Ultra Wideband : quel rôle joue-t-il dans l'iPhone 11 ?
Les appareils Ultra Wideband (UWB) ou à bande ultra-large et les dispositifs IoT promettent des services de localisation plus précis ainsi qu'un accès sécurisé à une multiple quantité de systèmes. La technologie, qui existe depuis des années, a été intégrée dans les derniers iPhone.
La puce U1, qui équipe certains des iPhone d'Apple sortis cette année, offre une connectivité à bande ultra large (UWB). Combinée à l'Internet des objets (IoT), l'UWB peut permettre d'offrir un nombre très important de services aux entreprises et aux consommateurs. Comme l'a déclaré Apple, la technologie UWB apporte une « conscience spatiale », c'est-à-dire la capacité pour un téléphone de reconnaître son environnement et les objets qui s'y trouvent. Ainsi, avec un iPhone 11, un utilisateur peut transférer via AirDrop un fichier ou une photo en pointant son mobile vers un autre iPhone UWB. Même si la technologie n'est pas nouvelle, c'est la première fois que l'UWB est intégré dans un smartphone.
Ultra Wideband : de quoi parle-ton ?
UWB est un protocole de communication sans fil à courte portée qui utilise les ondes radio, comme le Bluetooth ou le WiFi. Mais avec une légère différence : l'IT fonctionne à une très haute fréquence. Comme son nom l'indique, l'UWB utilise également un spectre large de plusieurs GHz. On peut le comparer à un radar balayant en permanence une pièce entière et qui se fixerait précisément sur un objet, comme un rayon laser, pour le localiser et échanger des données.
Au début des années 2000, l'UWB a été un peu utilisé dans les radars militaires et les communications secrètes, et la technologie a été brièvement utilisée dans des applications d'imagerie médicale, notamment des systèmes de surveillance cardiaque à distance. Mais son adoption restait limitée, jusqu'à ce que des fournisseurs lui trouvent des utilisations potentielles. Selon Phil Solis, directeur de la recherche chez IDC, « la principale application de l'UWB se situe dans la localisation et la découverte de dispositifs ». Même si le WiFi et le Bluetooth ont été améliorés pour permettre une plus grande précision dans la localisation d'autres appareils et la connexion à ceux-ci, l'UWB est technologiquement plus précis, consomme moins d'énergie et, à mesure que la production de puces UWB augmentera, son prix sera plus abordable.
Comme l'a précisé M. Solis, les principaux fournisseurs de smartphone, à savoir Samsung, Apple et Huawei, sont tous impliqués dans des projets UWB et dans la production de puces et d'antennes. Mais Apple est le premier à déployer réellement la technologie dans un mobile. Samsung, mais aussi Xiaomi, NXP, Sony, Bosch et d'autres, font également partie du Consortium FiRa (Fine Range) engagé dans le développement de l'écosystème UWB, qui utilise comme base la norme IEE 802.15.4/4x existante pour les communications sans fil à faible débit de données.
Fonctionnement de l'UWB
Un émetteur UWB fonctionne en envoyant des milliards d'impulsions (à l'origine on qualifiait l'UWB de « fréquence radio à impulsions ») sur la fréquence à large bande. Un récepteur traduit ensuite les impulsions en données en écoutant la séquence d'impulsions envoyée une fois toutes les deux nanosecondes environ par l'émetteur, ce qui permet une précision en temps réel. La bande ultra large consomme très peu d'énergie, mais la largeur de bande (500 MHz) est idéale pour transmettre une grande quantité de données depuis un dispositif hôte vers d'autres dispositifs situés à moins de 10 mètres de distance environ. Cependant, contrairement au WiFi, l'UWB passe mal à travers les murs. « Comme la fréquence de l'UWB est très élevée, elle est aussi très visible », a expliqué Jack Gold, analyste principal chez J. Gold Associates. « L'avantage, c'est que la technologie offre une large bande passante, ce qui lui permet de transmettre beaucoup de données. Si vous transmettez un signal de 60 GHz sur une bande de 500 MHz de large... Et si vous multipliez cela par le nombre de canaux, vous avez alors une très large bande », a encore expliqué l'analyste.
