Au-delà des protocoles CPL dédiés à l’échange d’informations sur les lignes électriques, les distributeurs d’énergie peuvent également puiser au sein d’un portefeuille de technologies radio standardisées pour connecter les compteurs communicants de leurs abonnés au smart grid. Le GSM, le Wireless M-Bus et bientôt ZigBee sont en piste. ...

Promoteur de la technologie de réseau sans fil basse consommation du même nom, l’alliance ZigBee a bien l’intention de tout mettre en œuvre pour booster les usages de son protégé, là où ses caractéristiques en font un challenger crédible face à d’autres technologies, souvent plus installées. La dernière initiative en date de l’organisme industriel cible plus particulièrement les réseaux d’accès au smart grid dits du « dernier kilomètre », également appelés NAN (Neighborhood Area Network). Des réseaux qui, plus prosaïquement, connectent les compteurs d’énergie communicants et les équipements d’automatisation de sous-stations de distribution électrique à des passerelles, à des concentrateurs de données ou à des appareils de terrain. L’alliance ZigBee, qui a déjà plus ou moins réussi à imposer son standard au sein des réseaux résidentiels HAN (Home Area Network) pour la connexion sans fil de thermostats, de systèmes d’éclairage, de capteurs de présence, de télécommandes... s’est donné jusqu’à la fin 2014 pour peaufiner un profil de communication ZigBee qui assurera l’interopérabilité entre produits et solutions pour réseaux radio de proximité NAN.   Des standards IEEE et IETF à la rescousse   Ce futur profil n’a pas toutefois l’ambition de réinventer la roue. Les experts qui planchent actuellement sur le sujet vont s’appuyer sur des standards IEEE et IETF existants. Mais ils comptent retenir uniquement les options les plus appropriées au sein de ces normes afin de définir un profil de communication précis pour une interopérabilité certifiée. Dans ce cadre, un protocole couvrant les couches 1 à 4 du modèle OSI de l’ISO (International Organization for Standardization) est en cours de définition. Comme on devait s’y attendre, les couches 1 et 2 du protocole seront basées sur l’amendement IEEE 802.15.4g du standard IEEE 802.15.4 qui, lui, est à la base des profils ZigBee déjà existants. Publié en mai 2012, l’amendement 802.15.4g, qui a largement bénéficié des apports de la société Silver Spring Networks, est justement dédié à la connexion radio à bas débit de compteurs communicants. Utilisable dans les bandes ISM situées sous le gigahertz et dans la gamme 2,4-2,5 GHz, le standard 802.15.4g prévoit un débit minimal de 40 kbit/s (avec une modulation FSK), débit qui peut être porté à 1 Mbit/s via des modulations optionnelles plus sophistiquées.   Fait notable, c’est justement le 802.15.4g qui a été retenu par l’alliance industrielle Wi-SUN (Wireless Smart Utility Networks), fondée en 2012 et désormais forte d’une quarantaine de membres dont Analog Devices, Cisco, Itron, Landis+Gyr, Murata, NEC, Omron, Renesas, Semtech, Silicon Labs, Silver Spring Networks, Texas Instruments et Toshiba. Comme son nom l’indique, l’organisme Wi-SUN prône l’usage de la norme IEEE 802.15.4g pour la connexion sans fil des compteurs d’énergie intelligents au smart grid. L’alliance vient tout juste de confier à l’organisme TÜV Rheinland, présent dans plus de 65 pays, son programme de certification de produits compatibles.
La compatibilité IP : un must   Les couches 3 et 4 de la future spécification ZigBee pour réseaux d’accès NAN devraient, quant à elles, s’appuyer sur des standards IETF (Internet Engineering Task Force) comme la couche réseau IPv6 et les protocoles de routage, de transport et de sécurité associés (RPL, UDP, TCP, etc.). Une quasi formalité pour l’alliance ZigBee tant cette dernière s’est fortement impliquée ces dernières années à rendre sa technologie compatible IP. Des efforts qui se sont concrétisés en 2013 par la publication de la spécification ZigBee IP, présentée comme le premier standard ouvert dédié aux réseaux maillés sans fil courte portée compatibles IPv6 et permettant la connexion sans couture de dispositifs basse consommation et bas coût à Internet.   Censée constituer une brique importante de l’Internet des objets, la pile protocolaire ZigBee IP a enrichi la norme radio IEEE 802.15.4 de couches réseau, sécurité et application conformes aux recommandations IETF comme IPv6, 6LoWPAN (IPv6 Over Low Power Wireless Personal Area Networks), PANA (Protocol for Carrying Authentification for Network Access), RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks), TCP ou UDP. ZigBee IP a ensuite été étoffé avec le profil SEP 2 (Smart Energy profile 2.0) qui est dédié aux applications de gestion énergétique de l’habitat et qui intéresse plus particulièrement les thermostats intelligents, les afficheurs de contrôle de la dépense énergétique et autres appareils électroménagers disséminés dans les lieux d’habitation, en aval du compteur d’électricité communicant.   Le GSM au Royaume-Uni   Bien évidemment, la future spécification ZigBee dédiée à la connexion sans fil des compteurs d’énergie communicants au smart grid n’arrivera pas sur un terrain vierge, loin s’en faut. Il existe déjà pléthore de procédés de communication pour ce type d’application. Au-delà des protocoles CPL dédiés à l’échange d’informations sur les lignes de distribution électriques (et donc adaptés en premier lieu aux compteurs d’électricité), les fournisseurs de services peuvent aussi puiser au sein d’un portefeuille de technologies radio existantes, propriétaires ou non. Parmi celles-ci figurent les technologies cellulaires de type GSM qui ont pour elles l’avantage de ne pas nécessiter de déploiement spécifique de stations de base, dès lors que la couverture 2G s’avère correcte. C’est d’ailleurs une option retenue au Royaume-Uni avec l’intégration de modules cellulaires directement dans chaque habitation (voir photo ci-dessus).   Pléthore de modules Wireless M-Bus   Autre standard radio en vogue : le Wireless M-Bus, conçu justement pour la télérelève de compteurs d’énergie communicants en Europe dans les bandes 868 MHz, 433 MHz et, plus récemment, 169 MHz. Adaptation de la vieille norme filaire M-Bus et couverte par la norme EN13757-4, la spécification se décline selon différentes modulations et différents modes de fonctionnement pour un débit qui varie entre 2,4 kbit/s et 100 kbit/s selon les choix retenus par le fournisseur de services. L’offre en circuits et modules compatibles Wireless M-Bus est d’ailleurs aujourd'hui quasi pléthorique. Le français Adeunis RF, le britannique Amiho Technology, les allemands Amber Wireless et IMST, le danois Kamstrup, les italiens STE kSolutions et Telit, le norvégien Radiocrafts sont ainsi au nombre des sociétés européennes en mesure de proposer de tels modules de connectivité. On notera d’ailleurs que GrDF a retenu dans le cadre du compteur de gaz communicant Gazpar une solution Wireless M-Bus exploitant la bande des 169 MHz…