ESIREM - CM1 Les systèmes de communication sans fils : Les réseaux personnels : Bluetooth, IrDA et...

Les systèmes de communication sans fils CM1

Les réseaux personnels : Bluetooth, IrDA, Zigbee, etc...

Présentation

Ingénieur InfoTronique 2006

ODALID société créée en 2009

ODALID conçoit, développe et commercialise des systèmes novateurs RFID, NFC et contactless.

http://odalid.com

Qu'est ce qu'un système de communication sans fils ?

Les différents types de réseaux

Les différents types de réseaux

• PAN : Personal Area Network

~ quelques mètres autour de l'usager

Ex : Bluetooth, IrDA HAN : Home Area Network

~ 10 mètres autour d'une station relais

Ex : Zigbee, Home RF

• LAN : Local Area Network (WLAN pour Wireless)

~ quelques dizaines de mètres, centaines de mètres

Ex : DECT, IEEE 802.11

• WAN : Wide Area Network

~ quelques centaines / milliers de km

Ex : GSM, GPRS, UMTS, CDMA, Satellites

Infrarouge IrDA Réseau différent des autres réseaux

Longueur d'onde entre 850 – 900nm (en général 870 nm) Contrainte : visibilité directe (exemple télécommande TV)

IrDA : Comment ça marche ? Réseau personnel : très courte portée ~ 1 mètre Hauts débits : jusqu’à 4 Mbit/s Faible coût, large diffusion dans tous les périphériques

• Création d'un standard : Infrared Data Association (IrDA)

IrDA : Comment ça marche ?

Faible consommation → fonctionnement sur batterie

• IrDA Standard Controller

IrDA : Comment ça marche ?

Transeiver Optic composer d'une LED et d' une photo DIODE pour une communication bidirectionnel

Communication half-duplex

IrDA : Comment ça marche ?

Qualité de la transmission va dépendre de la qualité de la diode émettrice

IrDA : Comment ça marche ?

• Deux périphériques doivent prendre chacun un rôle (couches basses uniquement) :

• Primary station CLIENT : initie la communication par une« command frame» et contrôle le flux entre les deux équipements

• Secondary station SERVER : ne répond que lorsqu’on l’interroge

• Personne ne transmet plus de 500ms

IrDA : Hardware Design

IrDA : Software Design

Driver : Interface entre microcontrôleur et la stack

Framer : Prépare la couche IrLAP pour la transmission donnée (modulation, octet de contrôle)

IrLAP (Infrared Link Access Protocol) : effectue le transfert de données entre périphériques

IrLMP (Link Management Protocol) : Multiplexage et couche pour la découverte réseau

TinyTP : Contrôle de flux sur les connexions IrLMP

IrDA : Software Design

CLIENT

Initialise la Stack

Recherche communication avec le server

While()

Échange de donné

Close communication

SERVER

Initialise la Stack

While()

Attente que le client soit connecté

Échange de donné

Close communication

Le nom « Bluetooth » est directement inspiré du roi danois Harald Ier

surnommé Harald Blatand (« homme à la dent bleue »),

Le logo de Bluetooth, est d'ailleurs inspiré des initiales en alphabet runique du Futhark récent de Harald Blatand : (Hagall) ( ) et ᚼ(Bjarkan) ( ).ᛒ

Le bluetooth a été conçu pour remplacer les câbles entre l'ordinateur et ses périphériques.

Aujourd'hui Bluetooth tente d'unifier l'ensemble des constructeurs et leurs appareils électroniques grâce à un nouveau standard de communication sans fil.

Ordinateur Souris ; Claviers ; Manette de jeux vidéo ; Téléphone portable ; Kit mains libre ; …

Bluetooth

Protocole de communication à 2,402Ghz - > 2,48Ghz sur 79 canaux chaque canal est séparé d'1 Mhz norme IEEE 802.15.1

Débit 1 Mbit/s low power (30 mA connected, < 10 mA sniff mode) Avec une puissance de communication

Bluetooth : Fonctionnement ?

Principalement utilisé en classe 2

Classe Puissance Portée

1 100 mW (20dBm)

100 m

2 2,5mW (4 dBm)

10 à 20 m

3 1mW (0dBm) Quelques mètre

Pico réseau (piconet) mini réseaux qui se créent de façon automatique entre les périphériques.

