Types de protocoles sans fil

Les signaux sans fil sont l'une des options de communication les plus utilisées, de vos stations TV et radio locales à votre téléphone portable. Certaines des technologies sans fil les plus cruciales, celles qui font tourner votre internet domestique et le nombre croissant d'objets connectés sur l'Internet des Objets (IdO), sont régies par une gamme de protocoles sans fil. Selon leur usage, leur portée peut être de plusieurs kilomètres à seulement quelques centimètres.

Options internet à large zone

Si vous n'habitez pas dans une zone desservie par les fournisseurs internet classiques, vos options se limitaient traditionnellement au RTC ou au satellite, ni l'un ni l'autre n'étant très performant pour le contenu internet riche moderne. La technologie sans fil peut combler ce fossé de plusieurs façons, offrant un service là où il ne serait pas disponible autrement.

Service domestique par LTE

Dans les zones où le câble et la fibre ne sont pas économiques, la même technologie LTE qui fournit la couverture internet sur votre mobile peut être exploitée pour fournir l'internet sans fil aux utilisateurs domestiques. Elle peut être délivrée via le réseau cellulaire existant par les grands opérateurs ou par des fournisseurs indépendants qui installent leurs propres antennes. Les vitesses varient selon les fournisseurs, la technologie 4G actuelle offrant des vitesses jusqu'à 100 Mbps, tandis que la future technologie 5G pourrait théoriquement atteindre 10 Gbps.

Internet par ligne de visée

Les services internet par ligne de visée utilisent une version haute puissance du Wi-Fi conventionnel, qui transmet son signal de point à point à l'aide d'antennes hautement directionnelles. Comme il concentre son signal sur un point précis, ce service est moins susceptible d'interférer avec d'autres appareils et peut utiliser un signal de puissance plus élevée qui serait autrement illégal selon les réglementations FCC. Les vitesses sont typiquement jusqu'à 25 Mbps, acceptable pour la plupart des usages sans être idéal.

Internet pour appareils sur de larges zones

Avec l'essor de l'Internet des Objets et sa horde d'appareils intelligents et semi-intelligents, il faut aussi une technologie sans fil capable de fonctionner avec un grand nombre de ces appareils basse consommation sur de vastes zones urbaines et suburbaines. La technologie LTE peut convenir, bien que sa consommation soit relativement élevée. Une technologie concurrente est le protocole Long-Range Wide Area Network ou LoRaWAN avec une portée de quelques kilomètres en zone urbaine et jusqu'à trois fois plus en zone suburbaine moins dense.

IEEE et le protocole Wi-Fi

Comme beaucoup de choses électriques, la technologie sans fil chez vous repose sur des spécifications de l'Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Dans ce cas, la spécification s'appelle 802.11, et elle a été mise à jour au fil des ans pour refléter — et encourager — les améliorations technologiques. Ces changements sont décrits en ajoutant des lettres comme g, n ou ac après le numéro. Pour simplifier, ces variations sont appelées wireless g, wireless n, wireless ac, etc.

Guide rapide des réseaux sans fil

Votre Wi-Fi domestique s'appelle proprement réseau local sans fil ou WLAN, mais la plupart l'appellent juste Wi-Fi. Un réseau Wi-Fi tourne autour d'un dispositif central, appelé point d'accès, assurant la communication bidirectionnelle avec chaque appareil connecté. Chaque appareil a besoin d'une carte d'interface réseau sans fil (NIC) pour communiquer avec le point d'accès. Les protocoles sans fil varient largement en portée et performance et s'améliorent à chaque génération.

Bande 2,4 GHz vs 5 GHz

La plupart des communications Wi-Fi se font dans deux bandes de fréquences radio distinctes : 2,4 GHz et 5 GHz. Ces bandes sont peu réglementées et utilisées pour divers appareils grand public, des babyphones aux téléphones sans fil. Elles excellent dans des domaines différents. Les fréquences 5 GHz transportent plus de données plus vite, mais celles en 2,4 GHz ont une plus longue portée et traversent mieux les murs. Historiquement, 2,4 GHz a été plus utilisé, ce qui signifie que les fréquences 2,4 GHz sont plus encombrées et sujettes aux interférences.

