La technologie Bluetooth a révolutionné les communications sans fil entre appareils grâce à ses caractéristiques omniprésentes et simples. Elle permet aux appareils de communiquer sans câble tout en maintenant des niveaux de sécurité élevés. En raison de sa faible puissance et de son faible coût, Bluetooth a joué un rôle central dans l’évolution des applications, des dispositifs automobiles à grande vitesse aux dispositifs médicaux complexes.
La facilité et l’acceptation mondiale de la technologie Bluetooth signifient que tout appareil compatible Bluetooth peut se connecter à d’autres appareils situés à proximité immédiate grâce à un processus connu sous le nom d’appairage. L’appairage permet aux appareils d’établir une communication full duplex en transmettant des données et de la voix par le biais de réseaux ad hoc à courte portée, appelés piconets, qui peuvent relier jusqu’à huit appareils. Un appareil sert d’appareil maître, tandis que les autres appareils du réseau/piconet sont des appareils esclaves. Le dispositif maître agit comme un concentrateur, et les dispositifs esclaves communiquent par l’intermédiaire du dispositif maître afin de communiquer entre eux. Une autre caractéristique importante de la technologie Bluetooth est son utilisation du saut de fréquence pour réduire l’impact des interférences.
Les capacités de duplex intégral de la technologie Bluetooth offrent aux utilisateurs des fonctionnalités innovantes telles que la connexion d’un téléphone avec une enceinte musicale Bluetooth, la prise d’appels au volant d’une voiture, la connexion de deux ordinateurs portables pour le partage de fichiers et la connexion d’une console de jeu avec un contrôleur de jeu Bluetooth, pour ne citer que quelques cas d’utilisation.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy est la version intelligente et économe en énergie de la technologie sans fil Bluetooth. Elle joue déjà un rôle important dans la transformation des gadgets intelligents en gadgets plus intelligents, en les rendant compacts, abordables et moins complexes.
Bluetooth Low Energy, également commercialisé sous le nom de Bluetooth Smart, a débuté dans le cadre de la spécification de base Bluetooth 4.0. Initialement conçu par Nokia sous le nom de Wibree avant d’être adopté par le Bluetooth Special Interest Group (SIG), son objectif initial était de fournir une norme radio avec la plus faible consommation d’énergie possible, spécifiquement optimisée pour un faible coût, une faible bande passante, une faible puissance et une faible complexité.
Ces objectifs de conception sont évidents à travers la spécification de base, qui tente de faire de la BLE une véritable norme basse consommation, conçue pour être réellement mise en œuvre par les fabricants de semi-conducteurs et utilisée dans des applications du monde réel économes en énergie avec un budget minimal. C’est déjà une technologie largement adoptée qui peut revendiquer de manière réaliste de fonctionner pendant une période prolongée avec une seule pile à monnaie.
Bien que BLE soit une technologie supérieure en soi, ce qui a poussé son taux d’adoption phénoménal est qu’il s’agit de la bonne technologie, avec les bons compromis, au bon moment. Pour une norme relativement jeune, le nombre de conceptions de produits qui intègrent déjà BLE la place largement en tête des autres technologies sans fil au même stade de leur cycle de sortie.
Les défis auxquels Bluetooth classique était confronté étaient l’épuisement rapide de la batterie et la perte fréquente de la connexion, nécessitant un appairage et un réappairage fréquents. Le fait de pouvoir les résoudre avec succès est l’une des raisons de la croissance rapide de BLE. La croissance phénoménale des smartphones, des tablettes et de l’informatique mobile est un autre facteur d’adoption. L’adoption précoce et active du BLE par les poids lourds de l’industrie mobile a ouvert la voie à une mise en œuvre plus large du BLE. Cela a à son tour poussé les fabricants de semi-conducteurs à engager leurs ressources limitées dans la technologie qui leur semblait la plus susceptible de prospérer à long terme.
Alors que les marchés des mobiles et des tablettes sont devenus de plus en plus matures, le besoin de connectivité entre le monde extérieur et ces appareils présente un énorme potentiel de croissance. Il offre aux vendeurs de périphériques une occasion unique de développer des appareils innovants qui résolvent des problèmes dont les consommateurs ne se rendent peut-être même pas compte qu’ils ont aujourd’hui. De nombreux avantages ont convergé autour de la technologie BLE, créant ainsi une opportunité pour les concepteurs de produits petits et agiles d’accéder à un marché potentiellement massif avec des produits créatifs, innovants et adaptés à des tâches spécifiques, et ce avec un budget de conception relativement modeste. Le BLE permet également à ces développeurs de concevoir dès aujourd’hui des produits viables qui peuvent parler à n’importe quelle plateforme mobile moderne à l’aide de puces, d’outils et de normes faciles d’accès.
