Dossier Bluetooth, une technologie sans fil en évolution

Le par Christian D.  |  1 commentaire(s)
Bluetooth mini

La technologie Bluetooth, mode de transmission sans fil à faible débit, a su s'imposer dans de très nombreux matériels. D'abord dans les téléphones portables et les accessoires mobiles, ce qui a permis une très large diffusion, mais aussi depuis dans bon nombre de périphériques informatiques, comme les souris et les claviers. Mais pour suivre les évolutions des technologies et des besoins, le Bluetooth prépare aussi sa révolution dans le haut débit et les capteurs.

Présentation

Bluetooth logoLe Bluetooth, cette technologie sans fil à courte portée, est désormais bien implantée dans l'industrie électronique. Téléphones portables, bien sûr, mais aussi oreillettes, casques sans fil, ordinateurs portables et jusqu'aux périphériques ( claviers, souris, imprimantes, etc )...sa présence est très large même si elle n'est pas toujours bien visible auprès du grand public.

Imaginée en 1994 chez Ericsson, elle a réellement pris son essor à partir de la création de son groupe de promotion, le Bluetooth SIG ( Special Interest Group ), en septembre 1998, permettant de valider un an après la première spécification Bluetooth 1.0 sur laquelle les industriels pouvaient compter pour assurer l'interopérabilité de leurs matériels.

Sa force est d'avoir été rapidement intégrée dans les téléphones portables, du fait de sa faible consommation d'énergie et de son profil de transmission de la voix particulièrement adapté, ce qui a permis de diffuser la technologie à un niveau international rapidement et a participé à son succès.


Se diversifier pour continuer d'exister
Fin 2006, le Bluetooth SIG a annoncé avoir franchi le cap du milliard de produits Bluetooth écoulés depuis sa création et espère bien qu'il s'en écoulera un milliard, par an cette fois, d'ici 2012. Cependant, la technologie, qui offre un débit de l'ordre de 1 Mbps, est soumise à la pression des nouveaux usages.

Le haut débit est apparu sur les lignes fixes et les échanges de fichiers lourds ( musique, photo, vidéo, etc ) sont devenus monnaie courante et d'autres technologies sans fil ( WiFi surtout, mais bientôt aussi Wireless USB ) menacent son champ d'application.

WiMedia AllianceLes retards accumulés par le protocole radio UWB ( Ultra Wide Band ), qui doit fournir des débits de 480 Mbps à courte portée, ont obligé à se tourner vers d'autres alternatives, comme le IEEE 802.11, protocole à la base des différents standards WiFi, conduisant à certains compromis.

Parallèlement, le Bluetooth SIG a bien compris l'intérêt de cette technologie dans une multitude d'applications à très faible consommation d'énergie, faite de capteurs pour la santé ou le sport, et d'une forte demande du domaine médical.

Autant de pistes qui doivent ouvrir de nouveaux horizons pour un mode de transmission sans fil omniprésent mais dont les possibilités et les usages ne sont pas toujours bien identifiés par le public.

La technologie Bluetooth

Bluetooth SIGLe standard Bluetooth appartient à la branche IEEE 802.15.x dont la première occurrence 802.15.1 a servi à définir le Bluetooth 1.x, encore largement utilisé et fournissant un débit de 1 Mbps sur la bande 2,4 GHz, avec une portée variant selon la puissance d'émission.

Trois classes sont ainsi définies : Classe 1 ( puissance 100 mW et portée 100 mètres ), Classe 2 ( puissance 2,5 mW et portée 10 mètres, la plus fréquemment utilisée ) et Classe 3 ( puissance 1 mW et portée 1 mètre ). Elle offre l'avantage de permettre de relier deux appareils sans avoir recours à un câble et sans avoir à aligner les dispositifs l'un en face de l'autre, comme c'est le cas de l'infrarouge, qui s'est vu peu à peu supplanté par le Bluetooth dans les téléphones portables.


