Dans un contexte où l’internet des objets est en pleine expansion, le nombre d’appareils connectés augmente drastiquement. Le Bluetooth Low Energy (BLE) et le Wi-Fi sont deux technologies de transmissions sans fil utilisées pour connecter des appareils, il est à noter qu’elles sont toutes les deux très différentes.
Le BLE va permettre de connecter les appareils entre eux et d’échanger des données en consommant le minimum d’énergie via ondes radio UHF quand le Wi-Fi est utilisé est le plus souvent utilisé pour connecter des routeurs Internet à des appareils.
Qu’est ce que le BLE ?
Anciennement connu sous le nom de Wibree, puis devenu la marque déposée Bluetooth Smart, le Bluetooth Low Energy a été conçue pour permettre des transmissions de données à faible consommation d’énergie sur de courtes distances. C’est une technique de transmission sans fil créée par Nokia en 2006 sous la forme d’un standard ouvert basé sur le Bluetooth. Le BLE est une version du Bluetooth standard qui a été optimisée afin de rallonger la durée de vie des appareils alimentés par batterie, c’est pour cette raison que l’on parle de « Low Energy ».
C’est en réduisant le temps d’activité des objets connectés que la technologie va drastiquement rallonger leur autonomie. De par son fonctionnement, le Bluetooth Low Energy semble être adapté aux usages industriels. Il est largement utilisé dans l’ensemble de l’écosystème de l’Internet des objets (IoT) ainsi que dans d’autres domaines où la connectivité sans fil fiable est nécessaire.
Qu’est ce que le Wi-Fi ?
Le Wi-Fi, abréviation de « Wireless Fidelity », permet aux appareils électroniques de se connecter à Internet et de communiquer entre eux sur des réseaux locaux sans fil. Il est largement utilisé dans les foyers, les entreprises, les établissements publics et les lieux de divertissement pour fournir un accès à Internet sans fil.
Mais nous retrouvons également cette technologie dans le secteur de l’IoT, puisqu’elle est utilisée pour permettre aux appareils de se connecter à Internet via des routeurs. Cela inclut des capteurs, des caméras de sécurité, des thermostats intelligents, des appareils de suivi et d’autres dispositifs.
Comment fonctionne le BLE ?
La technologie Bluetooth Low Energy permet l’échange bidirectionnel de données en utilisant des ondes radio UHF et opère dans la plage de fréquences ISM de 2,400 GHz à 2,483 GHz. 40 canaux espacés de 2 MHz sont alloués au BLE pour permettre aux appareils de communiquer.
Publicité (Advertising)
Les dispositifs BLE, également appelés périphériques, diffusent périodiquement des messages publicitaires. Ces messages annoncent la présence du périphérique et les services qu’il propose. Les publicités peuvent contenir des informations telles que l’adresse MAC du périphérique, son nom, des identifiants de services, etc.
Balayage (Scanning)
Les dispositifs Bluetooth Smart qui souhaitent se connecter à d’autres dispositifs, appelés centrales, effectuent une opération de balayage (scanning) pour détecter les publicités des périphériques à proximité. Les centrales écoutent les messages publicitaires diffusés par les périphériques.
Établissement de connexion (Connection Establishment)
Lorsqu’une centrale identifie un périphérique Bluetooth intéressant, elle peut initier une connexion en envoyant une demande de connexion au périphérique. Le périphérique peut alors répondre pour établir une connexion.
Profil GATT (Generic Attribute Profile)
La communication BLE repose sur le profil GATT, qui définit la structure des données échangées entre les périphériques et les centrales. GATT utilise des attributs, appelés caractéristiques (characteristics) et services, pour décrire les données échangées.
Services et caractéristiques (Services and Characteristics)
Les services décrivent les fonctionnalités offertes par le périphérique, tandis que les caractéristiques contiennent les données spécifiques que les périphériques peuvent échanger. Les centrales peuvent lire, écrire, notifier ou demander des indications sur ces caractéristiques.
Gestion de l’énergie
L’une des caractéristiques clés du Bluetooth Low Energy est sa faible consommation d’énergie. Les dispositifs BLE sont conçus pour fonctionner avec une consommation d’énergie minimale en entrant régulièrement en mode veille. Les publicités périodiques et la mise en veille contribuent à économiser l’énergie, ce qui les rend appropriées pour les appareils alimentés par batterie.
Sécurité
Le Bluetooth Smart intègre des mécanismes de sécurité pour protéger les données échangées. Il prend en charge le chiffrement des données et l’authentification des appareils pour garantir que les informations sensibles ne sont pas interceptées par des tiers non autorisés.
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Comment fonctionne le Wi-Fi ?
