Qu'est-ce que l'UWB qui se trouve dans les AirTag et les smartphones d'Apple et de Samsung ?

Qu’est-ce que l’UWB qui se trouve dans les AirTag et les smartphones d’Apple et de Samsung ?

Pas si récent

Avatar de l'auteur
Martin Clavey

Publié dans

Hardware

27/03/2023 6 minutes
10

Qu'est-ce que l'UWB qui se trouve dans les AirTag et les smartphones d'Apple et de Samsung ?

Pour faire simple, la technologie radio UWB permet une localisation précise, mais elle était plutôt prévue pour des communications bas débit. On la retrouve dans des petits dispositifs de géolocalisation comme les AirTag d'Apple et le tout nouveau Exynos Connect U100 de Samsung, mais aussi dans certains smartphones depuis 2019 et dans l'IoT industriel.

Si dans le grand public, nous commençons à lire le terme d'UWB (Ultra WideBand ou Ultra Large Bande) depuis l'arrivée de puces l'intégrant dans certains smartphones depuis 2019 ou plus massivement celle des AirTag d'Apple en 2021, le principe de l'Ultra large Bande n'est pas neuf. Et, comme souvent dans les technologies du signal, le concept vient de la recherche militaire.

Dans les années 1950, les militaires ont utilisé la transmission d'impulsions d'ondes de très courte durée dans des systèmes de radars et de communication. Mais son utilisation civile était interdite et la communauté scientifique a commencé à s'y intéresser que dans les années 90.

En 1993, des chercheurs de l'entreprise américaine Pulson Communications publiaient, par exemple, un article scientifique intitulé « An Impulse Radio Communications System ». Mais ce n'est qu'au début des années 2000 que les autorités de régulations ont ouvert l'utilisation de certaines bandes pour cet usage à des fins civiles.

L'idée est de transmettre des informations en envoyant des impulsions radio très brèves à intervalles de temps spécifiques qui utilisent une bande passante large. Le signal reste robuste grâce à cette bande passante et l'impulsion étant de l'ordre de la nanoseconde, elle permet une localisation très précise, de l'ordre de quelques dizaines de cm sur plusieurs dizaines de mètres.

Réglementé pour des communications bas débits...

Mais ce n'est qu'en 2002 que les États-Unis ont permis à l'UWB d'utiliser l’ensemble de la bande 3,1-10,6 GHz avec une densité spectrale de puissance maximale de -41,3 dBm/MHz, « ainsi des systèmes de communication grand public, en intérieur ou portables, avec une largeur de bande d’au moins 500 MHz », comme l'explique l'ANFR.

En 2006, l'Europe a adopté une règlementation distincte en l'adaptant aux usages déjà en cours sur notre sol, lui ouvrant les bandes de fréquences 3,1 à 4,8 GHz et 6-9 GHz avec la même densité spectrale de puissance maximale qu'aux États-Unis.

Comme l'UWB est une technique d'impulsion d'ondes, elle a été pensée, au départ, comme un outil de communication local et on parlait même à l'époque d'un « super bluetooth » ou un « wireless USB ». Les agences de réglementation de fréquences l'ont étudiée en pensant qu'elle « répondait en premier lieu à l’hypothèse d’un marché de masse pour des communications à très bas débit dans des réseaux personnels sans fil (WPAN) : composants dans les équipements informatiques, téléphones mobiles et électronique grand public », selon l'ANFR.

Mais, si théoriquement, cette utilisation était envisageable, de façon pratique, les performances se sont finalement montrées très décevantes. Même si les chercheurs n'ont pas abandonné l'idée, la commercialisation dans ce sens n'est pas d'actualité.

... utilisé pour de la géolocalisation

L'UWB s'est, par contre, montré beaucoup plus efficace pour l'utilisation pour laquelle elle a été réfléchie à l'origine par les militaires : la géolocalisation. En utilisant un réseau d'antennes de réception, il est possible de localiser l'antenne émettrice par triangulation (en comparant les angles entre la balise et les antennes) ou par trilatération (en comparant le temps de propagation entre la balise et les antennes), comme le Wi-Fi RTT.

Ce système permet de faire de la géolocalisation dans des intérieurs inaccessibles aux satellites.

C'est cette fonctionnalité-là qui est actuellement utilisée par l'industrie du numérique, et notamment par le nouveau SoC Exynos Connect U100 de Samsung ou l'AirTag d'Apple. Quand vous passez à côté d'un autre produit qui utilise le même système, les terminaux peuvent communiquer pour former un réseau de localisation.