Premiers Wi-Fi avec Wireless A et B

Les premières versions de la spécification 802.11 Wi-Fi à atteindre le marché étaient wireless a et b, standardisées à la fin des années 90 et devenues produits réels au début des années 2000. Chacune utilisait une bande différente. Wireless b utilisait la bande 2,4 GHz, capable de 11 Mbps et 45 mètres de portée. Wireless a utilisait la bande 5 GHz avec un débit jusqu'à 54 Mbps, mais une portée de seulement 7 à 22 mètres. La meilleure portée et le coût relativement bas du Wireless b en ont fait le plus populaire des deux.

Wi-Fi grand public avec Wireless G

Le premier protocole Wi-Fi à avoir un large succès grand public fut 802.11g ou wireless g. Il utilisait la même bande 2,4 GHz que wireless b, compatible avec l'ancien matériel, mais à 54 Mbps offrait des performances comparables aux réseaux wireless a. Cela suffisait pour la plupart des utilisateurs domestiques, et wireless g fut hugely popular pendant la première décennie des années 2000.

Performance améliorée avec Wireless N

Le Wi-Fi devenant plus utile et populaire, les utilisateurs avaient besoin de meilleures performances pour le streaming vidéo et autres applications exigeantes. La spécification 802.11n, arrivée en 2009, y a répondu avec d'importants ajustements techniques, principalement autour des antennes Multiple-Input Multiple-Output ou MIMO, permettant des vitesses jusqu'à 300 Mbps. Elle offrait aussi le bonding de canaux, l'option d'utiliser des canaux séparés pour le trafic montant et descendant, ce qui augmentait le débit potentiel — en théorie — à 600 Mbps. Elle utilisait les fréquences 2,4 et 5 GHz, compatible avec wireless a, b et g.

Wireless AC monte d'un cran

La spécification wireless ac, de 2014, a affiné cette technologie via la technologie multi-user MIMO ou MU-MIMO. Cela fournit des vitesses de base jusqu'à 433 Mbps par canal, et avec le bonding de canaux, il est théoriquement possible d'avoir des vitesses réseau bien dans le gigabit, soit des milliers de Mbps. Wireless ac opère uniquement en bande 5 GHz, mais de nombreux fabricants incluent aussi du circuitry wireless n pour garder leurs routeurs compatibles avec wireless b, g et n.

Protocoles sans fil à usage spécial

Il existe quelques protocoles 802.11 qui ne servent pas aux réseaux Wi-Fi à usage général, mais aux communications spécifiques appareil-à-appareil. Wireless ad, par exemple, utilise la bande 60 GHz et est très rapide — potentiellement jusqu'à 6,7 Gbps — mais sur une portée de seulement 3 à 3,5 mètres. Il est idéal pour les situations nécessitant un haut débit entre appareils proches. Wireless ah, aussi appelé Wi-Fi HaLow, utilise la bande 900 MHz inférieure pour fournir une portée étendue avec un débit limité à 347 Mbps max. Il vise à fournir des signaux longue portée pour appareils basse consommation comme électroménagers intelligents et applications IdO.

Wireless AX arrive bientôt

La demande de meilleures performances Wi-Fi ne va pas disparaître — bien au contraire — donc une nouvelle spécification IEEE arrive sur le marché. Elle s'appelle wireless ax et utilise de l'astuce numérique pour augmenter le débit. Elle double la largeur de chaque canal sans fil disponible et permet aux signaux d'utiliser juste les portions de chaque canal dont ils ont besoin, rendant le système plus efficace. Elle offre jusqu'à quatre fois la portée et six fois la performance de wireless ac, en théorie, et — important pour l'IdO — supporte bien plus d'appareils simultanément.

Changement de marque Wi-Fi

Bien que les spécifications Wi-Fi soient définies par les ingénieurs IEEE, le terme "Wi-Fi" et le logo appartiennent au Wi-Fi Alliance, un consortium de fabricants. Les ingénieurs sont contents avec lettres et chiffres, mais les services marketing préfèrent la simplicité. C'est pourquoi le Wi-Fi Alliance a annoncé un nouveau branding, renommant wireless n en Wireless 4, ac en Wireless 5, et ax en Wireless 6. Ce système de numérotation, utilisé pour tout, des téléphones aux franchises de films, devrait être plus facile à retenir pour les consommateurs.

