Le Bluetooth Mesh

Introduction

Définition

Le Bluetooth Mesh est une extension de la technologie Bluetooth qui permet des communications multi-à-multi (m:m) entre appareils dans un réseau maillé. Contrairement au Bluetooth classique, qui est principalement utilisé pour des connexions point-à-point, le Bluetooth Mesh permet à des dizaines, des centaines, voire des milliers d’appareils de communiquer entre eux de manière efficace et fiable.

Crédit photo : Bluetooth.com

Objectifs

Le Bluetooth Mesh a été développé pour répondre aux besoins des réseaux à grande échelle, où la portée et le nombre d’appareils connectés sont des défis majeurs. Il est particulièrement adapté aux applications nécessitant une couverture étendue et une communication robuste entre de nombreux dispositifs.

Architecture du Réseau Bluetooth Mesh

Topologie

Dans un réseau Bluetooth Mesh, chaque appareil peut relayer des messages, créant ainsi une structure maillée. Cette topologie permet d’étendre la portée du réseau, car les messages peuvent “sauter” d’un nœud à l’autre jusqu’à atteindre leur destination.

Nœuds

• Relais : Ces nœuds retransmettent les messages pour étendre la portée du réseau.

• Low Power Nodes (LPN) : Conçus pour économiser l’énergie, ils passent la plupart de leur temps en mode veille.

• Friend Nodes : Aident les LPN en stockant les messages lorsqu’ils sont en veille.

• Proxy Nodes : Agissent comme intermédiaires entre le réseau maillé et les appareils externes, comme les smartphones.

Messages et Adressage

Le Bluetooth Mesh utilise plusieurs types de messages : - Unicast : Destiné à un seul nœud. - Group : Destiné à un groupe de nœuds. - Broadcast : Diffusé à tous les nœuds du réseau.

Fonctionnalités Clés

Provisioning et Déprovisioning

Le provisioning est le processus d’ajout sécurisé d’un nouvel appareil au réseau. Il implique l’échange de clés de sécurité et l’attribution d’une adresse unique. Le déprovisioning, quant à lui, permet de retirer un appareil du réseau en toute sécurité.

Sécurité

Le Bluetooth Mesh intègre des mécanismes de sécurité robustes, tels que le chiffrement des messages et l’authentification des appareils, pour protéger le réseau contre les accès non autorisés et les attaques.

Efficacité Énergétique

Les fonctionnalités comme le Low Power Node et l’energy harvesting permettent aux appareils de fonctionner avec une consommation d’énergie minimale, prolongeant ainsi la durée de vie des batteries.

Cas d’Utilisation et Applications

Automatisation des Bâtiments

Le Bluetooth Mesh est idéal pour les systèmes d’éclairage intelligent, le contrôle HVAC, et d’autres applications de domotique où de nombreux appareils doivent communiquer entre eux.

Réseaux de Capteurs

Utilisé pour la surveillance environnementale, l’agriculture intelligente, et d’autres applications nécessitant un réseau de capteurs robuste et fiable.

Suivi d’Actifs

Permet de suivre les équipements dans les entrepôts, les hôpitaux, et d’autres environnements où le suivi des actifs est crucial.

IoT

Intégration avec d’autres solutions IoT pour des applications à grande échelle, comme les villes intelligentes et les réseaux industriels.

Avantages et Limitations

Avantages

• Fiabilité : Communications robustes grâce à la topologie maillée.

• Extensibilité : Capacité à gérer un grand nombre d’appareils.

• Faible consommation d’énergie : Fonctionnalités conçues pour prolonger la durée de vie des batteries.

Limitations

• Complexité de mise en œuvre : Nécessite une planification et une configuration soignées.

• Dépendance à la portée radio : Les obstacles physiques peuvent affecter la communication.

• Gestion des clés de sécurité : Nécessite une gestion efficace pour maintenir la sécurité du réseau.

