Tout ce qu’il faut savoir sur le protocole BlueTooth™

Nous entrons dans l’ère de la connectivité globale : la technique de l’avenir nous fait miroiter la possibilité d’interconnecter, par la voie des ondes, presque tous les objets usuels du quotidien, à la maison, au travail et dans les loisirs. Les avantages ? Tous sont à découvrir, grâce au fameux système sans fil (pardon : "wireless" !) répondant au nom poétique de BlueTooth™ (la DentBleue)… Allez ! les mordus, embarquement immédiat pour le futur !





Si vous êtes en train de terminer un rapport sur votre "Notebook" (PC portable) et que vous vouliez le faire lire à quelqu’un, vous pouvez choisir entre l’imprimer et lui faire lire la feuille, l’enregistrer sur une disquette et la lui adresser ou bien, si vous êtes en réseau, habiliter l’accès de manière à lui permettre de prélever le fichier correspondant.

Toutes ces méthodes supposent une liaison physique ou un déplacement personnel. Mais, s’il était possible de créer une connexion sans fil, bien sûr par radio, de telle façon que l’autre personne puisse prélever tout de suite les données du rapport, ce serait l’idéal ! S’il existait une sorte de réseau local sans fil auquel tous les usagers répondant à certains critères puissent se connecter, quelle amélioration ce serait !

C’est, en tout cas, ce que se sont dits les chercheurs auxquels on doit, depuis quelques années, la conception et l’application d’un protocole d’émission fameux comme BlueTooth™, un système de connectivité globale permettant d’envisager la réalisation de liens à accès multiple, directs et automatiques, une sorte de réseau câblé entre ordinateurs… mais sans câbles !

Le concept BlueTooth™ est né en 1994 quand Ericsson Mobile Communication lança une campagne de recherches pour l’étude d’interfaces radio à faible consommation et faible coût, destinées à relier les téléphones portables au reste de l’univers numérique. Mais le consortium BlueTooth™ SIG (Special Interest Group) ne fut fondé qu’en 1998, sous la houlette d’Ericsson, avec l’appui de grands noms comme Nokia, Intel, Toshiba et IBM. Le standard est conçu pour permettre à une grande variété d’appareils électroniques (et pas seulement les téléphones portables) de s’interconnecter afin d’échanger des informations qui, sans BlueTooth™, devraient d’abord être converties pour être rendues compatibles.

Précisons que le nom BlueTooth™ vient de Harald Bluetooth, alias Blåtand en scandinave, nom d’un viking qui vécut au Danemark de 910 à 940 (quand je vous disais qu’on navigue en pleine poésie…). Pour l’honorer et le célébrer, la compagnie de téléphonie mobile suédoise Ericsson a décidé de baptiser cette nouvelle technologie sans fil (cela veut dire "wireless") BlueTooth™.

Donc BlueTooth™ n’est rien d’autre (mais ce n’est pas rien !) qu’un standard de communication commun à tous les appareils l’adoptant : c’est comparable à d’autres standards comme le RS232-C pour la communication sérielle par fil, ou comme le GSM pour le téléphone portable. Son originalité tient au fait que, à la différence des protocoles de communication particuliers, il est universel et il dote de fonctions et de commandes directes un groupe, une catégorie de dispositifs très large. L’innovation ne consiste donc pas en l’introduction d’un protocole nouveau, mais dans le fait qu’il s’agit d’un système d’émission/réception universel : en effet, les divers protocoles installés jusqu’ici ont toujours été réalisés pour un environnement spécifique. Par exemple, le système de télévision PAL pour la TV, le RS232-C, le RS422, le RS485 pour la communication sérielle entre élaborateurs et périphériques, le TCP/IP pour la gestion des réseaux locaux et globaux, le GSM pour les communications téléphoniques mobiles, etc.