Protocoles sans fil orientés appareils

Tous les protocoles sans fil ne visent pas à couvrir de grandes zones ou fournir des communications étendues. Certains des plus utiles sont des normes courte portée pour aider les appareils basse consommation à interagir. Ils affectent comment vous interagissez avec un ordinateur, téléphone ou autres appareils, ou comment les appareils se parlent directement.

Communications par radiofréquence directe

Parmi les formes les plus simples de technologie sans fil, on trouve la souris et clavier sans fil standards, qui n'utilisent pas de protocole formel. Ils transmettent directement sur une fréquence radio prédéfinie. Les anciens appareils utilisaient 27 MHz, aussi utilisé pour les jouets radiocommandés. Portée faible mais parfait pour appareils partageant un bureau. Les versions récentes utilisent la bande 2,4 GHz et fonctionnent plus loin, pratique si vous êtes loin d'un grand écran.

Bluetooth est plus polyvalent

Les appareils RF ont besoin de leur propre récepteur, mais Bluetooth non, ce qui le rend plus polyvalent. Bluetooth repose sur une autre spécification IEEE, 802.15.1, décrite pour les réseaux personnels. Ces réseaux visent à remplacer fils et câbles autour d'une personne ou d'un espace de travail. Bluetooth est utilisé dans ce type de réseau car il se connecte de façon fiable, consomme peu d'énergie, et supporte jusqu'à huit appareils simultanément.

Comment fonctionne Bluetooth

Bluetooth connecte les appareils sur une tranche de la bande 2,4 GHz. Lors du premier jumelage, les appareils créent un code de sécurité unique comme une poignée de main secrète. Après le jumelage, ils se reconnectent automatiquement ensuite sans configuration supplémentaire. Le débit de données Bluetooth est relativement faible, donc il sert surtout pour périphériques d'entrée/sortie : souris, claviers, enceintes, microphones et casques.

Bluetooth Low Energy

La faible consommation a toujours fait partie de la spécification Bluetooth car les appareils sans fil sont par nécessité sur batterie, mais même le Bluetooth standard consomme trop pour certaines applications. Une version révisée, Bluetooth Low Energy ou BLE, s'adresse à ce segment en réduisant bande passante et portée pour réduire la consommation d'énergie. Fréquemment utilisé dans les bracelets fitness et montres connectées, avec un potentiel pour l'IdO aussi.

Communications en champ proche

Near-Field Communications, ou NFC, est le protocole sans fil à la plus courte portée. Il opère sur quelques centimètres seulement, avec des puces très basse consommation. Vous le connaissez comme la technologie des apps de paiement sans contact : Apple Pay, Google Pay, Samsung Pay. Il est aussi très utilisé dans les badges d'accès et applications similaires.

Protocoles sans fil pour l'IdO

D'autres protocoles émergent pour répondre aux besoins des appareils intelligents individuels et de l'Internet des Objets collectivement. Ce ne sont pas grand public, mais les produits qu'ils permettent le sont. Parmi les plus notables :

• Thread : Ce protocole est entré dans le portefeuille de Google quand il a acheté le leader de la domotique Nest. Basé sur le standard IEEE 802.15.4, il est utilisé dans les détecteurs de fumée et appareils d'automatisation Nest. D'autres vendeurs peuvent l'utiliser pour être compatibles avec l'écosystème Nest.
• Zigbee et Zigbee Pro : Opèrent sur les bandes 2,4 GHz et 900 MHz et peuvent potentiellement supporter des milliers d'appareils simultanément sur un site. Contrairement à Thread, Zigbee est soutenu par un consortium de centaines de fabricants.
• ZWave et ZWave Plus : Autre protocole important pour l'IdO, ZWave est similaire à Zigbee mais conçu pour être plus simple et moins coûteux à implémenter. Il opère sur les bandes 800 et 900 MHz, offrant bonne portée et moins d'interférences que 2,4 GHz. Créé par l'entreprise danoise Zensys, il a maintenant un large soutien des fabricants.
• MQTT : Message Queue Telemetry Transport est conçu pour les appareils basse consommation et faible débit comme des capteurs relativement "bêtes", qui n'ont pas besoin du débit requis pour les appareils IdO interactifs "intelligents".