La domotique est entrée dans les demeures et même dans les entreprises depuis de nombreuses années maintenant. Contrôler ses lumières ou volets roulants via son téléphone ou par la voix, créer des scénarios et automatisations … sont devenus des usages courants et accessibles à tous.
D’abord cloisonnés au sein des systèmes de chaque marque, les équipements domotiques ont commencé à s’interconnecter notamment grâce aux plateformes d’Apple (HomeKit), Google (Google Home) et Amazon (Alexa).
Mais la VRAIE révolution domotique arrive grâce à la montée en puissance des appareils compatibles Zigbee et surtout Thread et Matter. Il s’agit de protocoles et standards permettant d’unifier les différentes composantes d’une maison / entreprise connectée, pour les faire dialoguer et interragir entre eux quelque soit leur marque, avec un minimum de contraintes matériel, logiciel et réseau.
Pour maîtriser la domotique unifiée et interconnectée, il est important de savoir ce qui se cache exactement derrière ces termes : c’est le but de cet article.
Qu’est-ce que la domotique unifiée ?
Vous avez sans doute chez vous ou au sein des entreprises des objets connectés, qu’ils soient du domaine de l’éclairage, mais aussi de la sécurité, du chauffage, du divertissement (musique, écrans, etc …), de l’entretien (robots aspirateurs, tondeuses …).
Imaginez un monde où tous ces objets pourraient être interconnectés et unifiés :
- quel que soit leur type, leur marque, et ceci sans équipement complémentaire de type ponts ou bridge
- en s’appuyant sur n’importe quelle plateforme de domotique (Amazon Alexa, Apple Home, Google Home, Samsung SmartThings, Tuya, Home Assistant…)
- en interagissant avec n’importe quel assistant vocal (Google, Siri, Alexa …)
- en mode connecté ou non à Internet
La domotique unifiée et interopérable, c’est donc cela : un système où tous les équipements peuvent communiquer entre eux, et être pilotés depuis n’importe quelle plateforme.
De nouveaux protocoles domotiques sont en train de révolutionner le domaine et permettront, à court terme, de rendre ce rêve possible. Une vraie révolution car en plus de cette interconnexion universelle, grâce à leur côté ouvert on peut imaginer de nouveaux usages innovants basés sur des scénarios et une dose d’Intelligence Artificielle.
Avant d’évoquer ces nouvelles perspectives d’usage dans d’autres articles du blog, cet article a pour objet de vous expliquer ce que sont Zigbee, Thread et Matter : trois composantes importantes et complémentaires de la future domotique unifiée.
Zigbee : un protocole domotique unifié né il y a déjà 20 ans
Zigbee est un protocole de communication sans fil né en 2005, conçu pour faire communiquer entre eux de petits dispositifs de divers domaines fonctionnant à faible puissance (ex : ampoules LED).
Zigbee fonctionne en réseau maillé, où chaque dispositif peut transmettre et relayer les données aux autres dispositifs du réseau. Un hub ou pont est nécessaire non seulement pour connecter ce réseau à Internet, mais aussi pour garantir la communication entre les appareils Zigbee eux-mêmes au sein du réseau local sans fil.
La capacité de ce protocole à minimiser la consommation énergétique, notamment grâce à un fonctionnement à une fréquence de 2,4 GHz, favorise une utilisation économe, et des changements de pile peu fréquents. La nature open source de Zigbee est une caractéristique clé, permettant l’accès et la modification du code source pour l’adapter à diverses applications.
Le schéma suivant permet de comparer le protocole Zigbee avec les autres protocoles de communication (Wi-Fi, Bluetooth, etc …). On voit bien qu’il est particulièrement adapté à la domotique de par sa faible consommation énergétique (car les besoin de bande passante et débit sont faibles), et de par sa portée moyenne (10 – 100m).
Zigbee est très adapté aux réseaux composés de capteurs et éléments d’éclairage, de systèmes de commande de chauffage et de climatisation, de sécurité vidéo, etc … où une communication continue est nécessaire sans requérir une grande bande passante et une grande consommation d’énergie.
Point important : Le protocole ZigBee utilise quatre couches sur les sept du modèle OSI : de Transport à Application, on le verra dans la suite de l’article : c’est ce qui limite son côté unifié et interropérable.
Petite parenthèse : voici le modèle OSI (de l’anglais Open Systems Interconnection) , et les différentes couches composant un réseau
Thread : Un pas supplémentaire vers l’interopérabilité
Thread est comme Zigbee un protocole de communication. Il est conçu pour les appareils basse consommation dans un réseau maillé sans fil appelé WPAN : Wireless Personal Area Network (Réseau Personnel sans fil). Il s’agit d’un réseau maillé sans pont, c’est à dire sans point central : tous les appareils sont en capacité de communiquer directement entre eux.