En revanche (et c’est en cela qu’il y a nouveauté), BlueTooth™ propose comme objectif l’adoption d’une interface standard commune à des catégories très hétérogènes d’appareils électroniques : l’équipement de tout appareil avec une interface lui permettant d’interagir, de dialoguer avec ceux des autres catégories (conceptuellement étrangers et, partant, incompatibles, du moins en principe) afin d’échanger des informations ou d’accéder à des services déterminés et spécifiques de chacun.

Bien sûr, le but n’est pas d’éliminer les systèmes spécialisés ou les protocoles déjà existants : ceux-ci resteront pour que chaque appareil puisse travailler à l’intérieur de sa propre catégorie ; BlueTooth™ sera plutôt un super-standard, une sorte de bus commun pour accéder au monde extérieur.

Par exemple, les ordinateurs continueront à avoir leurs ports sériel et parallèle ainsi que leur connexion en réseau local (Ethernet ou Token-ring, que sais-je…) et ils s’interfaceront avec tous les périphériques internes et externes : mais, en plus, ils pourront envoyer ou recevoir des documents dans tous les formats (fichier texte, audiovisuel numérisé, etc.) en se connectant à des appareils avec lesquels il fallait auparavant interposer un système de communication entre eux et le monde extérieur.

Il sera donc possible (mais ce l’est déjà puisque des démonstrations dans ce sens ont été menées à bien) d’acquérir des images au moyen d’une télécaméra, ou des sons à partir d’une source BF, sans passer par une numérisation sur disque : par exemple, une télécaméra au standard Blue-Tooth™ pourra appeler un ordinateur doté d’une interface BlueTooth™ et lui envoyer des images numérisées !

Même chose pour les téléviseurs et enregistreurs vidéo (sur bandes ou disques de tous formats) : un téléviseur avec interface BlueTooth™ pourrait envoyer le programme qu’il reçoit directement à un ordinateur, ce qui permettrait de le visionner ou de le numériser en temps réel ; et l’enregistreur vidéo pourrait enregistrer sur cassette un montage audiovisuel élaboré par un ordinateur sans devoir recourir à un système de capture d’images et de conversion vidéo ni à un câble coaxial et à une prise SCART.

Un des domaines d’utilisation les plus vastes de BlueTooth™ restera sans doute le téléphone portable : il existe déjà un prototype d’auriculaire (pas le petit doigt mais l’écouteur qu’on met dans l’oreille… avec les vikings on ne sait jamais) sans fil qui se connecte par interface BlueTooth™ au portable, constituant un kit mains libres idéal. De plus, un portable pourrait être pourvu d’une base pour la maison reliée au réseau téléphonique filaire (comme un téléphone sans fil) : à l’intérieur de l’aire de couverture domestique le téléphone utiliserait le réseau filaire alors qu’à l’extérieur (de la maison ou de la propriété) il deviendrait un téléphone portable (mobile sans limite de couverture). Un hybride sans fil/portable en somme, mais un seul appareil pour deux usages. Une économie appréciable. En outre, ce même téléphone pourrait servir d’interphone : en effet, si nous devons appeler une personne au téléphone alors qu’elle se trouve tout près (dans l’aire de couverture de l’interface BlueTooth™) les deux appareils pourraient "décider" de communiquer en mode "voisinage " (ou courte portée) au lieu de passer par les relais du GSM. Un tel prototype est déjà en circulation : l’HBH-10 d’Ericsson, un téléphone portable devenant sans fil ou simple interphone radio et intégrant les fonctions SPP et GAP du standard BlueTooth™.

Mais ce ne sont là que quelques-unes des innombrables possibilités du standard BlueTooth™ : songez par exemple qu’un voyageur ayant en poche un classique Palm ou PDA (Personnal Digital Assistant, ou assistant numérique personnel), un PC de poche en somme, muni d’une interface Blue-Tooth™, pourrait communiquer avec tous les services d’un aéroport, pour peu que celui-ci soit également doté du standard BlueTooth™ (et pourquoi ne le serait-il pas ?), et embarquer sans avoir à faire aucune queue ni réservation ni paiement direct, etc.

