Les protocoles Bluetooth ont été introduit en 1994 par la société Ericsson, et n’ont cessé de se développer depuis. Il est intéressant d’étudier leurs évolutions non seulement parce que celles-ci suivent ou précédent l’évolution des techniques mais aussi parce qu’elles étendent de manière quasi infinie le champ des possibles.
Ce qui était au début réservé à quelques développeurs, vous est aujourd’hui ouvert et vous permet de créer vos propres applications selon vos propres besoins.
Chaque version du protocole a introduit de nouvelles fonctionnalités, dont les applications sont visibles dans les produits que nous utilisons au quotidien.
Cet article est nécessaire parce que si nous commercialisons des cartes Bluetooth, et donnons la version utilisée, peu de nos clients sont en mesure d’utiliser la majeure partie des fonctions embarquées. Par ailleurs choisir une version plutôt qu’une autre est ce un bon choix ? Tout dépend réellement de ce que pourquoi vous l’utilisez.
Cet article est dédié à la version 5.2. D’autres articles sont à venir parce que les évolutions sont fréquentes et nombreuses. Aujourd’hui plus de 33.000 sociétés à travers le monde collaborent à l’élaboration de nouvelles fonctionnalités. A l’origine seules 5 sociétés s’étaient réunies dans le Bluetooth SIG.
En l’espace de 5 ans de 2012 à 2017 le nombre de sociétés participant au Bluetooth SIG a augmenté de 90% !
Nous utilisons une table ces matières pour vous permettre également de vous reporter directement à la partie qui vous intéresse, si la lecture complète vous semble nécessiter trop de temps.
Bluetooth Origine
Table Des matières
L’idée même à l’origine du Bluetooth est le désir de se libérer du câble reliant un périphérique, (une souris par exemple) à un appareil communiquant (ici l’ordinateur). Il faut donc créer un protocole de communication courte distance puisque l’utilisation première est en champ proche.
Ce protocole utilise des ondes radio mais ne doit pas interférer avec le wifi, même si par la suite on trouvera des cartes utilisant les deux fonctionnalités.
Jusqu’à la version 4.0, il n’existera qu’une seule sorte de Bluetooth la version classique dite (BR/EDR)
Bluetooth 5.2
Spécifications techniques
Le protocole 5.2 Bluetooth, présenté lors du CES 2020 de Las Vegas, ajoute 3 nouvelles fonctionnalités au Bluetooth :
- ISOC : canaux isochrones,
- LEPC : contrôle de puissance LE,
- EATT : protocole d’attribut amélioré
Ainsi que la prochaine génération d’audio Bluetooth : LE Audio.
La prochaine génération d’audio Bluetooth : LE Audio
Avant de couvrir plus en détail la fonctionnalité des canaux isochrones, évoquons LE Audio et ce que cela introduit tant pour les consommateurs que les développeurs.
Dès le début, la technologie Bluetooth s’est avérée être la solution incontournable pour l’audio sans fil. De nos jours, les appareils audio Bluetooth sont partout, des haut-parleurs sans fil et des systèmes d’info-divertissement du véhicule aux écouteurs et oreillettes sans fil. En fait, l’utilisation la plus courante du Bluetooth concerne les applications audio en streaming.
Traditionnellement, la radio Bluetooth utilisée pour ces applications est la radio Bluetooth d’origine communément appelée Bluetooth Classic ou BR/EDR (Basic Rate/Enhanced Data Rate) qui existait depuis la version 1.0 de la spécification. Le nouveau LE Audio, quant à lui, fonctionnait en Bluetooth Low Energy (BLE).
LE Audio accomplit non seulement les mêmes fonctionnalités et spécifications que Bluetooth Classic, mais introduit également quelques nouvelles fonctionnalités et améliore celles qui existent déjà.
Quelques points forts du nouveau LE Audio :
Introduit un nouveau codec audio haute qualité et basse consommation appelé « Low Complexity Communications Coded » (LC3).
LC3 offre une haute qualité même à des débits de données inférieurs à ceux du codec SBC standard utilisé dans les implémentations Bluetooth Classic.