Picoréseaux, identifiants et profils d'utilisation
PicorSon fonctionnement repose sur la création d'un réseau personnel PAN ( Personal Area Network ) d'une dizaine de mètres de portée et sur une relation maître / esclave au sein d'un picoréseau. la communication entre deux dispositifs est obtenue par l'intermédiaire d'un découpage en 79 canaux sur lesquels les données transitent par sauts de fréquence ( Frequency Hopping ) afin de réduire les interférences provoquées par d'autres systèmes sur la même bande de fréquences.

Dans un picoréseau, un appareil maître peut communiquer avec un maximum de 7 appareils esclaves. Si les appareils sont constamment à l'écoute d'autres dispositifs à leur portée, l'établissement d'une communication est relativement complexe, faisant intervenir des modes de reconnaissance mutuelle et de chiffrement, et se traduisant par un temps de latence.
                    (Credit : Wikipedia)

Les dispositifs nécessitent généralement un identifiant sous forme de code PIN afin de réaliser leur pairage et partagé par le maître et l'esclave. D'autre part, des profils d'utilisation définissent les usages qui peuvent être faits des périphériques Bluetooth.


Certification Bluetooth, une assurance qualité
Ils sont généralement définis par un acronyme ( FAX, FTP, PAN, HFP, etc ). Pour les téléphones portables Bluetooth, deux profils sont à prendre particulièrement en compte pour qui veut en utiliser les fonctions de baladeur musical : A2DP ( Advanced Audio Distribution Profile ), qui permet notamment d'utiliser des casques sans fil et d'obtenir du son stéréo sans fil, et AVRCP ( Audio Video Remote Control Profile ) qui permet de piloter les fonctions audio et vidéo d'un téléphone depuis une casque ( Play/Pause, passage d'un titre à un autre, volume sonore... ).

Le profil A2DP, qui est longtemps resté l'apanage des smartphones, commence à se démocratiser sur les téléphones grand public mais son absence en 2006-2007 a pesé sur le décollage des ventes de casques sans fil.

mini logo bluetoothPour hériter du logo Bluetooth, les produits candidats doivent recevoir une certification garantissant leur fonctionnement selon le standard établi et l'interopérabilité avec les produits d'autres fabricants. La technologie Bluetooth a connu un certain nombre d'évolutions, passé en version 1.2 en novembre 2003, puis en version 2.0 ( qui permet d'atteindre des débits allant jusqu'à 3 Mbps ) en novembre 2004.

La dernière version, Bluetooth 2.1 + EDR ( Enhanced Data Rate ), encore peu représentée, a été validée en août 2007. Elle corrige un certain nombre de points jugés pénalisants pour une adoption large, comme le processus de pairage, souvent considéré comme une opération complexe, ou la sécurité et permet d'augmenter l'autonomie des périphériques.


Super Bluetooth, ULP Bluetooth

Le Bluetooth est défini comme une technologie de transmission sans fil à courte portée et à faible débit. Cependant, avec les nouveaux usages mobiles ( et puisque le Bluetooth a gagné une large diffusion par ce biais ), ce sont désormais des fichiers de plusieurs Megaoctets ou plusieurs dizaines de Megaoctets qui s'échangent désormais régulièrement.

Avec son débit de 1 à 3 Mbps, le Bluetooth risque de se couper de certaines utilisations et perdre de son intérêt. Pour y remédier, le Bluetooth SIG a envisagé assez rapidement d'utiliser certains protocoles radio sur lesquels reposeraient le mode de communication Bluetooth.

Assez vite, une technologie particulière a retenu son attention : l' UWB ( Ultra Wide Band ), un protocole radio utilisant une modulation OFDM ( Orthogonal Frequency Division Modulation ) et capable d'atteindre des débits allant jusqu'à 480 Mbps à courte portée ( une dizaine de mètres ).

UWB Bluetooth
Positionnement du Bluetooth sur UWB

Ce Super Bluetooth ou Bluetooth 3.0 conserverait une rétrocompatiblité avec les versions antérieures du Bluetooth mais permettrait de coller aux usages du moment. Le Bluetooth SIG s'est donc rapproché des promoteurs de l' UWB. Mais rapidement, un problème est apparu : l' UWB est né dans la douleur et le groupe de travail IEEE chargé de sa standardisation n'a pas pu départager deux visions techniques différentes pour l'établissement d'un standard UWB.


