir une fiabilité satisfaisante. Le maillage n'est pas une notion abstraite, celui de votre réseau ZWAVE peut être parfaitement représenté de manière visuelle, comme le montre la vidéo ci-dessous.

Le contrôleur et les actionneurs "Routing Slave" constituent la colonne vertébrale de votre installation . Les détecteurs/capteurs, le plus souvent sur piles, s'y appuient pour faire remonter leurs informations au contrôleur. Eux-mêmes ne sont pas "Routing Slave" (même s'ils sont déclarés comme tels) car leur contrainte énergétique les oblige à rester la plupart du temps en veille.

En conséquence, une installation avec énormément de capteurs et très peu d'actionneurs ne semble pas favorable à ZWAVE, or c'est typiquement le cas des systèmes d'alarmes. Dans son environnement optimal, ZWAVE demande une bonne dose d'éléments de routage et donc d'actionneurs, il se révèle donc adapté à la domotique de commande. Dans la mesure où cette première contrainte est satisfaite, la partie "alarme" peut alors se greffer dessus de manière fiable car le réseau se trouve déjà bien charpenté par les actionneurs.

Le ZWAVE est un excellent protocole lorsque ces contraintes sont respectées. Pour qu'elles le soient, il faut de facto une installation assez complète et équilibrée.

Comprendre le réseau maillé du protocole ZWAVE (FR)