Références

• https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/recent-enhancements/mesh/?utm_campaign=mesh&utm_source=internal&utm_medium=blog&utm_content=the-fundamental-concepts-of-bluetooth-mesh-networking-part-2

• https://www.bluetooth.com/mesh-faq/#general-market

• https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/recent-enhancements/mesh/mesh-glossary/

Glossaire

Provisioning

L’opération de provisioning dans un réseau Bluetooth Mesh est le processus par lequel un nouvel appareil est ajouté au réseau et configuré pour fonctionner avec les autres appareils du réseau. Voici une description simple de cette opération :

Invitation : Le processus commence lorsqu’un appareil déjà membre du réseau (appelé “provisionneur”) invite un nouvel appareil (appelé “dispositif non provisionné”) à rejoindre le réseau. Cela se fait généralement via une application mobile ou un autre outil de gestion.

Échange de Clés : Le provisionneur et le dispositif non provisionné échangent des clés de sécurité. Ces clés permettent au nouvel appareil de chiffrer et de déchiffrer les messages échangés dans le réseau, assurant ainsi la confidentialité et la sécurité des communications.

Attribution d’Adresse : Le provisionneur attribue une adresse unique au nouvel appareil. Cette adresse permet d’identifier le dispositif dans le réseau et de lui envoyer des messages spécifiques.

Configuration des Paramètres Réseau : Le provisionneur configure divers paramètres réseau sur le nouvel appareil, tels que les clés de sécurité réseau, les informations sur les sous-réseaux, et d’autres paramètres nécessaires pour que l’appareil fonctionne correctement dans le réseau maillé.

Deprovisioning

Le deprovisioning, ou réinitialisation, dans un réseau Bluetooth Mesh est le processus par lequel un appareil est retiré du réseau, perdant ainsi toutes ses configurations et clés de sécurité associées. Voici une description simple de cette opération :

Initiation : Le processus de deprovisioning peut être initié par un administrateur du réseau ou par l’appareil lui-même, souvent via une application de gestion ou un outil dédié.

Suppression des Clés de Sécurité : Toutes les clés de sécurité et les informations de configuration réseau stockées sur l’appareil sont supprimées. Cela inclut les clés utilisées pour chiffrer les communications et les informations d’adressage.

Réinitialisation des Paramètres : L’appareil est réinitialisé à ses paramètres d’usine, perdant ainsi toutes les configurations spécifiques au réseau Bluetooth Mesh.

Confirmation : Une fois le deprovisioning terminé, l’appareil n’est plus reconnu comme faisant partie du réseau Bluetooth Mesh. Il ne peut plus communiquer avec les autres appareils du réseau jusqu’à ce qu’il soit à nouveau provisionné.

Disponibilité pour un Nouveau Provisioning : Après le deprovisioning, l’appareil est prêt à être ajouté à un nouveau réseau ou au même réseau via un nouveau processus de provisioning.

SAD

Static Authentication Data : Dans le contexte du Bluetooth Mesh, les “Static Authentication Data” (données d’authentification statiques) sont des informations utilisées lors du processus de provisioning pour authentifier un nouvel appareil avant qu’il ne soit ajouté au réseau. Voici une explication simple :

But : Les données d’authentification statiques sont utilisées pour vérifier que l’appareil qui tente de rejoindre le réseau est bien celui qu’il prétend être. Cela aide à prévenir les attaques où un appareil non autorisé pourrait essayer de se connecter au réseau.

Contenu : Ces données peuvent inclure des valeurs telles qu’un identifiant unique de l’appareil, des clés publiques, ou d’autres informations spécifiques qui peuvent être vérifiées par le provisionneur.

Utilisation : Lors du provisioning, le provisionneur utilise ces données pour authentifier le nouvel appareil. Si l’authentification réussit, le processus de provisioning peut se poursuivre, et l’appareil est ajouté au réseau.

Sécurité : L’utilisation de données d’authentification statiques renforce la sécurité du réseau en s’assurant que seuls les appareils autorisés peuvent être ajoutés, réduisant ainsi le risque d’accès non autorisé.

Proxy Node

Un nœud proxy agit comme un intermédiaire entre le réseau Bluetooth Mesh et les dispositifs externes. Il permet à ces dispositifs de communiquer avec les nœuds du réseau maillé sans avoir besoin de rejoindre le réseau eux-mêmes.

Fonctionnement : Lorsqu’un dispositif externe, comme un smartphone, veut interagir avec un nœud du réseau Bluetooth Mesh, il envoie des messages au nœud proxy. Le proxy traduit ces messages dans le format approprié pour le réseau maillé et les transmet aux nœuds cibles. De même, les réponses des nœuds du réseau sont renvoyées au dispositif externe via le proxy.

