Convergence des technologies de. d un bâtiment : du contrôle immotique aux intercoms tactiles

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1 Convergence des technologies de communication sans fil dans l opération d un bâtiment : du contrôle immotique aux intercoms tactiles Par Marc Dugré, ing. Président Principes généraux et nomenclature Émetteur Récepteur Émetteur récepteur Signaux point à point Signaux répétés Topologie maillée Topologie en étoile 1

2 Technologies disponibles EnOcean ZigBee Bluetooth Wi Fi Avantages et inconvénients Convergence des produits de télécommunication Avenir Technologies disponibles 2

3 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 IEC pour les communications sans fil totalement interopérable, ouverte et comparable aux normes Bluetooth et Wi Fi EnOcean Alliance profil EEP, 350 membres de l alliance 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 point Protocole ouvert, mais propriétaire Protocole embarqué dans la quincaillerie 3

4 EnOcean Avantages Énergie : 80 nanoampères (1 goutte d eau de 1 C = 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 4

5 Technologies disponibles ZigBee Généralités Début en 1998 par des installateurs qui réalisaient que le Wi Fi et Bluetooth th serait inadéquat pour plusieurs applications Inspirée de Bluetooth, courte distance, moins chère et plus simple (25 % du code de Bluetooth) Standard IEEE (2003) ZigBee version 1.O (2004) Protocole de haut niveau pour communications de petit ratio pour réseau à dimensions i 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 5

6 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. 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) 6

7 Technologies disponibles 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. 7

8 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 radio Classe Puissance (mw) Portée (m) , Bluetooth Avantages Fiabilité Association simple Faible consommation (Bluetooth Smart) Transmission en continu Interconnexion entre différents types d appareils Ex. : ordinateur vers radio Diffusion Inconvénients Trop énergivore pour auto alimentation Ne peut être maillé 8

9 Technologies disponibles 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 Thermostat Téléphone intelligent Réfrigérateur Imprimante 9

10 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 : Point td d accès central avec stations tti Connexion ad hoc entre deux stations Réseau maillé (quelques applications) Wi Fi Avantages Configuration simple et unifiée Tant que le protocole x est supporté Vitesse de transfert très élevée Sécuritaire (WPA, WEP, etc.) Inconvénients Énergivore 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 s) 10

11 Comparaison des technologies disponibles Technologie EnOcean ZigBee Bluetooth Wi Fi Alimentation Sans pile, solaire ou électrodynamique Piles Piles rechargeables Alimentation secteur Autonomie 20 jours (thermostat) Quelques mois à quelques années Quelques jours S/O Énergie requise (sur 2 minutes) 1 W = 1 J/s Portée maximale (point à point) 0,00004 joule 1,2 joule 7,2 joules 12 joules 30 m 1000 m 10 m (classe 2) 50 m Portée typique 20 m 100 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 FHSS 2,4 GHz 5 GHz (plusieurs modulations) Canaux et largeur de 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 Largeur de bande : 22 MHz 11 canaux Wi Fi Largeur de bande : 2 MHz 16 canaux ZigBee 11

12 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 12

13 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 13

14 500 Grande Allée Québec Bâtiment de 1963 rénové en 2012 Contraintes architecturales : Murs rideaux partout Aires ouvertes Contrôle de CVC Contrôle sans fil de 900 radiateurs Contrôle d éclairage à commande sans fil Intégration au réseau BACnet 500 Grande Allée Architecture Sur 6 étages BACnet/IP 60 contrôleurs rs Vca 115 thermostats 900 actionneurs Eau chaude froide 24 Vca 14

15 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 5 étages typiques BACnet/IP 4 par étage 30 par étage 30 par étage Eau chaude froide 24 Vca 15

16 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 Avantages Aucun conduit en surface Travaux exécutés dans un bâtiment occupé Contrôle centralisé 16

17 Centre de gériatrie Maimonides Montréal Bâtiment existant, chauffage à l eau chaude, tuyauterie détériorée é é Radiateurs remplacés par des convecteurs électriques Installation de : 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 17

18 Centre de gériatrie Maimonides Architecture Sur 4 étages BACnet/IP 24 contrôleurs tôl 292 thermostats 398 plinthes électriques avec relais triac 347 Vca Tableau de bord d énergie (2008) En 2008, design de la Cité Verte à Québec où chacun des 800 condos reliés au réseau de chauffage urbain avait son afficheur de consommation d énergie 18

19 Convergence tablettes 2010 Tablettes En de tablettes vendues Android = 62 % Apple = 36 % Première fois qu Android surpasse Apple Android : Réseau ouvert Environnement ouvert Accès au bas niveau (Linux) Beaucoup d opportunités pour l immotique grâce au Wi Fi et Bluetooth enbarqués 19

20 Tablettes La popularité des tablettes et des téléphones intelligents a généré la création et l amélioration des réseaux Bluetooth et 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 20

21 30/04/2014 La tablette comme interface personne machine En mode hybride, web et App En remplacement d un PC Relié à plusieurs contrôleurs avec service web La tablette comme interface personne machine Avec une application Pile BACnet embarquée dans l application 21

22 La tablette comme gestionnaire de bâtiment BACnet avec VoIP À la demande d un client, la commission scolaire des Samares, 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 urgences Appel durgence d urgence avec cascade Alerte incendie Alerte code orange 22

23 Intercom à interface tactile Module et fonctionnalités : Horloge au choix analogique/numérique à la page de veille Carillons Sonneries au choix MP3 Intercom à interface tactile Module et fonctionnalités : Listes d absences Liste musicale Météo Contrôle d éclairage et HVAC (pile BACnet) 23

24 Intercom à interface tactile 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 Intercom à interface tactile 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 24

25 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 Rth Rythme cardiaque, Télescope (h (chasse) Humidité CO 2 Sécurité Glycomètre GPS Luminosité 25

26 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 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 et Bluetooth) Autres technologies à surveiller : ULP Wi Fi, ANT+, 6LowPAN, ULE, NFC, RFID 26

27 Merci! 27