L'ajout à la norme d'un système d'antenne distribué MIMO (entrées et sorties multiples) pour les réseaux à courte portée permet d'augmenter la portée et la fiabilité de la réception de l'UWB. Il est possible d'intégrer ces antennes dans un smartphone ou d'autres appareils comme un bracelet ou une clé intelligente. Quand un smartphone doté de l'UWB (comme le dernier iPhone) s'approche d'un autre appareil UWB, les deux mesurent leur distance exacte en « temps de vol » (ToF). Ces mesures sont utilisées pour calculer le temps aller-retour des paquets d'authentification défi/réponse.
Sécurité renforcée à venir
Selon le Consortium FiRa, l'UWB basé sur la norme IEEE 802.15.4a peut déterminer la position relative des appareils appariés dans un périmètre pouvant atteindre 200 mètres. Pour en faire une « technologie de pointe sécurisée », le Consortium est en train d'ajouter une extension de sécurité spécifiée dans la norme IEEE 802.15.4z. En fonction de l'usage, le suivi des objets ou la localisation des appareils par exemple, l'un des appareils UWB calcule l'emplacement précis d'un autre objet compatible UWB, comme des clés de voiture ou une télécommande tombées entre les coussins du canapé. (Au cas où l'appareil exécute un service de géolocalisation en intérieur, l'appareil compatible UWB doit connaître son emplacement relatif par rapport aux « ancres » UWB fixes et calculer sa position sur une carte de zone).
D'après Phil Solis d'IDC, par rapport au Bluetooth et au WiFi, l'UWB présente un avantage en termes de précision et de sécurité, et cet avantage peut être exploité dans de nombreuses applications. Par exemple, on peut utiliser un appareil compatible UWB pour déverrouiller une voiture, exactement comme le ferait une clé FOB, ou permettre l'entrée dans la zone sécurisée d'un bâtiment. Ou encore, un smartphone ou une montre compatible UWB peuvent permettre d'accéder à un compte de bande via un DAB. « Cela servirait essentiellement de système de contrôle de sécurité supplémentaire », a déclaré M. Solis. « Ou alors, le mobile pourrait servir de carte de débit. Apple envisage peut-être d'exploiter l'UWB pour apporter un niveau de sécurité supplémentaire au NFC utilisé pour l'Apple Pay ». L'UWB pourrait aussi permettre de déjouer les attaques par relais, ou man-in-the-middle, qui permettent à des acteurs malveillants d'intercepter puis de stocker des messages d'authentification entre deux dispositifs, comme une clé FOB et un véhicule par exemple. Le signal du dispositif UWB permettrait d'ignorer tous les autres dispositifs dans une zone donnée.
Usages possibles de l'UWB
Apple a breveté l'utilisation de l'UWB avec des balises (appelées iBeacon par le constructeur). Ces petits capteurs alimentés par batterie peuvent être fixés à des objets et diffusent un signal qu'un dispositif UWB actif peut ensuite utiliser pour estimer la distance qu'il peut y avoir entre deux objets, jusqu'à quelques centimètres, pour les services de localisation. Par exemple, un aéroport ou un centre commercial équipé d'un réseau de balises pourrait surveiller la progression d'un piéton dans le bâtiment et lui proposer des choix de trajets en temps réel vers une destination. En septembre, l'annonce par Apple de l'UWB était très anodine, signalant simplement que la technologie était intégrée à l'iPhone 11 et gérée par iOS 13.1. Le constructeur avait déclaré qu'AirDrop fonctionnerait mieux grâce à des « suggestions d'orientation ». Essentiellement, les appareils UWB permettent aux utilisateurs de localiser d'autres appareils autour d'eux et de les cibler pour transférer un document via AirDrop. « C'est exactement ce qu'ils essaient de faire », a encore déclaré M. Gold. « Le périphérique informe l'utilisateur qu'un ami se trouve à trois degrés à sa gauche, et que telle personne se trouve juste derrière lui, de ne rien envoyer à cette personne et d'envoyer ses fichiers uniquement à son ami », a ajouté M. Gold. « De ce point de vue, l'UWB offre sans doute une méthode de transmission de données entre téléphones sur courte distance beaucoup plus sécurisée, car la technologie peut dire exactement où se trouve l'autre appareil compatible UWB ».