Thread est basé sur le protocole TCP/IP, avec en système d’adressage l’IPv6. Il peut par conséquent accepter des milliers d’adresses dans un sous-réseau, soit autant d’objets connectés différents connectés entre eux …
Ses principales fonctionnalités sont :
- Simplicité : Installation, démarrage et opération simples
- Sécurité : tous les appareils d’un réseau Thread sont authentifiés et toutes les communications sont chiffrées
- Fiabilité : mise en réseau du réseau maillé autoréparable, sans pont donc sans point de défaillance unique. Techniques à spectre étendu pour éliminer les interférences
- Efficacité : les appareils Thread à faible consommation d’énergie peuvent fonctionner sur batterie pendant des années, et intègre des fonctions de mise en veil
- Évolutivité : les réseaux Thread peuvent évoluer jusqu’à des centaines d’appareils
Thread est un protocole qui comme Zigbee est très adapté aux réseaux composés de nombreux et petits appareils à faible consommation et échangeant des informations nécessitant des bandes passantes faibles, et où une communication continue est nécessaire.
Totalement indépendant du Wi-Fi d’une maison ou d’une entreprise, il permet donc de ne pas surcharger ce type de réseau, qui reste réservé aux transferts d’informations importantes (Internet, Streaming musical ou vidéo). Moins consommateur que le Wi-Fi, mais comme listé ci-dessus tout aussi sécurisé, fiable, efficace, il pemet que les usages domotiques restent peu énergivores.
Parlons modèle OSI (présenté ci-dessus) : Thread fait abstraction de la couche Application : il n’est donc (comme le Wi-Fi), qu’un protocole de communication. Comme expliqué dans la suite de l’article, c’est un point primordial dans un contexte de domotique unifiée et interconnectée.
Pour pouvoir avoir un réseau Thread au sein de son domicile entreprise, il est nécessaire d’avoir un Thread Border Router.
Ils sont similaires aux Hubs (ex : Bridge Philips Hue, Somfy Tahoma … Hub Zigbee … ) à la différence qu’ils ne sont pas des appareils dédiés à cet usage, et qu’ils sont donc plus polyvanants et potentiellement moins coûteux.
A l’heure actuelle, on peut citer l’Apple TV 4K et l’Apple HomePod Mini qui sont des Border Router, ainsi que les Amazon Echo de dernières générations.
Home Assistant, l’application domotique Open Source, peut également faire office de Thread Border Router, via le module Open Thread Border Router.
Quelles sont les différences entre Thread et Zigbee ?
Comme nous l’avons vu, Thread et Zigbee sont deux protocoles de communication adaptés à la domotique, de part leurs caractéristiques communes, notamment la faible consommation d’énergie.
Quelles sont les grandes différences entre ces deux protocoles ?
La première différence entre Thread et Zigbee est que ce premier est basé le protocole TCP/IP en IPv6, d’où un nombre d’appareils interconnectable énorme.
De plus, comme expliqué précédemment, et comme on le voit dans le schéma ci-dessous, Thread ne s’attache qu’aux couches Réseau à Présentation (couches 4 à 6 du modèle OSI), alors que Zigbee englobe également la couche Application (couches 4 à 7):
De ce fait, Thread est plus flexible que Zigbee car il peut être utilisé pour tout écosystème d’équipements domotiques, existant ou futur.
Enfin, même si Zigbee est un protocole très fiable, les réseaux l’utilisant ont un point de défaillance : le hub ou passerelle. Ce n’est pas le cas avec un réseau basé sur Thread, qui est maillé (sans hub) et donc sans point de défaillance central. Techniquement : les appareils domotiques d’un réseau Thread échangent entre eux, sans point central !
Par exemple : si un Hub Philips Hue (utilisant Zigbee) vient à être défaillant : tout le réseau Hue devient non opérationnel
Dans les deux cas (Zigbee et Thread), au sein d’une maison ou entreprise, les appareils domotiques peuvent fonctionner sans connexion Internet, car contrairement à d’autres systèmes domotiques propriétaires, il n’y a pas d’utilisation de système de Cloud. Il n’y a même pas besoin de Wi-Fi car comme on l’a vu, ce sont des réseaux parallèles et non dépendants du Wi-Fi.