Car son Palm se connecterait tout de suite à l’ordinateur de l’aéroport et ainsi l’usager n’aurait qu’à taper la destination et les options choisies avant de s’envoler vers son but dans les conditions voulues.

Un autre secteur d’application essentiel est constitué par la domotique, c’est-à-dire les automatismes domestiques, dont Jacques TATI s’est si joliment moqué dans son film “Play time” : appareils électroménagers, Hi-Fi intelligente, système de chauffage, reliés à l’ordinateur ou pouvant être surveillés et commandés par téléphone ; avec le standard BlueTooth™, ces interconnexions se feront sans fil !

Etant donnée l’ampleur d’utilisation de la technologie BlueTooth™, il est facile de comprendre qu’il ne s’agit pas d’une nouveauté circonscrite à un domaine restreint ou d’une sous-classe de gadget électronique à la mode. Il s’agit d’un avenir imminent, un futur proche qui fera très bientôt son entrée dans nos maisons et dans nos habitudes quotidiennes afin de simplifier nos usages et de nous rendre des services dont il y a peu nous n’aurions même pas oser rêver (toute ressemblance ironique avec la publicité d’un constructeur japonais, au demeurant fort sympathique, ne serait pas purement fortuite).



Figure 1 : Un standard de communication pour tout et pour tous.



Les motifs pour lesquels BlueTooth™ a été réalisé sont essentiellement doubles : globaliser les contrôles et la communication et concentrer en une seule bande radio les fonctions et les services actuellement dispersés en plusieurs zones éloignées du spectre hertzien. La nouveauté tient dans l’adoption d’un protocole standardisé (le TCP/IP, celui des réseaux locaux et d’Internet) avec lequel on puisse émettre et recevoir tout type d’information par radio sur 2,4 GHz. Une particularité de ces transmissions réside en ce qu’elles ont lieu brièvement, par l’envoi de courtes séquences de données, ce qui réduit le risque d’interférences par et vers d’autres systèmes opérant dans le même domaine de fréquence. L’utilité tient surtout dans le fait qu’un unique protocole permet d’interconnecter avec l’extérieur des systèmes hétérogènes, composés chacun d’appareils spécifiques homogènes entre eux : on peut donc dialoguer d’un réseau de PC vers une ligne téléphonique radiomobile, en utilisant un pont à interface BlueTooth™, ou se servir d’un téléphone portable avec une ligne téléphonique filaire accessible par la base d’un sans fil au standard BlueTooth™.

Tout cela grâce aux spécificités du protocole BlueTooth™ prévoyant des directives pour la transmission radio des données, des images et des sons ainsi que des commandes spécialement étudiées pour une vaste catégorie de produits.











Figure 2 : Les fréquences adoptées par le standard sans fil BlueTooth™.



Dans la plupart des pays, on compte 78 canaux mais en France et en Espagne, il y en a pour le moment seulement 22. L’utilisation d’appareils normaux est admise aussi dans ces deux pays bien que le protocole doive prévoir des algorithmes particuliers qui puissent limiter le saut de fréquence.



Figure 3 : Puissances en jeu.



Les étages d’émission de l’interface radio BlueTooth™ sont classés en trois catégories dont les caractéristiques sont précisées dans ce tableau. Notez que la puissance est toujours limitée à quelques milliwatts. Pour les dispositifs de classe 1, il est nécessaire de prévoir un limiteur de puissance maintenant l’émission en dessous de 0 dBm.



Figure 4 : Le module BlueTooth™ Ericsson.



Module radio de petites dimensions et à faible coût implanté dans les dispositifs BlueTooth™.



Figure 5 : Les catégories de produits pouvant accueillir l’interface BlueTooth™.



Les dispositifs aujourd’hui considérés comme les plus propres à l’implantation de la technologie BlueTooth™ sont principalement ceux dédiés à la téléphonie et au monde des ordinateurs qu’ils soient de bureau, portables ou de poche. Rien n’empêche que demain les appareils électriques de la maison aussi ne communiquent entre eux par BlueTooth™.



