Normes et technologie Bluetooth

Bluetooth pour IoT

Bluetooth® est un protocole de réseau personnel sans fil (PAN) conçu pour communiquer sur des distances relativement courtes (jusqu'à un kilomètre dans certains cas), en fonction de facteurs tels que la sensibilité du récepteur, la puissance de transmission et le gain de l'antenne. Il fonctionne dans la gamme de fréquences de 2,4 GHz, qui est sans licence, dans le monde entier.

La technologie Bluetooth a été créée à l'origine pour remplacer les câbles de données RS-232 nécessaires pour connecter les ordinateurs personnels et les téléphones portables à leurs accessoires et périphériques, tels que les haut-parleurs, les casques et les claviers. Pourtant, elle s'est développée au-delà de l'imagination la plus folle pour prendre en charge une vaste gamme de cas d'utilisation, des systèmes de point de vente mobiles aux vêtements, en passant par la gestion du trafic et les applications industrielles.

Une brève histoire de Bluetooth

Bluetooth a vu le jour en 1998 avec le lancement du Bluetooth Special Interest Group (SIG), une association commerciale à but non lucratif issue d'un partenariat entre cinq entreprises : Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba. Le premier produit commercial a été lancé un an plus tard. Grâce à sa commodité, sa flexibilité et son faible coût, Bluetooth a rapidement gagné en popularité et est devenu presque universellement disponible dans les produits de consommation tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs portables. Il s'agit également d'une caractéristique standard dans pratiquement toutes les nouvelles voitures, pour prendre en charge les systèmes d'infodivertissement embarqués et permettre aux conducteurs de téléphoner en mains libres.

SIG est passé du groupe initial de cinq personnes à plus de 35 000 entreprises membres dans le monde entier, issues de secteurs tels que les télécommunications, l'informatique, les réseaux et l'électronique grand public. L'organisation est basée à Kirkland, Washington.

La technologie Bluetooth aujourd'hui

Après avoir été largement accepté sur les marchés grand public, les nouveaux protocoles Bluetooth ont permis à la technologie de jouer un rôle majeur dans l'Internet des objets (IoT). Les plates-formes de développement Digi prennent en charge Bluetooth afin que les développeurs puissent intégrer facilement cette technologie dans leurs conceptions. Par exemple, la famille de systèmes sur modules ConnectCore® de Digi est pré-certifiée pour la connectivité Bluetooth. Le Digi XBee® Mobile SDK aide les clients à concevoir des applications Bluetooth qui interagissent avec les modulesDigi XBee 3.

Bluetooth est désormais disponible en trois protocoles différents, chacun d'entre eux étant optimal pour certains cas d'utilisation. Et si Bluetooth a été conçu à l'origine pour une utilisation à courte portée, les dernières versions sont capables de transmettre des signaux jusqu'à un kilomètre. Les trois protocoles actuellement disponibles sont : Bluetooth Classic, Bluetooth Low Energy (BLE) et Bluetooth Mesh.

Cas d'utilisation et exemples d'application du Bluetooth Classic

Le protocole Bluetooth Classic est conçu pour les appareils qui peuvent être rechargés quotidiennement ou hebdomadairement, ce qui le rend plus adapté aux réseaux de taille limitée. Il est conçu pour transmettre des données à haut débit, jusqu'à 2,1 Mbps, sur de courtes distances. Ayant été initialement conçu pour remplacer les câbles périphériques à courte portée, le Bluetooth Classic n'est généralement pas évolutif pour les applications IoT telles que les réseaux de capteurs hébergeant des centaines de dispositifs.

Cas d'utilisation et exemples d'application de la technologie Bluetooth Low Energy (BLE)

Le Bluetooth Low Energy (appelé à l'origine Bluetooth Smart) prend en charge les connexions à faible bande passante sur de courtes distances dans des applications qui n'ont pas besoin de traiter de gros flux de données et où les piles peuvent durer des mois, voire des années. La technologie BLE est constamment mise à jour. Aujourd'hui, avec Bluetooth 5.0, BLE est l'un des protocoles sans fil les plus répandus dans le monde.

Les appareils Bluetooth Low Energy peuvent fonctionner avec de petites piles de monnaie, ce qui fait du BLE un bon choix pour les appareils qui ne transmettent que de petites quantités de données et doivent fonctionner sans surveillance pendant de longues périodes. Cette fonctionnalité prend en charge une gamme d'appareils médicaux, de wearables et d'implantables, tels que les appareils auditifs et les défibrillateurs.