Relay Node

Dans un réseau Bluetooth Mesh, un “relais” est un type de nœud qui aide à étendre la portée du réseau en retransmettant les messages reçus à d’autres nœuds :

Rôle du Relais : Un nœud relais reçoit les messages d’autres nœuds et les retransmet pour s’assurer qu’ils atteignent leur destination finale. Cela est particulièrement utile dans les réseaux où les nœuds peuvent être hors de portée directe les uns des autres.

Fonctionnement : Lorsqu’un message est envoyé dans le réseau maillé, il peut ne pas atteindre directement le nœud destinataire en raison de la distance ou des obstacles. Les nœuds relais interviennent en recevant le message et en le retransmettant, permettant ainsi au message de “sauter” d’un nœud à l’autre jusqu’à atteindre sa destination.

Low Power Node

Dans un réseau Bluetooth Mesh, un “Low Power Node” (LPN) est un type de nœud conçu pour fonctionner avec une consommation d’énergie minimale :

Rôle du Low Power Node : Un LPN est un nœud qui est optimisé pour consommer très peu d’énergie, ce qui le rend idéal pour les appareils alimentés par batterie ou par récupération d’énergie. Ces nœuds passent la plupart de leur temps en mode veille pour économiser l’énergie.

Fonctionnement :

• Mode Veille : Les LPN restent en veille la plupart du temps et se réveillent périodiquement pour vérifier s’il y a des messages à recevoir ou à envoyer.

• Amis : Les LPN s’associent à des nœuds “amis” qui stockent les messages destinés au LPN pendant qu’il est en veille. Lorsque le LPN se réveille, il récupère les messages stockés auprès de son ami.

• Communication Efficace : Les LPN communiquent de manière efficace pour minimiser la consommation d’énergie, en utilisant des intervalles de réveil et des fenêtres de communication optimisés.

Friend Node

Dans un réseau Bluetooth Mesh, un “Friend” (ou “ami” en français) est un type de nœud qui aide les Low Power Nodes (LPN) à fonctionner de manière efficace en termes de consommation d’énergie :

Rôle du Friend Node : Un nœud ami agit comme un intermédiaire pour les LPN. Il stocke les messages destinés aux LPN pendant que ces derniers sont en mode veille, permettant ainsi aux LPN de rester inactifs la plupart du temps pour économiser l’énergie.

Fonctionnement :

• Stockage des Messages : Lorsqu’un message est envoyé à un LPN, le nœud ami le reçoit et le stocke temporairement.

• Réveil du LPN : Le LPN se réveille périodiquement et interroge son nœud ami pour récupérer les messages stockés.

• Transfert des Messages : Le nœud ami transmet alors les messages stockés au LPN.

Element

A completer.

Message

A completer.

Unicast Address

Une “Unicast Address” (ou adresse de diffusion individuelle) dans un réseau Bluetooth Mesh est une adresse unique attribuée à un seul nœud spécifique :

• Unique : Chaque nœud dans le réseau possède sa propre adresse unicast, qui l’identifie de manière unique.

• Communication Directe : Les messages envoyés à une adresse unicast sont destinés à ce nœud spécifique et ne sont traités que par lui.

• Utilisation : Utilisée pour les communications point-à-point, où un message doit être reçu et traité par un seul nœud particulier.

Group Address

Une “Group Address” (ou adresse de groupe) dans un réseau Bluetooth Mesh est une adresse qui permet de cibler plusieurs nœuds en même temps :

• Multicast : Une adresse de groupe permet d’envoyer un message à plusieurs nœuds simultanément, plutôt qu’à un seul nœud.

• Efficacité : Utilisée pour des communications où le même message doit être reçu par plusieurs nœuds, comme pour contrôler un groupe d’ampoules ou de capteurs.

• Utilisation : Idéale pour les commandes de groupe, où plusieurs dispositifs doivent réagir de la même manière à un message, par exemple, allumer toutes les lumières d’une pièce.

Pulish/Subscribe

A completer.

Model

A completer.

Generic

A completer.

Scene

A completer.

Energy Harvesting

A completer.

Revision date : Aug 21, 2025