Figure 6 : Le protocole BlueTooth™.



Chaque dispositif identifie la présence des autres dans le voisinage.

Ainsi, quand on veut établir une communication, l’intéressé peut savoir si l’appel lui est destiné ou non et se comporter en conséquence.



Figure 7 : Exemples de technologie BlueTooth™.





Notes Pen : Stylo optique pour PDA ou table graphique mettant en application la technologie BlueTooth™.





Ericsson BlueTooth™ Handset : Un auriculaire sans fil Ericsson, micro et écouteur, pour le modèle T28.





BluConnect : Carte PCMCIA Blue-Tooth™ pour ordinateur de poche PDA.

Ou comment être connecté partout.



Figure 8 : Retenez bien ce logo et cette marque car, très probablement, BlueTooth™ sera, dans un proche avenir, le grand standard de communication entre périphériques électroniques.



Le protocole

Toutes ces applications sont possibles grâce à une interface ayant des propriétés bien particulières : BlueTooth™ est une liaison sans fil radio comprenant, pour chaque dispositif, un RTX (émetteur/récepteur) opérant sur la fréquence de 2,4 GHz, dans la bande universellement reconnue comme "Instrumentation Scientific and Medical" (ISM), gamme de libre accès et donc utilisable partout le monde sans aucune taxe de concession.

En Europe, aux Etats-Unis et dans une bonne partie du monde (Japon, etc.), les fréquences de travail sont comprises entre 2 400 et 2 483,5 MHz (les canaux correspondants sont disposés entre 2 402 + 0 et 2 402 + 78 MHz).

Actuellement, en France on travaille entre 2 446,5 et 2 483,5 MHz sur 22 canaux allant de 2 454 + 0 à 2 454 + 22 MHz. En Espagne, on travaille entre 2 445 et 2 475 MHz sur des canaux s’étendant de 2 449 + 0 à 2 449 + 22 MHz. Ces deux pays ont annoncé la compatibilité, à brève échéance, des bandes qu’ils utilisent avec les standards voisins (ce que demande Blue-Tooth™ SIG aux autorités française et espagnole) et donc, bientôt en Europe, les interfaces émettront et recevront sur les mêmes fréquences. Ainsi, l’usager sera gagnant puisqu’il pourra un jour partout dans le monde emporter avec soi et utiliser ses propres appareils mobiles BlueTooth™.

Pour éviter saturation et interférences sur les canaux, la puissance d’émission est très faible (quelques milliwatts), ce qui implique une portée réduite à 10 mètres environ. Par contre, l’effet bénéfique de cette faible puissance d’émission concerne la santé : c’est important à un moment où les pouvoirs publics mettent l’accent (surtout auprès de la jeunesse) sur les dangers des téléphones portables laissés en permanence à la ceinture, c’est-à-dire près des organes reproducteurs des messieurs et du foetus des femmes enceintes (rappelons que l’importance de la nécrose des tissus due à l’exposition à une source HF est directement proportionnelle à la fréquence, à la puissance apparente rayonnée et au temps d’exposition ; et inversement proportionnelle à la distance séparant la source et lesdits tissus).

Chaque communication se fait selon le protocole TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), soit le même que celui adopté par les réseaux locaux ou globaux : Internet, justement. Chaque flux de données est composé de "packets" (lots ou segments) plus courts que ceux qu’on trouve dans les appareils standards travaillant dans la bande ISM : cela, en vue d’obtenir la plus grande insensibilité possible aux perturbations hertziennes et, par conséquent, une sécurité maximum de communication, sécurité élevée grâce à l’adoption de la technique de "Frequency Hopping" (saut de fréquence). Cette dernière permet aux interfaces radio Blue-Tooth™ de se déplacer en fréquence sur plusieurs canaux quand une communication a été instaurée et ce, afin de réaliser le verrouillage sur la fréquence la moins perturbée.

