Bluetooth 5 : est-ce la révolution tant attendue ?

Johan Gautreau
Expert objets connectés
27 janvier 2020 à 17h39
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Bluetooth 5

Le Bluetooth est partout dans nos appareils connectés : smartphones, casques audio, smartwatches, etc... La dernière évolution en date, soit le Bluetooth 5, est souvent décrite comme une véritable révolution. Mais est-ce vraiment le cas ? Entre mythe et réalité, voici un petit décodage des vrais avantages et inconvénients du Bluetooth 5.

Il y a de fortes chances que vous utilisiez au quotidien un smartphone équipé d'une puce Bluetooth 5. Peut-être aussi avez-vous investi de l'argent dans un casque audio utilisant la même technologie. Et votre poignet ? Il est probablement orné d'une smartwatch avec le Bluetooth 5.

Mais savez-vous que seulement une partie de ces équipements tire vraiment avantage de ce système de transmission sans-fil ? Comme vous allez le découvrir dans ce dossier, il existe beaucoup de mythes sur le Bluetooth 5, principalement propagés à coups de grandes campagnes marketing par les constructeurs. Un petit coup de projecteur sur ses réelles possibilités s'impose donc.

Histoire du Bluetooth

Le Bluetooth est une norme de communication sans-fil utilisant des ondes radio à courte portée. Il fonctionne sur les fréquences comprises entre 2.4 GHz et 2.483 GHz. Son but est de simplifier la communication entre appareils électroniques en supprimant les câbles.

Les origines de cette norme remontent à 1994. C'est le spécialiste suédois des télécommunications Ericsson qui crée la première ébauche de cette norme qui réside maintenant dans tous les appareils de notre quotidien.

En 1998, Ericsson est rejoint par d'autres constructeurs comme Intel, IBM et Nokia. Ils forment alors le Special Interest Group ou SIG. Ce groupe va dès lors décider des spécifications de la norme pour son avenir.

Il faudra attendre 1999 pour voir la commercialisation du premier téléphone avec puce Bluetooth, le T39 du constructeur Ericsson. Dans le même temps, le SIG s'agrandit avec de grands noms comme Microsoft et Motorola.

Ericsson T39

C'est en 2010 que le Bluetooth subit une évolution des plus importantes avec l'apparition d'une variante Low Energy dans la version 4.0. Cette nouvelle norme vise avant tout les objets connectés alors en plein boom.

Le Bluetooth 5 fait quant à lui son apparition en 2016. Il est décrit comme une révolution par de nombreux constructeurs, en particulier du côté de l'audio. Malheureusement, c'est loin d'être le cas dans les faits, même si cette version a clairement de beaux avantages.

Pour l'anecdote, le mot Bluetooth - qui signifie “dent bleue” - est inspiré d'après le surnom du roi danois Harald Blatand, traduit en anglais par Harald Bluetooth. Ce dernier avait unifié les tribus danoises sous son règne, tout comme le Bluetooth vise à unifier les communications entre appareils électroniques.

Bluetooth Classic et Bluetooth LE

Depuis le Bluetooth 4.0, on distingue deux modes de fonctionnement pour le Bluetooth. Il est important de bien faire la distinction entre eux afin de mieux appréhender les avantages du Bluetooth 5.

Il y a d'un côté le Bluetooth Classic, aussi connu sous le nom BR/EDR. C'est le fonctionnement qu'on connait depuis les débuts de cette norme de communication. Le mode Classic est adapté aux envois de données en continu. Casques audio, manettes de jeu, claviers et souris sans-fil utilisent ainsi ce mode de transmission.

La révision 4.0 du Bluetooth a introduit un nouveau mode de fonctionnement, le Low Energy. Celui-ci vise avant tout les objets connectés qui doivent envoyer de petits paquets de données et consommer peu d'énergie.

Contrairement au Bluetooth Classic, le Low Energy ne nécessite pas un appairage obligatoire de type maître/esclave pour fonctionner. Ce comportement a ainsi permis la création de réseaux maillés grâce au Bluetooth Mesh où les appareils communiquent entre eux même en cas de coupure de l'un des leurs.

Bluetooth Mesh

Bluetooth Classic et Low Energy sont donc totalement différents. Nos smartphones actuels fonctionnement toutefois en Dual Mode. Il s'agit d'une puce Classic qui intègre en son sein une seconde puce dédiée au mode Low Energy.

Pour y voir plus clair, un petit exemple : le casque audio Sony WH-1000XM3 se connecte au smartphone via le Bluetooth Classic. Mais tant que vous n'utilisez pas la musique, les réglages depuis l'application se font avec la partie Low Energy. Le basculement d'un mode à l'autre est totalement transparent pour l'utilisateur.