Le BLE est également un choix populaire pour des applications telles que les balises de localisation, les balances numériques, les moniteurs de température, les contrôleurs d'éclairage et d'autres applications fonctionnant sur batterie à faible bande passante, ainsi que pour les produits de consommation, notamment les appareils ménagers, les moniteurs de fitness, les montres intelligentes et les télécommandes de décodeurs TV. Le balisage en BLE est conçu pour prendre en charge les systèmes de positionnement intérieur qui peuvent aider les gens à déterminer leur emplacement à l'intérieur d'un magasin de détail, d'un centre commercial ou d'un autre bâtiment, ainsi que pour la surveillance des performances du système et des seuils de tolérance.

Les dispositifs et les puces BLE peuvent être très rentables. En tant que protocole point à point, la taille physique des réseaux est limitée à la portée traditionnelle de Bluetooth d'environ 30 pieds, bien que cette mesure varie largement en fonction des facteurs évoqués précédemment. (Une excellente discussion des variables affectant la portée Bluetooth est disponible sur le site Web de Bluetooth). Cependant, la capacité de la bande passante de la technologie BLE est beaucoup plus faible que celle de la technologie Bluetooth classique, ce qui la rend inadaptée au volume de données impliqué dans la diffusion de médias en continu.

Les solutions de développement Digi qui prennent en charge le Bluetooth Low Energy comprennent les modules Digi ConnectCore 6UL, Digi ConnectCore 8X et Digi ConnectCore 8M Nano. De plus, les modulesDigi XBee 3 intègrent le BLE comme option de connectivité sans fil pour les développeurs souhaitant connecter leurs applications aux appareils mobiles, permettant l'utilisation d'un téléphone ou d'une tablette pour configurer et tester les réseaux sans fil.

Cas d'utilisation et exemples d'application de Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh (BT Mesh), qui a été lancé en 2017, étend le BLE point à point pour créer des réseaux maillés où les nœuds servent de relais pour étendre le réseau au-delà de la portée d'un seul appareil. Les réseaux formés en tant que maillage peuvent transmettre et acheminer des messages vers des destinations bien au-delà de leur portée nominale, formant ainsi de très grands réseaux physiques qui peuvent évoluer jusqu'à inclure des centaines d'appareils. Les réseaux sont auto-formés et auto-réparateurs, avec un support de sommeil pour les dispositifs finaux dans une relation parent/enfant de stockage et de transmission similaire à Zigbee. Bluetooth Mesh offre également un faible coût, une faible consommation d'énergie et une bonne sécurité.

Les réseaux Bluetooth Mesh sont capables de contrôler, de surveiller et d'automatiser des centaines d'appareils connectés pour gérer des bâtiments intelligents et toute une série d'autres applications industrielles IoT (IIoT). Bluetooth Mesh a été initialement conçu pour le marché de l'éclairage et, comme les nœuds du routeur doivent être alimentés en permanence, l'éclairage est une excellente application, puisque la plupart des lampes ont accès à une alimentation à plein temps. Les réseaux de capteurs peuvent également être pris en charge par Bluetooth Mesh, mais les capteurs eux-mêmes doivent être mis en œuvre là où une alimentation à plein temps est disponible.

Bluetooth pour les applications IoT

Bluetooth, sous ses différentes formes, est désormais utilisé dans une variété croissante d'applications sur IoT . Voici quelques exemples des nombreux cas d'utilisation de Bluetooth.