Quand les standards BlueTooth™ auront été largement diffusés, il y aura beaucoup de transmetteurs émettant dans la même gamme en même temps au même endroit ! La possibilité de rechercher automatiquement le canal le moins perturbé permet à deux dispositifs de poursuivre leur communication sans entrer en conflit avec d’autres.

Bien sûr, l’attribution du canal se fait en fonction de plusieurs paramètres.

Par exemple, si deux appareils dialoguent et que d’autres entrent en communication, les derniers arrivés sur la fréquence rechercheront automatiquement une autre fréquence libre. Le risque d’arriver à la saturation des canaux, à l’impossibilité de connecter deux dispositifs, n’est ni plus ni moins probable que celui, pour deux téléphones portables, de ne pas pouvoir s’interconnecter à cause de la saturation momentanée du réseau. En effet, il est difficile d’imaginer des appareils utilisant dans la même aire de couverture, toutes les fréquences d’une gamme.

Si une paire d’appareils en communication est plus éloignée et que, donc, leurs signaux arrivent à une autre paire affaiblis par la distance, cette dernière paire peut tout de même utiliser la fréquence car l’interférence en résultant pour les deux paires ne sera pas rédhibitoire.

Autre particularité du protocole Blue-Tooth™, l’adoption de la technique "Fast Acknowledgment", c’est-à-dire de reconnaissance rapide des terminaux.

En bref, chaque dispositif identifie le voisinage des autres, de telle manière que, quand il faut instaurer une communication, l’intéressé identifie si l’appel lui est adressé ou non.

Du point de vue du matériel, chaque interface BlueTooth™ intègre un émetteur/récepteur radio de faible puissance et un processeur, c’est-à-dire une unité de contrôle gérant l’émission/réception des signaux vocaux et des données numériques, aussi bien en mode "point-to-point" (deux dispositifs dialoguant exclusivement entre eux) qu’en mode multipoint (un dispositif dialoguant avec plusieurs autres). A l’intérieur d’un appareil qu’elle équipe, l’interface BlueTooth™ communique le long d’une sorte de bus très rapide permettant le transport de données à la vitesse des réseaux locaux d’aujourd’hui et donc aussi des appareils audiovisuels échantillonnés en temps réel.



La situation actuelle

Pour diffuser la technique BlueTooth™, de grands constructeurs de composants et de semiconducteurs se sont déjà mis à l’oeuvre pour préparer des circuits intégrés spécifiques, des puces d’interface pour réaliser la partie radio ou le processeur de contrôle.

Parmi ceux-ci citons le LMX3162, un émetteur/récepteur complet opérant dans la bande des 2,4 GHz, de National Semiconductor. Du même constructeur, on trouve un contrôleur de liaison ("link-controller") LMX5001 (processeur en bande de base). Tous deux ont été développés déjà en 1999.

Philips aussi a mis sur le marché des puces intéressantes, le BGB100, le UAA3558 et le PCD85550, destinés à des applications "plug and play" pour ordinateur. Il a aussi récemment développé des amplificateurs "single chip" (monopuce) pour interface radio, le BGA2450 et le UAA3591.

Sur le marché, on trouve encore peu d’appareils équipés de l’interface Blue-Tooth™, mais ils sont tout de même en nombre significatif : ce sont des téléphones portables Ericsson et Nokia, apparus dès Noël dernier. On trouve aussi des PC portables et des Palms (ordinateurs de poche) pourvus d’une interface BlueTooth™, déjà sur le point d’envahir le marché grand public. Les kits de développement non plus ne manquent pas : ils sont composés d’interfaces et de logiciels à utiliser avec un PC ou dans d’autres applications de communication avec des dispositifs existants. Un exemple ? le "Wireless Development System 2.0" de Silicon Wave contient un modem radio Blue-Tooth™ (SiW1501) et un "link-controller" (contrôleur de liaison) : c’est le SiW1601.

Après ce petit tour d’horizon, vous en savez un peu plus sur ce qui sera très probablement le système d’interconnexion sans fil des années à venir.

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