Et la compatibilité avec les autres versions du Bluetooth ? Pas d'inquiétude à avoir de ce côté-là. Le Bluetooth 5 est rétro-compatible avec ses ancêtres. Vous pouvez ainsi utiliser sans problème un casque audio avec une puce Bluetooth 4.0 sur votre smartphone en Bluetooth 5. Aucun souci non plus pour utiliser un vieux PC doté du Bluetooth 3.0 et une souris en Bluetooth 5. L'appareil utilisant la version la plus récente sera juste restreint aux limitations du protocole le plus ancien, mais la transmission se fera sans aucun problème entre vos deux appareils électroniques.

Bluetooth 5 : une belle évolution, mais pas pour l'audio

Il y a de fortes chances que vous ayez entendu parler du Bluetooth 5 dans le cadre de l'audio. Nombre de constructeurs mettent en avant l'utilisation d'une puce de ce type dans leurs casques sans-fil, permettant une meilleure stabilité du signal et une portée jusqu'à quatre fois supérieures.

Sauf qu'il n'en est rien.

En effet, les appareils audio s'appuient sur le Bluetooth Classic. Ce mode n'a malheureusement subi aucune évolution avec l'arrivée du Bluetooth 5. En fait, le profil audio A2DP utilisé sur les casques sans-fil n'a pas changé depuis des années, sa dernière version datant de 2015. Que vous utilisiez du matériel en Bluetooth 3.0, 4.0, 4.1 ou 5 ne changera rien à la qualité d'écoute.

casque Sony

La seule évolution mineure du Bluetooth 5 Classic réside dans le système SAM - pour Slot Availability Mask - qui permet de réduire une partie des interférences dues aux réseaux WiFi en 2.4 GHz, téléphonie en LTE et autres signaux Bluetooth à proximité.

Dès lors, pourquoi ne pas passer par le Bluetooth Low Energy ? Tout simplement car il n'existe pas de profil audio dédié à ce mode. Comme nous l'avons vu précédemment, l'audio nécessite un flux constant de données, ce que ne permet pas le mode LE qui lui s'appuie sur de très brefs envois de petits paquets.

La bataille de l'audio sans-fil est-elle donc perdue d'avance ? Pas du tout. Il faudra juste s'armer d'un peu de patience. Le groupement SIG a en effet présenté au CES 2020 la future évolution du Bluetooth, nommée Bluetooth Audio LE. Ce futur standard apparaîtra avec la version 5.2 du Bluetooth d'ici 2021.

Un protocole orienté vers les objets connectés

Le Bluetooth 5 apporte bien des évolutions. Ces dernières se font toutefois sur la partie Low Energy consacrée aux objets connectés. C'est ici qu'entrent en jeu les fameuses histoires de portée augmentée par quatre et de débits doublés. Mais comme vous allez le voir, il y a là aussi quelques légendes urbaines à démystifier.

Rentrons un peu dans les détails de la pile Bluetooth. Une “pile” en informatique correspond à un empilement de couches logicielles et matérielles qui décrivent le fonctionnement d'un système. Le modèle le plus connu est OSI. Le modèle Bluetooth en est dérivé, mais conserve les mêmes bases : une couche physique, une couche liaison, une couche application... Le schéma ci-dessous représente la pile Bluetooth.

Pile Bluetooth

Chaque passage par une couche ajoute des informations aux paquets qui passent par elles. Pour le Bluetooth 5, c'est la couche physique - nommée PHY - qui subit des évolutions majeures. Cette nouvelle version de la norme ajoute ainsi deux variantes à la couche PHY de base déjà présente dans le Bluetooth 4.0. Ces couches sont nommées LE 1M, LE 2M et LE Coded. La couche PHY LE 1M est la seule qui doit être obligatoirement implémentée par les constructeurs dans leurs puces Bluetooth 5. Les LE 2M et LE Coded sont optionnelles. Ce sont pourtant ces deux nouvelles variantes qui apportent le plus d'intérêt au Bluetooth 5.

Par défaut, la couche PHY LE 1M est présente depuis le Bluetooth 4.0. Elle permet des débits théoriques de données jusqu'à 1 Mbps, au niveau le plus bas de la pile. En sortie de votre appareil, le débit sera moindre, chaque couche ajoutant des informations à la précédente.

La nouvelle couche LE 2M double le débit d'émission, ce qui permet d'envoyer plus de paquets sur une même période de temps. En réalité, le débit n'est pas multiplié par 2, mais par 1.7. La raison en revient à l'intervalle de temps entre chaque paquet qui reste le même qu'en Bluetooth 4.0. Autre inconvénient : l'usage de la couche LE 2M réduit la portée de transmission. Là où la couche LE 1M enverrait un signal à 10 mètres, la variante LE 2M n'enverra ce même signal qu'à 8 mètres. La raison d'être de la couche - optionnelle - LE 2M est de gérer les données toujours plus importantes envoyées par les objets connectés comme les smartwatches avec ECG par exemple.

google smartwatch

Mais penchons-nous maintenant sur la seconde couche optionnelle apportée par le Bluetooth 5. Nommée LE 2M Coded, celle-ci a pour but d'allonger la distance de transmission jusqu'à quatre fois celle de la couche LE 1M. Attention, comme le précise la documentation officielle du Bluetooth 5, la “portée” du signal signifie ici la portée maximale exploitable. Techniquement, Blutooth 4.0 et 5 ont la même puissance d'émission. Mais grâce à la couche LE 2M Coded, le signal exploitable portera plus loin que celui envoyé par la couche LE 1M.

