BLE & communications de courte portée¶

Bluetooth Low Energy 5.x, NFC et RFID couvrent la plage 0–100 m avec des consommations de quelques µA à quelques mA — le trio de référence pour les objets portables, l'inventaire et le provisioning.

BLE 5.x — couche physique et performances¶

Bluetooth Low Energy (BLE) a été introduit dans la spécification Bluetooth 4.0 (2010) et évolue régulièrement. BLE 5.x (2016+) triple le débit et quadruple la portée par rapport à BLE 4.2 grâce à de nouvelles options PHY.

PHY disponibles¶

La PHY Coded utilise un code FEC (Forward Error Correction) qui améliore la sensibilité au prix du débit. Utile pour les beacons industriels ou les capteurs en extérieur.

Advertising — legacy vs extended¶

L'advertising extended permet de diffuser des payloads de 255 octets sur des canaux secondaires (0–36), réduisant les collisions sur les 3 canaux primaires.

Stack BLE — architecture en couches¶

graph TB
    A[Application\nLogique métier, données] --> B
    B[GATT\nGeneric Attribute Profile\nProfils, services, caractéristiques] --> C
    C[ATT\nAttribute Protocol\nLecture/écriture d'attributs] --> D
    D[L2CAP\nLogical Link Control\nMultiplexage, segmentation] --> E
    E[HCI\nHost Controller Interface\nSéparation host/controller] --> F
    F[Link Layer\nConnexion, canaux, crypto] --> G
    G[PHY\n1M / 2M / Coded\nModulation GFSK]

    style A fill:#2d6a4f,color:#fff
    style B fill:#1b4332,color:#fff
    style C fill:#1b4332,color:#fff
    style D fill:#40916c,color:#fff
    style E fill:#52b788,color:#fff
    style F fill:#74c69d,color:#fff
    style G fill:#95d5b2,color:#fff

Profils GATT — services et caractéristiques¶

GATT (Generic Attribute Profile) structure les données BLE en une hiérarchie Profil → Service → Caractéristique → Descripteur.

Hiérarchie¶

Profil : Heart Rate Monitor
  Service : Heart Rate (UUID 0x180D)
    Caractéristique : Heart Rate Measurement (UUID 0x2A37)
      Propriétés : Notify
      Descripteur : Client Characteristic Configuration (CCCD, UUID 0x2902)
    Caractéristique : Body Sensor Location (UUID 0x2A38)
      Propriétés : Read
  Service : Battery Service (UUID 0x180F)
    Caractéristique : Battery Level (UUID 0x2A19)
      Propriétés : Read, Notify

Propriétés des caractéristiques¶

UUIDs¶

Les services/caractéristiques standard utilisent des UUID 16 bits (ex : 0x180D). Les services propriétaires utilisent des UUID 128 bits (ex : 6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E).

BLE Mesh — réseau maillé publish/subscribe¶

BLE Mesh (spécification Bluetooth SIG 2017) transforme des nodes BLE en réseau mesh à grande portée via du flooding et des relais.

Rôles des nœuds¶

graph LR
    P[Provisioner\nSmartphone/gateway] -- provisioning --> N1
    subgraph Réseau mesh
        N1[Node relais\nRouter] -- relay --> N2[Node relais]
        N1 -- relay --> N3[Node relais]
        N2 -- relay --> N4[Low Power Node\nCapteur batterie]
        N3 -- relay --> N5[Friend Node\nStock messages]
        N5 -. messages en attente .-> N6[Low Power Node\nEndpoint]
    end
    N1 -- messages --> AP[Application\nDomotique]

Modèle publish/subscribe¶

Chaque node peut publier sur une adresse de groupe et s'abonner à des adresses. Les messages traversent le réseau par flooding avec un TTL décrémenté à chaque saut (TTL max = 127).

Provisioning¶

Le provisioning associe un node au réseau via un échange sécurisé (ECDH + AES-CCM) qui distribue la NetKey (clé réseau) et l'AppKey (clé application). Effectué une seule fois par le Provisioner (application mobile ou gateway).

NFC — Near Field Communication¶

NFC opère à 13,56 MHz sur des distances de 0 à ~10 cm. Basé sur ISO 14443 (cartes à puce) et ISO 18092, il supporte trois modes opératoires :

Modes NFC¶

NDEF — NFC Data Exchange Format¶

NDEF est le format de message standardisé pour les tags NFC. Un message NDEF contient un ou plusieurs records :

Record type   : URI (TNF=0x01, Type="U")
Payload       : https://device.example.com/config/ABC123

Record type   : Text (TNF=0x01, Type="T")
Payload       : "SN:2024-ABC-0042"

Cas d'usage IoT¶

• Provisioning : tapoter un smartphone sur un device IoT pour le configurer (Wi-Fi credentials via NDEF + App)
• Authentification : badge NFC pour déverrouiller un équipement industriel
• Identification : lecture de numéro de série ou URL de configuration
• Maintenance : NFC tag sur machine → lien direct vers fiche technique et historique

RFID — identification sans contact à distance¶

RFID (Radio Frequency IDentification) couvre une gamme de fréquences plus large que NFC, avec des portées allant de quelques centimètres à plusieurs mètres.

Bandes de fréquence¶

Tags passifs vs actifs¶

EPC Gen2 (ISO 18000-63)¶

Standard dominant en logistique UHF : Electronic Product Code sur 96 à 496 bits. Permet la lecture simultanée de centaines de tags (anti-collision par slots aléatoires). Utilisé dans les entrepôts, la grande distribution (Walmart, Amazon) et la traçabilité pharmaceutique.

Tableau comparatif — BLE vs NFC vs RFID¶

Ce qu'il faut retenir¶

• BLE 5.x offre trois PHY au choix : 2M pour le débit, Coded S=8 pour la portée (jusqu'à ~1 km). La PHY s'adapte dynamiquement selon les conditions radio.
• GATT structure les échanges en Services/Caractéristiques avec des propriétés (Read/Notify/Indicate) qui déterminent le modèle d'interaction.
• BLE Mesh permet des réseaux maillés à centaines de nœuds avec des Low Power Nodes qui dorment et s'appuient sur des Friend Nodes.
• NFC excelle pour le provisioning et l'authentification de proximité grâce aux tags passifs sans batterie.
• RFID UHF EPC Gen2 reste indétrônable pour la logistique à grande échelle (lecture de centaines de tags simultanément à plusieurs mètres).

Chapitre suivant : LoRa & LPWAN — communiquer sur des kilomètres avec une pile de batterie pendant des années.