Le Wi-Fi émet des ondes radio, plus précisément des ondes électromagnétiques. Ces ondes sont des ondes de radiofréquence (RF) (généralement à des fréquences de 2,4 GHz ou 5 GHz) dans toutes les directions. Ces ondes transportent des données sous forme de signaux sans fil.
Émetteur-récepteur Wi-Fi (Point d’accès)
Pour établir une connexion Wi-Fi, il faut au moins deux composants : un émetteur-récepteur Wi-Fi, communément appelé point d’accès (ou routeur Wi-Fi), et un ou plusieurs dispositifs clients Wi-Fi (par exemple, ordinateurs, smartphones, tablettes, imprimantes, etc.).
Configuration du réseau
Le point d’accès (routeur Wi-Fi) est configuré pour diffuser un réseau sans fil avec un nom (SSID) et une sécurité, généralement sous la forme d’une clé de sécurité (mot de passe).
Détection du réseau par les appareils
Les dispositifs clients, tels que les ordinateurs portables ou les smartphones, détectent les réseaux Wi-Fi disponibles dans leur zone de couverture. L’utilisateur peut alors choisir de se connecter à un réseau en sélectionnant son nom (SSID) et en entrant la clé de sécurité si nécessaire.
Établissement de la connexion
Une fois que l’appareil client choisit un réseau Wi-Fi et fournit les informations d’authentification correctes, il établit une connexion avec le point d’accès.
Transmission de données
Une fois la connexion établie, les données sont transmises entre le dispositif client et le point d’accès via des paquets de données sans fil. Ces données peuvent être de nature variée, comme des informations web, des fichiers, des vidéos en streaming, etc.
Accès à Internet
Le point d’accès est généralement connecté à un fournisseur d’accès à Internet (FAI). Ainsi, lorsque les dispositifs clients accèdent à Internet via la connexion Wi-Fi, les données sont acheminées entre le point d’accès et le FAI, qui sert de passerelle vers Internet.
Sécurité
Les réseaux Wi-Fi offrent des options de sécurité, telles que le chiffrement des données (généralement WPA2 ou WPA3), pour protéger la confidentialité des données transmises sur le réseau.
Gestion de trafic
Les routeurs Wi-Fi gèrent le trafic en attribuant des adresses IP aux dispositifs clients et en dirigeant les paquets de données vers leurs destinations appropriées.
8 Avantages du Bluetooth Low Energy par rapport au Wi-Fi
1. Faible consommation d’énergie
Comme son nom l’indique, le BLE est conçu pour une faible consommation d’énergie. Cela le rend idéal pour les appareils alimentés par batterie, tels que les appareils portables, les capteurs IoT et les dispositifs médicaux.
2. Interoperabilité
La technologie Bluetooth Low Energy étant un standard de communication ouvert, il facilement interopérable avec de nombreux équipements du marché, tels que les trackers GPS, les routeurs, les smartphones, PC, tablettes, passerelles, etc.
3. Prise en charge multiplateforme
Le Bluetooth faible consommation est compatible avec la plupart des principaux systèmes d’exploitation (iOS, Android, Windows, etc.), ce qui facilite le développement d’applications qui fonctionnent sur différentes plateformes.
4. Connexion rapide
Le Bluetooth Smart permet des connexions rapides et efficaces pour des transferts de petites quantités de données. Cela le rend adapté aux applications telles que le jumelage d’appareils, les transferts de fichiers légers et les interactions rapides.
5. Simplicité de configuration
La configuration d’une connexion BLE est généralement plus simple que celle d’un réseau Wi-Fi. Les dispositifs Bluetooth Low Energy peuvent s’associer rapidement et échanger des données sans nécessiter une infrastructure réseau complexe.
6. Utilisation indoor et outdoor
La technologie Bluetooth faible consommation ne nécessite pas forcément d’infrastructures réseau câblée. Elle peut donc être utilisée aussi bien pour des applications en intérieur que pour des usages en extérieur.
7. Coût réduit
Les beacons et capteurs BLE sont généralement moins chers à fabriquer que les puces Wi-Fi, ce qui en fait un choix économique pour de nombreux produits. Le coût d’acquisition de cette technologie est au final faible puisqu’elle nécessite peu d’infrastructure câblée.
8. Moins d’interférence avec d’autres appareils
Bluetooth Low Energy est conçu pour minimiser les interférences avec d’autres appareils fonctionnant sur la même fréquence. Comparé au Wi-Fi, le BLE a un intervalle actif plus court, réduisant la probabilité de chevauchement et d’interférence des signaux. Par conséquent, dans les environnements où les appareils BLE et Wi-Fi sont présents, le BLE a tendance à causer moins de perturbations aux autres appareils sur le même spectre.