Caractéristiques
1. La plus faible consommation électrique
Tout, de la conception physique aux modèles d’utilisation, est conçu pour maintenir la consommation électrique au minimum. Pour réduire la consommation d’énergie, un appareil BLE est maintenu en mode veille la plupart du temps. Lorsqu’un événement se produit, l’appareil se réveille et un court message est transféré à une passerelle, un PC ou un smartphone. La consommation électrique maximale/crête est inférieure à 15 mA et la consommation électrique moyenne est d’environ 1 μA. La consommation d’énergie active est réduite à un dixième de la consommation d’énergie du Bluetooth classique. Dans les applications à faible cycle d’utilisation, une pile bouton pourrait fournir 5 à 10 ans de fonctionnement fiable.
2. Économique et compatible
Pour offrir une compatibilité avec la technologie Bluetooth classique et une rentabilité pour les petits appareils fonctionnant sur batterie, il existe deux types de puces :
- Technologie bi-mode avec à la fois la fonctionnalité BLE et Bluetooth classique
- Technologie BLE autonome optimisée pour les petits appareils fonctionnant sur batterie avec pour objectif un faible coût et une faible consommation d’énergie
3. Robustesse, sécurité et fiabilité
La technologie BLE utilise la même technologie de saut de fréquence adaptatif (AFH) que la technologie Bluetooth classique. Cela permet à BLE d’obtenir une transmission robuste dans les environnements RF » bruyants » que l’on trouve dans les applications domestiques, industrielles et médicales. Pour minimiser le coût et la consommation d’énergie de l’utilisation de l’AFH, la technologie BLE a réduit le nombre de canaux à 40 canaux de 2 MHz de large au lieu des 79 canaux de 1 MHz de large utilisés avec la technologie Bluetooth classique.
4. Coexistence sans fil
La technologie Bluetooth, le réseau local sans fil, l’IEEE 802.15.4/ZigBee et plusieurs radios propriétaires utilisent la bande ISM (Industrial Scientific Medical) de 2,4 GHz sans licence. Avec autant de technologies partageant le même espace radio, les interférences peuvent diminuer les performances sans fil (c’est-à-dire augmenter la latence et diminuer le débit) en raison de la nécessité de corriger les erreurs et de retransmettre. Dans les applications exigeantes, il est possible de réduire les interférences en planifiant les fréquences et en concevant des antennes spéciales. Comme la technologie Bluetooth classique et la technologie BLE utilisent toutes deux l’AFH, qui minimise les interférences avec les autres technologies radio, la transmission Bluetooth est robuste et fiable.
5. Plage de connexion
La technologie BLE présente une modulation légèrement différente de la technologie Bluetooth classique. Cette différenciation de modulation offre une portée allant jusqu’à 300 mètres avec un chipset radio de 10 dBm (maximum BLE).
6. Facilité d’utilisation et d’intégration
Un piconet BLE est généralement basé sur un maître connecté à un certain nombre d’esclaves. Un appareil est soit un maître, soit un esclave, mais jamais les deux. Le maître contrôle la fréquence à laquelle les esclaves sont autorisés à communiquer, et l’esclave ne communique que sur demande du maître. L’une des nouvelles caractéristiques de la technologie BLE par rapport à la technologie Bluetooth classique est la fonctionnalité de « publicité ». Grâce à cette fonctionnalité, un appareil faisant office d’esclave peut annoncer qu’il a quelque chose à transmettre au maître. Un message d’annonce peut également inclure un événement ou une valeur de mesure.
Détails techniques
- Transferts de données – BLE prend en charge des paquets de données très courts (8 octets minimum jusqu’à 27 octets maximum) qui sont transférés à 1 Mbps. Toutes les connexions utilisent un classement avancé de type sniff-sub pour atteindre des cycles d’utilisation ultra-bas afin de maintenir la consommation d’énergie au minimum.