Prend en charge plusieurs flux de données audio synchronisés. Cette caractéristique permet la mise en place d’écouteurs véritablement sans fil (flux audio synchronisés indépendants directement sur chaque écouteur : L & R) ainsi que la diffusion de flux audio vers plusieurs auditeurs.
Les capacités multi-flux prennent également en charge la diffusion de flux audio en plusieurs langues. Il permet également le partage de contenu audio, qu’il s’agisse d’un cas d’utilisation personnel tel que le partage avec des amis et la famille ou d’un cas d’utilisation basé sur la localisation tels que des lieux publics, des téléviseurs dans des gymnases ou des annonces publiques dans des aéroports.
L’une des principales applications qui bénéficieront de LE Audio sont les aides auditives Bluetooth. Les appareils auditifs nécessitent une consommation d’énergie faible et efficace. Pouvant utiliser BLE avec sa caractéristique de consommation d’énergie efficace, les aides auditives sont non seulement capables de durer plus longtemps sur une seule charge, mais les fabricants sont également en mesure de rendre ces appareils plus petits et plus discrets.
Gardez à l’esprit que la mise en œuvre de LE Audio dans des appareils de différents fabricants tout en assurant l’interopérabilité repose sur plusieurs profils LE Audio qui devraient être publiés dans la dernière partie de 2020.
Si vous recherchez la définition du mot « isochrone », vous constaterez que cela signifie « se produisant en même temps ». Dans le contexte de BLE, cela signifie prendre en charge (1) les transmissions de données sensibles au facteur temps et (2) le rendu synchronisé de ces flux de données sur plusieurs récepteurs. Comme nous l’avons mentionné précédemment, cette nouvelle fonctionnalité sert de base à LE Audio.
Il introduit un nouveau canal physique dans le BLE ( le canal physique isochrone (ISOC), qui peut être utilisé sur n’importe lequel des PHY LE : 1M, 2M PHY et LE codé PHY (y compris les configurations s=2 et s=8).
Communication orientée, connexion et sans connexion
ISOC prend en charge les communications orientées connexion et sans connexion. Dans la terminologie BLE, cela signifie que les connexions et les diffusions sont prises en charge.
Dans les connexions, chaque flux est appelé flux isochrone connecté (CIS). Lorsque les CIS doivent être synchronisés, comme ceux envoyés aux écouteurs gauche et droit, ils sont configurés pour faire partie d’un seul groupe appelé groupe isochrone connecté (CIG).
Les flux qui font partie du même CIG partagent des données de référence de synchronisation qui sont nécessaires pour le rendu de flux synchronisé sur plusieurs récepteurs. Les CIG permettent un transfert de données bidirectionnel, comme dans les écouteurs contenant des microphones et pour envoyer des données de contrôle à l’appareil source.
Notez qu’un appareil peut créer plusieurs groupes isochrones connectés.
Flux isochrones connectés (CIS) et groupes isochrones connectés (CIG)
Pour la communication sans connexion (diffusion), un groupe de flux synchronisés peut être utilisé pour diffuser des données d’une seule source vers plusieurs puits. Chaque flux est appelé flux isochrone de diffusion (BIS). Un groupe de BIS est appelé groupe isochrone de diffusion (BIG).
Un exemple : est un téléviseur diffusant des données audio vers plusieurs récepteurs, par exemple différentes personnes portant des écouteurs.
Tout comme dans le cas des CIG, un appareil peut créer plusieurs BIG.
Intervalle ISO
Le paramètre le plus important qui se rapporte à ISOC est l’intervalle ISO. Il définit l’intervalle auquel les événements se produisent. Chaque événement est divisé en plusieurs sous-événements.
L’intervalle ISO varie de 5 millisecondes à 4 secondes.
Dans la communication orientée connexion, dans chaque sous-événement, le maître enverra un paquet à l’esclave, et l’esclave répondra avec un paquet. Dans une communication sans connexion, cependant, seul le maître enverra un paquet dans chaque sous-événement. Dans ce cas, ces paquets peuvent être soit des données isochrones, soit des informations de contrôle diffusées.