1 maitre peut administrer 7 esclaves « actifs » 255 esclaves  « parked »

Bluetooth : Fonctionnement ?

Inter-réseau Bluetooth (scatternet) plusieurs esclaves

Les périphériques « esclaves » peuvent avoir plusieurs « maîtres »

=> les différents piconets peuvent donc être reliés entre eux

Bluetooth : Fonctionnement ?

Carte électronique qui réalise la conversion entre une interface Serie (usb, UART etc)

Bluetooth : Hardware ?

Les antennes

Bluetooth : Hardware ?

Bluetooth : Principe Firmware ?

La bande de base (baseband) Chaque périphérique dispose d'une adresse (Bluetooth Device

Address) qui est codée sur 48 bits Gère les différents types de communication entre les appareils. Les

connexions établies entre deux appareils Bluetooth peuvent être synchrones ou asynchrones, ces connexions sont appelées « Liens Logiques » (Logical Link).

Les liens SCO (Synchronous Connection-Oriented) ; les liens ACL (Asynchronous Connection-Less).

Couche matérielle

Couche matérielle

Couche logicielle

Le contrôleur de liaisons (LC)

encode et décode les paquets bluetooth selon la charge utile et les paramètres liés au canal physique, transport logique et liaisons logiques.

Le gestionnaire de liaisons (LM)

crée, gère et détruit les canaux L2CAP pour le transport des protocoles de services et les flux de données applicatives. Il utilise le protocole 2CAP pour interagir avec son homologue sur les équipements distants

Cette couche gère les liens entre les périphériques « maîtres » et « esclaves » ainsi que les types de liaisons (synchrones ou asynchrones).

C'est le gestionnaire de liaisons qui implémente les mécanismes de sécurité comme :

L'authentification,le pairage (l'association),la création et la modification des clés et le chiffrement.

SDP : signifie « Service Discovery Protocol ». Ce protocole permet à un appareil Bluetooth de rechercher d'autres appareils et d'identifier les services disponibles. Il s'agit d'un élément particulièrement complexe de Bluetooth.

OBEX : signifie « Object Exchange ». Ce service permet de transférer des objets grâce à OBEX, protocole d'échange développé pour l'IrDA.

Couche logicielle

Faible coût initial ; Synchronisation des réseaux ad hoc ; Puce radio de faible puissance ; Angle de connexions ; Réception des communications de données et de voix

Avantages

Zigbee

Distance de communication relativement faible, fiabilité est assez élevée, le prix de revient faible, consommation considérablement réduite.

On retrouve donc ce protocole dans des « environnements embarqués » où la consommation est un critère de sélection.

Zigbee

Ainsi, la domotique et les nombreux capteurs et télécommandes qu’elle implémente apprécie particulièrement ce protocole en plein essor et dont la configuration du réseau maillée se fait automatiquement en fonction de l’ajout ou de la suppression de nœuds. On retrouve aussi ZigBee dans les contrôles industriels, les applications médicales, les détecteurs de fumée et d’intrusion et dans la télécommande de la freebox v6.

Les nœuds sont conçus pour fonctionner plusieurs mois (jusqu’à dix ans pour les plus économes) en autonomie complète grâce à une simple pile alcaline de 1,5 V.

Zigbee

IEEE 802.15.4

Trois fréquences de communication

2.4 GHz (channels 11-26) 250 kbps

915 MHz (channels 1-10) 40 kbps

868 MHz (channel 0) 20 kbps

Longueur max des packets est 127 octets avec 16 bits de CRC

Zigbee

STAR NETWORK CONFIGURATION

CLUSTER TREE TOPOLOGY

MESH NETWORK

MESH NETWORK

Protocole

Protocole

Zigbee : Hardware

Zigbee : Caractéristiques

Synthèse

Bluetooth IrDA Zigbee

IEE 802.15.1 802.15.4

Autonomie avec pile

Mois Années Années

Débits 1 Mb/s 4 Mb/s 250 kb/s

Nombre de noeuds

7 1 65 000+

Porté 50 m 1 m 1000 m-1500 m

ODALID – PAST ESIREM

Vincent Thivent

Tél M. : +33 (0)6 25 51 28 85

vincent.thivent@odalid.com - vincent.thivent@u-bourgogne.fr

http://odalid.com - http://esirem.u-bourgogne.fr

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