Qu'est-ce que la technologie Bluetooth et comment fonctionne-t-elle ?

Qu'est-ce que Bluetooth ?

Bluetooth est une célèbre technologie sans fil à faible consommation d'énergie. Elle est conçue pour être utilisée comme technologie de réseau personnel sans fil (WPAN) aux côtés de technologies telles que Wi-Fi et ZigBee. Les applications de Bluetooth vont des applications basées sur les téléphones mobiles aux applications basées sur les capteurs des véhicules. Toutefois, contrairement à ses homologues, Bluetooth est spécifiquement conçu pour des distances plus courtes. Bluetooth a été introduit pour la première fois en 1994 par Ericsson. Le seul but de l'introduction de Bluetooth était de remplacer l'utilisation de fils et de câbles. En collaboration avec Nokia et Intel, Ericsson a formé le Special Interest Group (SIG) en 1996, qui est l'organe directeur pour la publication et la définition des spécifications Bluetooth. Au fil des ans, l'alliance du SIG s'est renforcée, ce qui a conduit au développement de la technologie Bluetooth. Elle est basée sur la bande de fréquence ISM (applications industrielles, scientifiques et médicales) de 2,4 GHz. Les premières versions de Bluetooth prenaient en charge un débit binaire allant jusqu'à 1 Mbps. Bluetooth est également sujet à des cyber-attaques en raison des caractéristiques de sécurité héritées de Bluetooth. Avec toutes ces caractéristiques, Bluetooth est un candidat idéal pour les solutions modernes de l'internet des objets (IoT).

Comment fonctionne Bluetooth ?

Bluetooth fonctionne principalement comme une solution technologique WPAN pour les applications IoT. Il existe deux principaux types de technologies sans fil. Il s'agit de ,

1. Débit de base (BR) / débit de données amélioré (EDR) ou Bluetooth classique
2. Basse énergie (BLE ou LE)

Malgré leurs différences au niveau de la couche physique, ils sont exploités au niveau 2.4 GHz Bande de fréquence ISM. Un réseau Bluetooth se compose initialement des nœuds suivants :

• Annonceur : Ce nœud de dispositif transmet des paquets d'annonceurs.
• Scanner : Un nœud de dispositif recevant des paquets sans intention d'établir une connexion.

Une fois que le nœud du dispositif de balayage tente de démarrer une connexion, il est appelé initiateur. Cette connexion est établie en réponse à un événement publicitaire connectable publié par l'annonceur. Enfin, une connexion est établie. L'initiateur est alors appelé maître, tandis que l'annonceur est appelé esclave. Cette connexion entre un maître et un esclave est appelée piconet. Dans le contexte du Bluetooth BR/EDR, il peut y avoir jusqu'à un maître et 7 esclaves dans un piconet. Toutefois, ces piconets peuvent être étendus à ce que l'on appelle des scatternets. Les scatternets sont constitués de deux piconets combinés, avec un second maître pour gérer le second piconet. Ce second maître serait common avec les deux piconets.

Lorsqu'il s'agit de Bluetooth Technologie BLEGrâce à son adressage sur 24 bits, contre 3 bits pour le Bluetooth BR/EDR, il peut prendre en charge des millions d'appareils. Dans Bluetooth BLE, cependant, une connexion maître-esclave est elle-même un piconet séparé. Par conséquent, chaque appareil se trouve dans un canal distinct.

Après avoir établi une connexion, un esclave est invité à répondre à un message envoyé par le maître. L'esclave est sélectionné et on lui donne sa chance en utilisant une technique adaptative de saut de fréquence. Cela garantit la sécurité et la meilleure utilisation possible du canal alloué.

Dans un piconet, chaque nœud ou dispositif peut se trouver dans les états suivants :

• Maître
• Esclave
• En attente
• Stationnement

Par défaut, un nœud est en mode veille. Le mode parqué a été supprimé à partir de la version 5.0 de Bluetooth.

Spécifications Bluetooth

Avant de se plonger dans l'architecture Bluetooth, il est utile de comprendre les différences entre les spécifications Bluetooth au fil des ans. Le tableau suivant summarise les principales caractéristiques de chaque spécification Bluetooth.

Plus de détails sur les spécifications sont disponibles à l'adresse suivante https://www.bluetooth.com/specifications/specs/. La version actuelle de Bluetooth est Bluetooth 5.3, publiée en 2021. Il convient de noter que Bluetooth BLE est l'une des technologies conçues pour répondre aux besoins des applications IdO. La prise en charge de la mise en réseau maillé et de la capacité de diffusion avec faible consommation d'énergie en fait un candidat idéal par rapport au Bluetooth classique. Le Bluetooth classique n'est capable de gérer que la communication point à point, comme dans les piconets.