Le secret de cette augmentation de portée réside dans l'emploi d'un nouveau mode de correction des erreurs nommé FEC. Ce système de contrôle couplé au classique CRC - une méthode de détection des erreurs - permet ainsi de diminuer drastiquement les pertes dans un signal ou du moins de le corriger correctement lors de son arrivée auprès du récepteur. Le revers de la médaille est cependant une vitesse d'émission diminuée de 2 à 8 fois par rapport à celle de la couche LE 1M.

Pour avoir une idée des changements apportés par ces nouvelles variantes de la couche PHY au sein du Bluetooth 5, voici un tableau tiré de la documentation officielle. On voit bien que les deux variantes sont optionnelles. Il est aussi clairement indiqué que pour une portée efficace supérieure on perd en vitesse d'émission. Inversement, une vitesse plus grande diminue la portée.

Couches Bluetooth

Advertising Extensions : le Bluetooth au service du marketing ?

Le Bluetooth 5 est capable de gérer 8 fois plus de données par paquets que le Bluetooth 4.0. Une belle avancée qui ne concerne cependant qu'un fonctionnement très particulier nommé Advertising. Celui-ci ne fonctionne d'ailleurs qu'avec le Bluetooth Low Energy.

L'Advertising n'est pas une nouveauté de la révision 5, il était déjà présent sur la norme dans sa version 4.0. Il fonctionne en broadcast, c'est-à-dire que l'émetteur envoie des données sans viser un récepteur précis : n'importe quel récepteur peut capter le signal envoyé. C'est un fonctionnement particulièrement utile pour les balises qui émettent en permanence des informations, comme dans des magasins ou des aéroports. Vous passez à portée et pour peu que vous ayez accepté de recevoir des infos via une application dédiée, votre smartphone vous affichera la communication envoyée par la balise via Advertising. Les téléphones Android utilisent par exemple Google Nearby alors qu'Apple a son iBeacon, mais la France reste assez frileuse face à ce type d'usage.

Bluetooth Beacon

Ce mode particulier utilise trois des quarante canaux radio dévolus au Bluetooth LE, à savoir les numéros 37, 38 et 39. Chaque canal a une largeur de 2 MHz. Mais là où le Bluetooth 4.0 se contentait de paquets de 37 octets - dont 31 seulement de charge utile - le mode Advertising Extensions du Bluetooth 5 monte à 255 octets de données.

Ce bond en avant est permis par un fonctionnement revisité des canaux vus précédemment. Ainsi, les paquets d'en-tête - qui contiennent les informations nécessaires au transit des données d'une couche à une autre - sont gérés par les canaux 37, 38 et 39. La partie donnée d'une trame est quant à elle négociée par l'un des 37 canaux restants, soit de 0 à 36.

Nous n'entrerons pas plus dans les détails, vous aurez compris que l'Advertising reste un usage très précis du Bluetooth 5. Mais sachant que d'ici 2021 les experts prévoient le déploiement de plus de 500 millions de balises dans le monde, on comprend le besoin qu'a eu le SIG d'appuyer sur ce point. La publicité de proximité sera probablement celle qui profitera le plus du Bluetooth 5 avec le mode Advertising.

Conclusion

Comme nous l'avons vu tout au long de ce dossier, les mythes et légendes sur le Bluetooth 5 sont loin de refléter la réalité. Cette norme n'apporte ainsi rien de plus pour l'écoute musicale sans fil, coincée qu'elle est depuis des années avec un profil audio archaïque. Il faudra attendre le fameux Bluetooth Audio LE qui sera intégré au sein de la version 5.2 pour vraiment profiter de grosses évolutions dans la partie audio.

Le Bluetooth 5 n'est toutefois pas à jeter, loin de là. Il apporte de réelles évolutions dans le domaine des objets connectés, bien que ces dernières soient en majorité optionnelles. Les constructeurs qui jouent le jeu peuvent ainsi profiter de débits améliorés de presque deux fois ou alors d'une portée efficace plus élevée grâce au FEC. Autant d'évolutions qui améliorent grandement l'efficacité de nos montres connectées, capteurs domotiques et autres objets connectés du quotidien.

Le monde du marketing de proximité pourrait aussi être bouleversé par cette norme grâce au mode Advertising destiné aux balises. Si ces appareils restent encore peu répandus dans notre quotidien, ils ne vont cesser de se multiplier dans les années à venir. Le Bluetooth 5 a donc de beaux jours devant lui !

Source 1 : Documentation officielle SIG
Source 2 : Audio du Village
Source 3 : Headphone Review
Source 4 : Wikipedia
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