Rôle de l'UWB dans l'iPhone 11
La puce U1 développée par Apple permet aux trois modèles d'iPhone 11 de transmettre des données en utilisant le service de transfert de fichiers AirDrop à une distance similaire à celle du Bluetooth. Si le service AirDrop peut fonctionner en Bluetooth et en WiFi, la puce U1 est bien plus spécifique : au lieu d'afficher la liste de destinataires possibles pour transmettre un fichier, le propriétaire d'iPhone 11 peut pointer son téléphone vers un autre iPhone 11, et seul celui-ci apparaîtra dans sa liste pour transmettre le fichier. Il est possible qu'Apple envisage demain de transformer l'iPhone en une sorte de clé FOB. Selon Debra Spitler, vice-présidente du développement commercial, le Consortium FiRa pense que l'UWB va transformer les expériences de connectivité dans l'IoT et l'industrie automobile. Dans un premier temps, le FiRa va concentrer ses efforts sur trois cas d'usage principaux : (1) le contrôle d'accès mains libres ; (2) les services de localisation ; et (3) les applications de dispositif à dispositif (pair-à-pair). Ces catégories recouvrent elles-mêmes six domaines : la maison et les entreprises intelligentes, les villes et la mobilité intelligentes, le transport intelligent, la consommation, la vente au détail intelligente, l'industrie 4.0 et la santé. « À l'origine, l'UWB était destinée à la communication à haut débit pour les données multimédias. Pour faire de l'UWB une « technologie de télémétrie », il sera nécessaire de créer un tout nouvel écosystème », a déclaré le FiRa par courriel.
Zoom sur la feuille de route de l'UWB
Les membres du Consortium FiRa sont convaincus que la capacité de l'UWB à sécuriser les communications sur courte distance dépend d'un écosystème interopérable, holistique et interconnecté. Pour réussir, l'UWB devra garantir :
- L'interopérabilité entre plusieurs appareils et la mise en place de programmes de conformité et de certification ;
- Une collaboration étroite avec d'autres organisations industrielles comme l'IEEE, la WiFi Alliance, le Car Connectivity Consortium (CCC), et d'autres encore. Le Consortium FiRa se concentrera sur les cas d'usage de l'UWB utilisant le spectre 6 à 9 GHz disponible ;
- L'adhésion d'entreprises capables d'apporter un savoir-faire éprouvé en matière d'écosystème, ayant des positions de leader dans les marchés verticaux ciblés et une grande expertise technique et système, ainsi qu'une forte présence et une forte expérience dans d'autres consortiums pertinents pour l'UWB ;
- Le choix par le FIRa d'un autre nom pour l'UWB, afin de le débarrasser de son image de « vieille technologie de communication », en mettant de préférence l'accent sur les capacités de détection et de télémétrie fine sécurisée de la technologie ;
- Une forte sensibilisation du marché et une forte communication expliquant les avantages de l'UWB.
« Il faudra un peu de temps pour apprécier les avantages de l'UWB, savoir qui est intéressé par la technologie et quels services peuvent l'exploiter », a déclaré M. Gold. « Mais l'utilisateur a-t-il vraiment envie d'avoir un mini-radar sur son mobile ? Cet aspect pourrait ralentir son adoption ».