Cependant, il est important de noter que le Bluetooth Low Energy n’est pas une solution universelle et qu’il a ses propres limites. Il est par exemple, moins adapté aux applications nécessitant une large bande passante ou une portée étendue. Pour ces types d’applications, le Wi-Fi reste souvent le choix préféré en raison de sa vitesse de transmission de données plus élevée et de sa portée plus grande.
6 Avantages du Wi-Fi par rapport au BLE :
1. Débit de données élevé
Le Wi-Fi offre une bande passante beaucoup plus large que le BLE. Cela signifie qu’il peut prendre en charge des transferts de données plus rapides, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant des débits élevés, comme le streaming vidéo, les jeux en ligne, le partage de fichiers, etc.
2. Portée étendue
Le Wi-Fi a une portée plus grande que le BLE. Il est capable de couvrir des distances plus longues, ce qui le rend adapté aux réseaux locaux sans fil dans les maisons, les bureaux et parfois des espaces extérieurs.
3. Polyvalence
Le Wi-Fi est une technologie de communication polyvalente capable de gérer de nombreuses connexions simultanées. Il peut être utilisé pour des réseaux domestiques, d’entreprise, publics, etc.
4. Infrastructure réseau établie
Le Wi-Fi s’appuie sur des infrastructures réseau bien établies, ce qui signifie que la plupart des endroits (domiciles, entreprises, lieux publics) disposent déjà d’une infrastructure Wi-Fi en place. Cela facilite l’intégration de nouveaux dispositifs et la connectivité.
5. Compatibilité
La plupart des appareils électroniques modernes prennent en charge le Wi-Fi en standard, ce qui signifie qu’il est largement compatible avec une grande variété de dispositifs.
6. Sécurité et gestion avancées
Les réseaux Wi-Fi offrent des fonctionnalités de sécurité avancées, telles que le chiffrement WPA2/WPA3, et permettent une gestion plus complexe des réseaux, ce qui est essentiel pour les entreprises et les environnements où la sécurité et la gestion des périphériques sont cruciales.
Cependant, il est important de noter que le Wi-Fi présente également des inconvénients par rapport au BLE, notamment une consommation d’énergie plus élevée, une complexité accrue et une empreinte matérielle plus grande. En outre, le Wi-Fi peut être plus coûteux à mettre en œuvre pour certains projets IoT.
Bluetooth Low Energy vs Wi-Fi : quelle connectivité choisir pour votre développement IoT ?
En fin de compte, le choix entre le BLE et le Wi-Fi pour votre projet IoT dépendra de l’équilibre entre la consommation d’énergie, la portée, la simplicité de configuration, les coûts, la vitesse de transmission des données et d’autres exigences spécifiques à votre application.
Le Wi-Fi est adapté à de nombreuses applications IoT en raison de son haut débit, de sa connectivité Internet complète et de son infrastructure existante. Il est idéal dans des environnements professionnels tels que les bureaux ou dans un environnement domestique. Cependant, il peut ne pas être la meilleure option pour les projets nécessitant une faible consommation d’énergie, une infrastructure réseau filaire ou une configuration simple. En effet, selon l’environnement (extérieur par exemple), le déploiement d’une infrastructure câblée peut-être compliquée voire impossible.
Le Bluetooth Smart est à contrario un excellent choix pour les projets IoT nécessitant une faible consommation d’énergie, une mise en place simple ou encore une connectivité avec des dispositifs mobiles. Nous pouvons retrouver cette technologie dans des cas d’usages tels que l’inventaire automatique d’outils sur des chantiers, le suivi de température dans le transport frigorifique ou encore l’identification de flottes de véhicules et de conducteurs par exemple.
Pour résumer, bien que le Wi-Fi reste un protocole efficace et très fiable, son champ d’application n’est que trop restreint. Le Bluetooth Low Energy reste la technologie la plus adaptée par rapport aux normes actuelles de communications à faible consommation d’énergie et sa facilité d’utilisation.
Vighnesh GHARAT
Ingénieur Logiciel
Spécialisé dans le positionnement indoor chez ELA Innovation à Montpellier, Vighnesh a étudié à l’Institut supérieur d’électronique de Paris (ISEP) où il a obtenu son master en électronique et télécommunication en 2014. Il a obtenu son doctorat à l’Université Paris-Est en 2021. Il a effectué son doctorat dans le cadre d’un contrat CIFRE dans une collaboration de recherche avec ELA Innovation, ESYCOM (UMR 9007 CNRS) et AlliansTIC sur un système de télémétrie et de positionnement basé sur la technologie magnéto-inductive. Il est maintenant en charge de la recherche et du développement de solutions RTLS interopérables et s’intéresse particulièrement à la fusion de données et aux techniques d’apprentissage automatique pour le positionnement intérieur.