Voici un tableau comparant ces protocoles et le Wi-Fi pour synthétiser cette comparaison :
| Caractéristique | Thread | Zigbee | Wi-Fi |
|---|---|---|---|
| Adresse IP native | Oui (Utilise IPv6 pour une intégration aisée avec Internet) | Non (Utilise des adresses réseau propres nécessitant un pont) | Oui (Compatibilité universelle avec les infrastructures IP) |
| Limite pratique de taille de réseau | Plus de 200 appareils, extensible selon les besoins | Jusqu’à 100 appareils, peut être étendu avec des répéteurs | Environ 50 appareils, limité par les interférences et la congestion |
| Équipement nécessaire | Thread Border Router : Produits non spécifiques à cet usage : Apple HomePod, Apple TV, Amazon Echo ou plus simplement serveur Home Assistant configuré pour Thread (Open Thread Border Router) | Hub spécifiques Zigbee (100% Zigbee ou avec une surcouche propriétaire, comme pour les Hub Philips Hue ou Ikea Tradfri | Routeur Wi-Fi, Box Internet |
| Typologie | Mesh (Maillage) sans pont central : permet une communication directe entre appareils. Les appareils sur secteur font office de hubs (Device routeurs), ceux sur pile sont des ponts de terminaison (End devices). | Mesh (Maillage) avec pont central (hub), nécessite parfois des routeurs pour étendre la portée. | Étoile, dépend d’un routeur central |
| Stabilité | Très élevée avec gestion dynamique des connexions | Élevée, robuste dans les environnements domestiques | Variable, peut être affectée par des interférences environnementales |
| Sécurité | AES-128, ECC pour une sécurité renforcée | AES-128 pour une bonne sécurité de base | AES-128/256, bonne sécurité, choix dépendant du réseau configuré |
Matter : un standard visant à unifier les équipements domotiques
On l’a vu : Thread et Zigbee sont des protocoles de communication, au même titre que le Wi-Fi ou le Bluetooth.
Matter a été lancé en 2022 par un le CSA (Connectivity Standards Alliance), consortium regroupant des géants de la maison connectée tels que Google, Samsung, Apple, Philips, et Ikea.
Il n’est pas un protocole de communication, mais un standard de connectivité à respecter par les appareils compatibles de différentes marques, pour qu’ils puissent communiquer entre eux. Cette communication est alors standardisée et simplifiée, visant à éliminer les fonctionnementes propriétaires de chaque marque et favoriser une vraie interopérabilité.
La nature ouverte et Open Source de Matter permet son amélioration en continu. Comme WordPress dans le monde du Web par exemple, c’est toute une communauté de développeurs qui se charge d’améliorer et d’étendre les possibilités de Matter.
D’où un standard extrèmement fiable qui évolue vite dans le temps. Jusqu’à présent, la fréquence des releases de Matter est d’environ deux par an.
L’Open Source permet également une personnalisation via des extensions communes ou spécifiques (à des besoins d’une entreprise donnée par exemple), assurant ainsi une grande flexibilité.
Un réseau domotique d’appareils Matter est particulièrement adapté pour s’appuyer sur le protocole de communication Thread, et donc comme on l’a vu précédemmment : à la manière d’un réseau maillé sans passerelle ou Hub.
Il peut aussi, dynamiquement :
- exploiter un réseau Wi-Fi : pour les appareils nécessitant de gros transferts de données, comme les flux musique et vidéo type streaming
- se connecter à un autre type de réseau domotique (ex : Zigbee) via des passerelles
- utiliser les technologies cellulaires : 4G ou 5G.
Matter exploite le Bluetooth à faible consommation d’énergie (BLE) pour la communication directe entre les équipements, sans point central (principe du réseau maillé).
Matter représente donc une avancée majeure dans le domaine de la domotique en se positionnant comme un standard de connectivité universel. Il permet la “compatibilité agnostique” : interconnexion d’équipements de différentes marques, et ce sans passerelles ou pont. Ces équipements ainsi unis peuvent être contrôlés via n’importe quelle application de domotique compatible (Apple HomeKit, Google Home, Alexa, Tuya, Home Assistant …) ainsi que via tous les assistants vocaux également compatibles.
Par exemple, le thermostat Nest de Google a été mis à jour et rendu compatible Matter, il est donc visible dans l’application Maison d’Apple (HomeKit) … et commandable via Alexa !
Ils ne nécessitent aucune connexion Internet pour le fonctionnement intra-muros, car aucune connexion à un quelconque service de Cloud.
On peut imaginer des scenarios complexes, créés via ces applications (ex : la très puissante application “Raccourcis” d’Apple), ainsi que l’utilisation dans des systèmes d’automatisation et de workflow, comme Zapier ou Make. Comme ces outils peuvent interroger des outils d’IA pour “augmenter” leurs traitements (ex : ChatGPT) : les possibilités sont infinies, il suffit juste de les imaginer !
Cette vidéo produite par le CSA (Connectivity Standards Alliance) illustre bien la simplification et l’harmonisation de la domotique que permet Matter.
Quels produits sont compatibles Matter ?
Matter gérait initialement sept catégories de produits domotiques : éclairage, chauffage et ventilation, téléviseurs, stores, serrures, systèmes de sécurité.