Cap sur le protocole IEEE 802.11
Si le modèle OFDM s'est finalement imposé, c'est avec un certain retard, avec des conséquences en aval sur les fournitures de composants, avec des problèmes de performances et d'interopérabilité à résoudre. Face à cette situation faite d'incertitudes, le Bluetooth SIG a cherché des alternatives.

Et parmi elles, il est une technologie bien rodée dans l'industrie grâce à une large diffusion auprès du grand public : le protocole IEEE 802.11, utilisé dans les différentes variantes du WiFi. Bluetooth et WiFi sont fréquemment présents dans les équipements et fonctionnent de façon indépendante, et il suffirait d'utiliser la couche radio du second comme véhicule pour les transmissions du premier.

Pour éviter les problèmes de consommation d'énergie inhérents à la technologie WiFi, ce sont des usages discontinus qui sont imaginés, avec une activation uniquement à l'occasion de téléchargements de gros fichiers et mise en veille le reste du temps.

Il ne s'agirait donc pas d'une écoute passive continue, comme on l'a vu dans le fonctionnement classique du Bluetooth. Si l' UWB reste la voie choisie à long terme, une exploitation sur du 802.11 permettrait d'accélérer l'apparition d'un mode Bluetooth haut débit.

staccato_logoSi la question est à l'étude actuellement, les premiers tests en laboratoire ont mis en évidence des problèmes techniques à cette utilisation spéciale du Bluetooth sur couche WiFi. Staccato Communications a ainsi identifié des risques d'interférences avec les technologies du groupe IMT-2000 auxquelles appartiennent les réseaux 3G et le WiMAX.

Il semble donc que le Bluetooth 3.0 soit momentanément pris en tenaille entre les retards de livraison des chipsets UWB et les soucis techniques de la voie alternative du protocole IEEE 80.11.



ULP Bluetooth : un monde de capteurs
ULP Bluetooth 01Si le Bluetooth SIG cherche depuis plusieurs années à accroître les débits de sa technologie sans fil, un autre domaine offre également de sérieuses opportunités, du côté des équipements émettant de faibles quantités de données à intervalle régulier.

C'est le cas des capteurs médicaux ou de fitness, pour lesquels la faible consommation de la technologie Bluetooth est un avantage. Le marché présente d'énormes perspectives avec un fort développement de ces dispositifs. Et pour profiter de cette croissance, le Bluetooth SIG s'est trouvé un allié en Nokia qui a développé une technologie concurrente en 2006, le WiBree, un mode de transmission sans fil avec un débit de l'ordre de 1 Mbps maximum mais caractérisé par une consommation très faible.



ULP Bluetooth 02L'avantage du WiBree est qu'il consomme si peu que des capteurs peuvent fonctionner pendant des années avec une simple pile  bouton sans avoir à être rechargés. Mais plutôt que d'avoir à créer un écosystème autour de sa technologie WiBree et de tenter une adoption de force, en concurrence avec le Bluetooth SIG, le groupe de promotion du WiBree a finalement choisi de fusionner avec ce dernier et de profiter de son poids industriel pour répondre à un nouvel usage : l' ULP Bluetooth ( Ultra Low Power ).

Celui-ci doit anticiper le boom d'un certain type de capteur, notamment dans le domaine médical, pouvant suivre certaines constantes physiologiques chez les sujets à risque ou pour évaluer l'effort d'un sportif. Conjointement au développement de cette variante à faible consommation, le Bluetooth SIG a développé un profil d'utilisation spécial, dit MDP pour Medical Device Profile, qui doit apporter les garanties de sécurité du transfert sans fil de données à caractère médical.

Avec le Super Bluetooth, utilisant une protocole UWB ou IEEE 802.11, et l' ULP Bluetooth pour les transmissions à très faible consommation d'énergie, l'avenir du Bluetooth se prépare pour une vaste gamme d'usages et de débits, assurant les 9.000 membres du Bluetooth SIG de nombreuses opportunités à venir grâce à une vision cohérente et encadrée de cette technologie sans fil.


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Vos commentaires
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klez offline Hors ligne Héroïque avatar 598 points
Le #221921
Très bon dossier, merci !
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