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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
[email protected] - [email protected]
http://odalid.com - http://esirem.u-bourgogne.fr
Merci de votre attention !