Matter 1.2 sorti fin 2023 a permis l’ingégration de ces types d’appareils : robots aspirateurs, réfrigérateurs connectés, lave-vaisselles, lave-linges, détecteurs de fumée et de CO, capteurs de qualité de l’air, purificateurs d’air, ventilateurs connectés, climatiseurs autonomes.
Depuis la dernière version de Matter : la version 1.3, sortie en mai 2024, un système de gestion énergétique pour les chargeurs de véhicules électriques a été introduit, offrant des rapports en temps réel sur des paramètres comme la puissance, la tension et le courant. Ce système permet également aux utilisateurs de planifier la recharge de leur voiture durant les heures creuses pour réduire leur facture énergétique.
De plus, Matter 1.3 élargit sa compatibilité à plusieurs types d’appareils ménagers : micro-ondes, fours, plaques de cuisson, hottes aspirantes, sèche-linges.
Concrètement, les premiers produits compatibles avec Thread / Matter ont été commercialisés à partir de 2023, avec notamment des caméras et des ampoules de la marque Signify (marque issue de Philips Hue), des capteurs Aqara motion sensor, ou encore des serrures connectés de la marque Nuki.
À noter que Matter peut être appliqué rétroactivement aux appareils intelligents existants, et ceci par simple mise à jour logicielle.
En résumé : comment ZigBee, Thread et Matter interagissent au service de la Domotique universelle ?
Pour résumé cet article, on peut dire que les produits compatible avec le standard Matter permettent de fonctionner et d’interagir entre eux quelque soit leur marque, en utilisant n’importe quelle application domotique également compatible.
La communication entre ces équipements se fait en utilisant le protocole de communication Thread, ou bien Zigbee (avec un pont). Ils peuvent exploiter le Wi-Fi en cas de besoin d’échanges de données plus importants qu’une simple liaison interrupteur / ampoule. Et dernier point et pas des moindre : pas besoin de connexion Internet pour que les objets connectés d’une maison ou entreprise fonctionnent ensemble, même si des automatismes ont été définis.
Le schéma suivant résume parfaitement tout ce qui a été expliqué quand cet article :
L’exemple le plus simple de la puissance de Thread / Matter : Pouvoir commander une ampoule d’une marque A à l’aide d’un capteur d’une marque B, depuis l’application domotique d’une marque C … Sans que cela passe par un pont central (hub), Internet, le cloud …
Connexion au monde extérieur via les Thread Border Router
On l’a vu : les appareils compatibles Matter d’un réseau Thread ou Zigbee peuvent communiquer et interagir entre eux, grâce aux appareils de type Thread Border Router (Apple HomePod, Amazon Echo, ou serveur Home Assistant configuré en Thread Border Router).
Ces appareils vont également permettre de communiquer avec le monde extérieur. En effet, les Border Routers dans un réseau Thread servent de ponts de connexion entre le réseau local de domotique et Internet, permettant ainsi aux appareils de communiquer au-delà de l’environnement domestique ou de l’entreprise.
Concrètement, cela permet de communiquer avec des appareils Matter quand on est à l’extérieur du domicile ou de l’entreprise.
Exemple : Contrôle son parc de produits d’éclairage en réseau 4G/5G, voir ses caméras à distance, etc …
Matter / Thread : Des débuts encore limités … mais des perspectives infinies
Bien que tous les passionnés de domotique ne jurent actuellement que par le protocole Matter, celui-ci en est encore qu’à ses débuts et a connu plusieurs retards. De plus en plus de produits compatibles sont annoncés, mais son déploiement complet prendra du temps. Actuellement, ce sont principalement les produits d’éclairage, les capteurs, prises connectées et caméras qui adoptent cette norme, certains appareils offrant seulement une compatibilité partielle.
Plus on aura de types de produits compatibles ET de produits commercialisés, plus les possibilités d’usages seront importantes que ce soit dans les maisons ou entreprises / industries.
En couplant ces produits avec des applications domotiques permettant de pousser très loins les scenarios d’automatisation (Comme Apple HomeKit ou Home Assistant, application domotique Open Source), on peut imaginer des sceniarios complexes et innovants totalement fous…
Par exemple, avec Home Assistant, un utilisateur du Groupe Facebook français du même nom a réalisé un système d’arrosage de son jardin automatisé et interrogeant le service météro de Meteo France … On pourrait imaginer que ce scénario fasse intervenir également caméras, capteurs de présences, éclairage …
Il reste donc du chemin à parcourir avant que Matter devienne essentiel et puissant, d’autant plus que nos essais réalisés en interne ont montré quelques problèmes de stabilité (ex : capteurs d’ouverture de porte Aqara … impossbible à connecter en Matter à Apple HomeKit). Mais quand les premiers pas sont prometteurs, et le rythme de sortie de nouvelles versions majeurs est assez soutenu : environ 2 par an.
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