Mais l'industrie l'utilise aussi dans l'IoT industriel, pour la détermination du niveau de cuves, des radars à pénétration de surface, dans l'imagerie médicale ou l'analyse de matériau. Et certains constructeurs automobiles imaginent aussi pouvoir l'utiliser.

Problème d'interopérabilité

Mais avec ce développement récent et rapide des puces UWB se pose la question de la compatibilité et de l'interopérabilité. Si une partie de la technologie UWB est utilisée en respectant ces aspects, des chercheurs pointent [PDF] que certaines implémentations des procédures d'accès aux canaux multiples « ainsi que la technique de localisation sont la plupart du temps propriétaires ».

Sécurité en question

Enfin, si l'UWB est censé être plus sécurisé que le Bluetooth, des chercheurs se posent la question de la réalité de cette affirmation. La norme UWB spécifie deux modes différents d'utilisation de la technologie : impulsion à bas débit (Low Rate Pulse en anglais, LRP) et impulsion à haut débit (High Rate Pulse en anglais, HRP). Actuellement, Apple et Samsung utilisent le mode HRP. Le fait qu'ils utilisent des systèmes propriétaires rend difficile l'analyse de la sécurité de leurs produits.

Mais des chercheurs suisses de l'ETH Zurich considèrent que pour que la technologie soit efficace, il est difficile de ne pas faire de compromis en ce qui concerne la sécurité. « Dans des déploiements réalistes, malgré les contre-mesures, il est difficile de configurer la HRP pour qu'elle soit à la fois performante et sûre », ont-ils expliqué [PDF] à la conférence WiSec de 2021, dans une présentation qui se voulait être la première analyse ouverte du mode HRP de UWB. Pour le moment en tout cas, la sécurité des produits sur le marché n’a pas été prise en défaut, à notre connaissance.

Possibilité de stalking et d'espionnage

Si nous pouvons imaginer plein d'utilisations très intéressantes de géolocalisation d'objets ou de personnes consentantes grâce à l'UWB, dès l'arrivée des AirTag, des utilisateurs l'ont adopté à des fins peu scrupuleux. On a vu les cas de tracking et d'espionnage s'accumuler et les contre-mesures mises en place par Apple ont pu être contournées en utilisant un clone d'AirTag.

10

Écrit par Martin Clavey

Tiens, en parlant de ça :

Sommaire de l'article

Introduction

Réglementé pour des communications bas débits...

... utilisé pour de la géolocalisation

Problème d'interopérabilité

Sécurité en question

Possibilité de stalking et d'espionnage

Commentaires (10)


Je suis toujours mi-figue / mi-raisin avec ces outils … même 2 ans plus tard !


Je ne connais pas bien cette technologie, mais par exemple pour les airtag d’apple, ce sont les Iphone disséminés sur le territoire qui servent d’antenne ou les airtag ont aussi moyen de communiquer via les protocole wifi, bluetooth ou 3g/4g/5g ?



(reply:2126474:JohnHostfil) C’est grâce au maillage réalisé par la multitude d’Iphone présents sur le territoire que ces Airtags sont géolocalisés. Les Airtags ne communiquent que par le protocole Bluetooth et UWB.



Ce qui est ballot, c’est que côté Android peu d’appareils sont concernés. Je me disais que coller un de ces trucs à mes chats pourrait être une bonne affaire (niveau coût/autonomie/gène) vs les colliers GPS+SIM, certes plus précis.
J’avais essayé un truc basé Lora/Sigfox il y a 2 ou 3 ans, déjà moins gros et plus autonome + abo 2 ans inclus (un chat l’aura perdu avant!), mais niveau fonctionnement c’était désastreux en pratique…
Si cela se généralise et s’harmonise, c’est vraiment un cas d’utilisation auquel je penserais.


yl

Ce qui est ballot, c’est que côté Android peu d’appareils sont concernés. Je me disais que coller un de ces trucs à mes chats pourrait être une bonne affaire (niveau coût/autonomie/gène) vs les colliers GPS+SIM, certes plus précis.
J’avais essayé un truc basé Lora/Sigfox il y a 2 ou 3 ans, déjà moins gros et plus autonome + abo 2 ans inclus (un chat l’aura perdu avant!), mais niveau fonctionnement c’était désastreux en pratique…
Si cela se généralise et s’harmonise, c’est vraiment un cas d’utilisation auquel je penserais.

Apple ne recommande pas l’utilisation de l’AirTag pour les animaux (même si c’est déjà utilisé dans ce cadre, c’est super simple de trouver des colliers adaptés).
(ils ont tellement à y gagner que j’ai tendance à croire qu’il y a une bonne raison que ce ne soit pas recommandé)





  • La portée du Bluetooth est bien inférieure à la portée GPS.