Architecture Bluetooth

Examinons maintenant brièvement la structure de base de l'architecture Bluetooth. La pile Bluetooth se compose de trois éléments de base, à savoir

• Contrôleur matériel
• Logiciel hôte
• Profils d'application

Cette architecture se compose de protocoles ou de couches qui gèrent diverses fonctionnalités. Par ailleurs, les profils sont les fonctions qui utilisent les protocoles pour réaliser la fonctionnalité. Si l'on considère la pile Bluetooth 5.0, les appareils peuvent se présenter sous deux formes :

• Double mode : Dispositifs prenant en charge les modes BR/EDR et LE
• Mode unique : Dispositifs prenant en charge les modes BR/EDR ou LE

Fiabilité du Bluetooth

L'un des plus grands défis de la communication sans fil est la présence d'interférences. Les interférences sont dues à la collision et à la perte de paquets sur le support sans fil. Pour surmonter les interférences, Bluetooth utilise les techniques suivantes :

• Les paquets Bluetooth sont petits et rapides : La probabilité de collision avec d'autres paquets est ainsi réduite, car ils se déplacent plus rapidement et sont plus petits.
• Bluetooth utilise un spectre d'étalement à saut de fréquence (FHSS) spécial connu sous le nom de saut de fréquence adaptatif (AFH). La bande de fréquence donnée est séparée en différents canaux et les paquets sautent d'un canal à l'autre pendant la transmission. Ils peuvent également identifier les canaux encombrés et corrompus, et donc les éviter.
• Bluetooth prend également en charge les messages d'accusé de réception pour confirmer la bonne transmission des messages dans les applications point à point et réseau maillé.
• En outre, dans le réseau maillé, les paquets Bluetooth sont retransmis sous forme de copies multiples dans différents canaux. Cela garantit une transmission correcte, même dans les environnements les plus bruyants.

Quel est le degré de sécurité de Bluetooth ?

Lorsqu'il s'agit d'activer les dispositifs IoT dans le WPAN, le niveau de sécurité fourni par la technologie de transmission sélectionnée constitue un intérêt common. Bluetooth est naturellement un choix sûr en matière de technologies sans fil. Cela s'explique par l'utilisation de la technique AFH, qui permet aux paquets transmis de sauter rapidement d'un canal à l'autre. Toutefois, pour améliorer encore la sécurité de la transmission, Bluetooth SIG a prévu différentes fonctions de sécurité qui doivent être activées en fonction des besoins. Par exemple, l'appariement de la technique Bluetooth Out of Band peut être utilisé pour sécuriser la connexion contre diverses vulnérabilités.

Quelle est la portée du Bluetooth ?

Bluetooth est une technologie sans fil WPAN, ce qui en fait un candidat idéal pour les courtes distances et les espaces fermés. Malgré les diverses mesures prises pour améliorer la portée de fonctionnement, certains facteurs déterminent la portée réalisable. Ces facteurs sont les suivants

• Perte de chemin dans l'environnement.
• Le gain de l'antenne de l'émetteur-récepteur.
• Le spectre radio sélectionné. Une petite bande de fréquences permet d'obtenir une plus grande portée.
• Le support physique sélectionné. Bluetooth est doté de différentes options avec différents débits de données tels que BR/EDR, HS et BLE.

Il appartient donc à l'architecte de l'IdO de décider de la portée en fonction des facteurs susmentionnés.

Avantages et inconvénients du Bluetooth dans l'IdO

Les avantages de Bluetooth sont les suivants :

• Susceptibilité aux interférences des autres technologies sans fil
• Faible consommation d'énergie
• Peut être utilisé pour la transmission de données et de la voix

Les inconvénients de Bluetooth sont les suivants :

• La sécurité peut être compromise
• Largeur de bande réduite par rapport au Wi-Fi
• Plus lent (il y a toujours différentes options à choisir)

Conclusion

Bluetooth est un candidat idéal pour les applications IdO qui nécessitent une faible consommation d'énergie. Idéalement, il convient mieux aux zones où il y a plus d'interférences avec d'autres transmissions sans fil. Cependant, malgré les défis et les inconvénients, Bluetooth est un choix célèbre lorsqu'il s'agit d'applications IoT WPAN telles que la domotique.