• Suivi des biens et services de localisation : Les solutions de services de localisation en temps réel (RTLS) sont utilisées pour le suivi des biens et des personnes, qu'il s'agisse de localiser avec précision les équipements et les travailleurs dans une usine ou un entrepôt, ou les appareils médicaux et le personnel dans un hôpital.
• Automatisation des bâtiments : La connectivité Bluetooth sans fil dans l'automatisation centralisée des systèmes essentiels des bâtiments - notamment l'éclairage, la sécurité et le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC) - peut contribuer à économiser l'énergie, à réduire les coûts d'exploitation et à prolonger la durée de vie des systèmes centraux d'un bâtiment.
• Surveillance de l'état : Les réseaux de capteurs déployés à grande échelle dans une usine permettent de surveiller en temps réel les performances du système afin de réduire la maintenance, d'améliorer la mise à jour des applications et d'accroître l'efficacité opérationnelle globale.
• Surveillance de réservoir : La connectivité Bluetooth est utile pour les notifications critiques, comme dans les applications de surveillance des réservoirs et des vannes qui utilisent des dispositifs comme Digi Connect® Sensor+. Elle permet aux installateurs locaux, aux techniciens ou aux conducteurs d'avoir un retour d'information instantané sur les valeurs des capteurs via Bluetooth.
• Systèmes intelligents de gestion du trafic (ITS): Les dispositifs Bluetooth détectés dans les véhicules qui passent peuvent fournir des informations telles que le nombre et la vitesse des véhicules sur la route pour prendre en charge des applications telles que la mise à jour en temps réel de la signalisation routière, le contrôle adaptatif du trafic et le routage des véhicules d'urgence. Le "scan Bluetooth" pour ces applications peut être effectué par les routeurs Digi TX54 et Digi TX64. En outre, les routeurs dotés de capacités Bluetooth peuvent fournir une connectivité et des communications de données aux équipes de maintenance des systèmes de circulation.
• Applications médicales : Les capacités Bluetooth sans fil pour la surveillance et le diagnostic des patients rendent les informations critiques immédiatement disponibles pour les soignants et le personnel médical. Les cas d'utilisation médicale incluent les dispositifs portables pour aider à diagnostiquer les conditions, administrer des médicaments et transmettre des informations sur les patients.
• Recherche de contacts: La pandémie de COVID-19 a démontré que la technologie peut aider à stopper la propagation virale. Bluetooth peut permettre une recherche précise des contacts afin de suivre, enregistrer et envoyer des données en temps réel pour une réponse rapide.
• Applications de covoiturage et de location : Les employés qui surveillent et entretiennent les vélos et scooters de location dans les villes ou les stations balnéaires peuvent utiliser des applications Bluetooth sur le terrain pour vérifier les batteries et autres systèmes. La location de vélos et de scooters en ville est un autre cas d'utilisation, qui fait appel à des appareils LTE-M/NB-IoT deDigi XBee Cellular avec balisage Bluetooth.
• Parcs solaires et éoliens : La plupart des installations solaires ou éoliennes comprennent des modules radio fixés à chaque panneau solaire ou turbine. Grâce à la technologie Bluetooth, les techniciens peuvent effectuer des relevés pour évaluer les valeurs actuelles, la productivité ou la nécessité d'une intervention.
• Systèmes de validation des billets : Les manifestations sportives, les concerts et autres événements rassemblant de grandes foules peuvent utiliser des lecteurs équipés de Bluetooth pour valider les billets munis de codes-barres ou de codes QR.
• Orientation : Les systèmes de positionnement intérieur Bluetooth (IPS) sont rapidement devenus la norme pour surmonter les problèmes de couverture intérieure du GPS, aidant les visiteurs à s'orienter dans les grands espaces publics, des aéroports aux gares en passant par les musées et les stades.

Création d'applications Bluetooth avec le SDK mobile Digi XBee

La série de modems cellulaires 3Digi XBee inclut le Bluetooth Low Energy intégré pour la configuration et le contrôle locaux via des dispositifs mobiles. Digi propose le Digi XBee Mobile SDK (Software Development Kit) pour aider les ingénieurs à accélérer la conception et le développement d'applications Bluetooth utilisant XBee. Le SDK Digi XBee Mobile est un ensemble de bibliothèques, d'exemples de code et de documentation qui permet de simplifier le processus de création d'applications mobiles iOS et Android qui interagissent avec les modules Digi XBee 3 via Bluetooth.

L'ajout de Bluetooth à une application IoT ajoute une valeur considérable à la mise en service, à la configuration et au dépannage d'un réseau. Mais la création d'une application mobile pour intégrer une application IoT et un appareil mobile peut être délicate, avec une authentification et un cryptage complexes impliqués dans la conception d'une application mobile compatible Bluetooth. Le SDK mobile Digi XBee fournit le support nécessaire pour simplifier et accélérer ces processus.

Croissance de Bluetooth et opportunités futures

La technologie Bluetooth devrait équiper chaque année plus de 6 milliards d'appareils d'ici 2025, selon le rapport 2021 Bluetooth Market Update de Bluetooth SIG. Le rapport indique que les principaux cas d'utilisation de Bluetooth et les besoins du marché comprennent aujourd'hui le streaming audio, le transfert de données, les services de localisation et les réseaux d'appareils. En outre, l'organisation prévoit que

• 10% CAGR entre 2021 et 2025
• En 2025, 70 % des dispositifs Bluetooth seront des périphériques.
• croissance de 3x des expéditions annuelles de dispositifs monomodes Bluetooth LE de 2021 à 2025

Toute organisation qui conçoit, construit ou bénéficie de la connectivité sans fil sur le site IoT doit inclure Bluetooth dans sa planification à court et à long terme. Certes, Bluetooth n'est qu'une des nombreuses technologies sans fil disponibles sur le marché. Mais comme de nombreux secteurs tirent parti de ses atouts - tels que la rentabilité, la sécurité et la facilité d'utilisation - il est important que chaque organisation évalue les cas d'utilisation potentiels de l'intégration de Bluetooth afin de créer de nouvelles fonctionnalités et un retour sur investissement.

Contactez Digi dès aujourd'hui pour discuter de la place de Bluetooth dans votre prochain projet IoT , ou pour obtenir une assistance en matière de conception et de développement afin d'amener votre idée sur le marché.