- Saut de fréquence – BLE utilise l’AFH commun à toutes les versions de la technologie Bluetooth pour minimiser les interférences avec les autres technologies de la bande ISM 2,4 GHz. Des avantages efficaces en matière de trajets multiples augmentent les budgets de liaison et la portée opérationnelle effective, tout en optimisant la consommation d’énergie.
- Contrôle de l’hôte – BLE place une quantité importante d’intelligence dans le contrôleur. Cela permet à l’hôte de dormir pendant de plus longues périodes et d’être réveillé par le contrôleur uniquement lorsque l’hôte doit effectuer une action quelconque. Cela permet de réaliser les plus grandes économies de courant puisque le processeur hôte consomme généralement plus d’énergie que le contrôleur BLE.
- Latence – BLE peut prendre en charge l’établissement de la connexion et le transfert de données en aussi peu que 3 ms. Cela permet à une application d’établir une connexion et de transférer des données authentifiées en quelques millisecondes seulement pour une courte rafale de communication avant de déchirer rapidement la connexion.
- Portée – Un indice de modulation accru permet une portée maximale pour le BLE de plus de 100 mètres.
- Robustesse – BLE utilise un CRC fort de 24 bits sur tous les paquets pour assurer une robustesse maximale contre les interférences.
- Sécurité forte – Le cryptage complet AES-128 utilisant CCM fournit un cryptage et une authentification forts des paquets de données afin que les communications soient sécurisées.
- Topologie – BLE utilise une adresse d’accès de 32 bits sur chaque paquet pour chaque esclave, ce qui permet de connecter des milliards d’appareils. La technologie est optimisée pour les connexions un à un tout en permettant des connexions un à plusieurs en utilisant une topologie en étoile.
Applications
En raison de son déploiement omniprésent dans les appareils portables, le BLE permet des applications entièrement nouvelles dans tous les secteurs. Par exemple, considérez les différentes façons dont le BLE peut être utilisé lors d’un salon professionnel pour accroître l’efficacité de l’investissement d’une entreprise dans la rencontre de nouveaux clients :
1. Gamification – Le BLE peut être utilisé pour encourager les participants à explorer les zones moins populaires d’un stand de salon professionnel en leur offrant des récompenses spéciales pour avoir découvert des balises placées stratégiquement dans ces zones.
2. Sponsoring – Exploitez les balises pour obtenir des revenus supplémentaires en poussant des notifications qui incitent les participants à vérifier le stand le plus proche lorsqu’ils passent dans une certaine zone du site du salon professionnel. Il peut s’agir d’un service premium proposé aux sponsors.
3. Cartographie thermique – Grâce à l’accès à des statistiques en temps réel, les beacons peuvent reconnaître les points chauds et envoyer des alertes aux gestionnaires d’événements sur les endroits qui sont surpeuplés et plus sujets à des failles de sécurité.
4. Diffusion de contenu – Les participants peuvent éviter la longue attente pour obtenir une copie des diapositives de la présentation par e-mail. Les balises BLE peuvent reconnaître les participants à une session et livrer automatiquement des diapositives, des livres électroniques et d’autres documents collatéraux pendant ou immédiatement après la session.
5. Enregistrement automatique – Les organisateurs d’événements peuvent facilement recueillir des informations sur le nombre de personnes participant à un événement ou à un salon professionnel et consulter leurs profils en temps réel en mettant en place des balises pour simuler des enregistrements à l’entrée du lieu de la conférence. Cela ne nécessite aucune interaction manuelle de la part des utilisateurs. Si un utilisateur a téléchargé l’application et activé le Bluetooth sur son appareil mobile, l’application procédera automatiquement à l’enregistrement dès que l’utilisateur entrera dans le lieu de la conférence.
Un écosystème mature est déjà disponible pour le développement BLE. Les développeurs ont accès à une large gamme de puces et de modules qui peuvent accélérer le développement matériel et logiciel des appareils compatibles BLE. Par exemple, Cypress propose son processeur PSoC 4 BLE basé sur le cœur ARM Cortex-M0 qui intègre des entrées analogiques, une logique numérique, CapSense et une radio Bluetooth LE pour une approche BLE sur une seule puce. Pour les équipementiers préférant un module entièrement intégré, le module PRoC EZ-BLE de Cypress est un module BLE certifié et programmable de 10×10×1,8 mm conçu pour une facilité d’utilisation et un délai de mise sur le marché réduit construit autour de la puce PRoC BLE de Cypress.
For more details on how to design with BLE see:
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