  • Les AirTags peuvent ne pas suffire pour retrouver un chien perdu qui continue à se déplacer

  • Si vous habitez dans une zone rurale ou que vous perdiez votre chien en forêt, il est peu probable qu’une autre personne équipée d’un iPhone passe à côté de votre animal et le localise à votre place.

  • Il est impossible de localiser en temps réel votre animal à l’instar d’un traceur GPS. Cela peut poser problème car votre animal ne restera sans doute pas statique contrairement à un objet par exemple.




Quand je m’étais renseigné il y avait 2 solutions possibles.




  1. GPS + 2G, donc abonnement (je suppose que tu avais testé un truc du genre).
    Sachant que la 2G va peut être disparaitre … il faut faire attention.



  2. Système radio + gps (facultatif, mais ça me semble mieux)
    De mémoire l’animal est équipé d’un émetteur radio (sur un bande gratuite qui est peut être saturée) et le maitre doit avoir un récepteur. Le soucis c’est que la portée est faible et que les obstacles peuvent gêner.




Du coup, j’avais abandonné l’idée.



misocard a dit:


Apple ne recommande pas l’utilisation de l’AirTag pour les animaux




Je suis bien conscient des faiblesses… Mais pour avoir essayé, ça sera pas pire qu’un Invoxia Pet-Tracker sur réseau Lora/Sigfox et triangulant visiblement plus souvent du wifi qu’utilisant son GPS (fonctionnement aussi nébuleux que peu documenté).



Dommage d’ailleurs, la conception était par ailleurs bonne (format/attache/autonomie correcte) et l’abonnement 2ans inclus. Mais pour ce qui fut de faire le job… Retour sous les 7j de délai de rétractation!


Ok, juste au cas ou, il semblerait qu’il y ait un “bip” quand le truc est éloigné de son propriétaire. De ce que j’ai vu vite fait sur le net le seul moyen de ne pas avoir le son c’est d’ouvrir l’air tag et de retirer le truc qui fait du bruit.


(angle of arrival) direction du produit est maintenant dans la norme ble 5.1 donc on peux faire de la localisation en bluetooth
en combinant le aoa et le mode long range du bluetooth low energy j’arrive à faire de la localisation et communication à 100m avec une antenne basique imprimée sur le pcb donc avec une antenne ayant un peu de gain on peux imaginer monter à plusieurs centaine de metres et même 1km en champ libre
cela reste sur du 2.4GHz donc on connais bien les contraintes d’atténuation mais reste certainement meilleure que l’uwb car la fréquence est plus basse donc meilleure portée à gain identique
si on veut avoir de la portée il faut baisser la fréquence et les modules 433MHz étaient vraiment top pour ça
le bluetooth 5.1 supporte également du chiffrement asymétrique très sécurisé type militaire donc pas près d’être cassé
je ne vois vraiment pas d’avantage à l’uwb sur le bluetooth.



ashlol a dit:


je ne vois vraiment pas d’avantage à l’uwb sur le bluetooth.




Peut-être l’autonomie ? Un air tag semble tenir un an avec une pile CR2032 assez basique.
Pour le BT je suis assez dubitatif concernant l’autonomie, mon Jabra ne tient pas la nuit si j’oublie de l’éteindre (bon c’est probablement pas du BT low energy)
L’exemple bien connu du BT low Energy est l’application stop covid, l’appli a/avait un impact non négligeable sur l’autonomie de nos smartphones. Si on voit un impact avec une batterie de 3Ah, j’ai un doute sur la tenue d’une simple pile CR2032…


faudrait comparer mais à titre d’exemple je tiens 2ans avec 2 piles AA et le produit ne fais pas que ble c’est qu’une partie de sa conso la grosse partie viens du nbiot j’ai été très surpris de voir que sa consomme quand même pas mal surtout si on veut retourner plus qu’une data par heure bon ok il faut se connecter au réseau iot mais quand même.
une CR2032 c’est 3v et 230mAh un module ble pourrait tenir 1an également s’il n’a pas besoin de communiquer très souvent disons quelque fois par jour. Mais oui effectivement cela semble très sobre quand même.
le problème de l’app stopcovid viens surement du fait qu’elle cherchait en permanence ceux à proximité donc en gros perd l’intérêt du low energy car si le module communique en permanence il ne va pas en veille et donc consomme à fond + l’app qui utilise des ressources cpu pour rechercher en permanence du ble avec qui se connecter