Retransmissions
Les retransmissions de données sont prises en charge par les canaux isochrones, mais elles diffèrent entre la communication orientée connexion et la communication sans connexion. Dans le cas des flux isochrones diffusés, les retransmissions sont envoyées par le maître sans influence du ou des esclaves, et dans le cas des flux isochrones connectés, les retransmissions sont envoyées lorsqu’un esclave n’a pas accusé réception d’un paquet.
Notez également que les retransmissions sont envoyées sur des canaux différents de ceux du paquet d’origine afin de réduire le risque de perte ou de corruption de paquets.
2. Contrôle de puissance LE (LEPC)
Dans les communications sans fil, l’indicateur d’intensité du signal reçu (RSSI) peut être utilisé pour estimer la distance entre le récepteur et un émetteur si la puissance d’émission d’origine est connue du récepteur.
Les récepteurs sans fil ont une plage de puissance de signal reçu optimale. Une valeur supérieure ou inférieure à cette plage peut entraîner des problèmes de décodage du signal reçu, de sorte que le RSSI dans cette plage offre une meilleure qualité de signal.
Avec la nouvelle fonction LE Power Control (LEPC), un appareil de réception surveillant le niveau du signal (le RSSI) d’un appareil connecté peut demander une modification du niveau de puissance d’émission utilisé par son homologue dans les deux sens. Un émetteur peut également modifier volontairement la puissance d’émission et transmettre cette information au récepteur.
L’utilisation du LEPC et le maintien du RSSI dans la plage optimale du récepteur offrent quelques avantages, notamment :
- Meilleur contrôle de la qualité du signal.
- Réduire les taux d’erreur à la réception.
- Améliorer la coexistence avec d’autres signaux dans la bande 2,4 GHz, y compris ceux autres que Bluetooth (tels que Wi-Fi et Zigbee)
La prise en charge de cette fonctionnalité est facultative, mais si les deux appareils prennent en charge cette fonctionnalité, ils doivent l’utiliser pour le contrôle de la gestion de l’alimentation.
3. Protocole d’attribut amélioré (EATT)
Le nouveau Enhanced Attribute Protocol (EATT) est une version améliorée du Attribute Protocol (ATT) original.
Alors que le protocole d’attribut non amélioré d’origine fonctionne de manière séquentielle, le protocole d’attribut amélioré fournit un moyen d’effectuer des transactions simultanées/parallèles entre un client BLE et un serveur et de réduire potentiellement la latence des opérations dans certaines applications.
Par exemple, cela est utile sur un smartphone où plusieurs applications peuvent s’interfacer avec un appareil Bluetooth Low Energy. En utilisant EATT, la transaction Attribute d’une application ne serait pas bloquée pendant que la transaction ATT d’une autre application est en cours, permettant essentiellement à différentes applications d’interagir avec un appareil Bluetooth Low Energy en parallèle et réduisant potentiellement la latence.
Cela fonctionne en séparant l’unité de transmission maximale (MTU) de la couche L2CAP de la MTU de la couche attribut. Voici un exemple pour mieux visualiser cela :
Protocole d’attribut amélioré : ATT MTU contre L2CAP MTU
Si le MTU de la couche L2CAP est inférieur au MTU de la couche Attribut, la couche L2CAP divisera les PDU provenant de la couche Attribut (supérieure) en morceaux plus petits et entrelacera les morceaux PDU provenant de différentes applications.
Dans cet exemple, nous avons l’application A qui envoie une PDU supérieure à la taille de la MTU L2CAP, ce qui signifie qu’elle sera divisée en morceaux de tailles allant jusqu’à la MTU L2CAP. Cela permettra aux PDU de l’application A et de l’application B d’être entrelacées au lieu que la PDU de l’application B soit bloquée par la PDU de l’application B.
Les deux dernières choses à noter :
Le Enhanced Attribute Protocol est facultatif selon la spécification
Il nécessite le cryptage de la connexion entre les deux appareils Bluetooth Low Energy. Cela le rend intrinsèquement plus sûr que le protocole d’attribut non amélioré d’origine.
Bibliographie :
Liste des produits du site ywc.trade utilisant cette technologie :