Différence entre Bluetooth et Bluetooth Low Energy

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Niveau

Avancé
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Connaissez-vous la différence entre le Bluetooth et le Bluetooth Low Energy ?

Développé par le fabricant suédois Ericsson en 1994, ce n’est que 5 ans après, en 1999, qu’est sortie la première spécification (1.0) du Bluetooth. Portée par le Special Interest Group (SIG), composé de plusieurs grandes sociétés comme IBM, Intel, Toshiba, Microsoft ou encore Motorola, la technologie de communication sans fil Bluetooth, va connaître dès le début des années 2000 un fort engouement de par son déploiement sur de nombreux appareils du quotidien en commençant par les smartphones. Il faudra cependant attendre 2010 pour voir apparaître la version Bluetooth 4.0, intégrant la variante Bluetooth basse consommation connue sous les noms de Bluetooth Low Energy (BLE), Bluetooth LE ou encore Bluetooth Smart.

Dans cet article, découvrez plus en détails la différence entre Bluetooth et Bluetooth Low Energy (BLE), les avantages et inconvénients de chacune de ces variantes, mais également leur mode de fonctionnement. C’est parti !

Définition des termes

Qu’est-ce que le Bluetooth ?

Le Bluetooth utilisé dans notre quotidien pour transférer des données comme une musique, une photo, une vidéo se définit comme une technologie de connexion sans fil à courte portée, permettant de relier des appareils numériques entre eux. Il peut être utilisé avec différents périphériques : un téléphone, un ordinateur ou un casque/écouteur sans fil. Ce protocole de communication sans fil est conçu pour connecter automatiquement les appareils avec rapidité et sans aucun câble.

Le Bluetooth a ainsi permis une avancée technologique considérable. En effet, les téléphones portables ont connu de grandes évolutions en pouvant interagir les uns avec les autres, mais aussi avec divers accessoires. Cette technologie sans fil a littéralement transformé nos usages et a entre autres contribué à l’explosion des objets connectés domestiques ces dernières années.

Les industriels ont rapidement vu le potentiel de cette technologie, mais des évolutions techniques étant nécessaires pour pouvoir réellement utiliser le Bluetooth en milieu industriel, il aura fallu attendre la version 4.0 pour permettre un déploiement massif. C’est ainsi qu’est apparu le Bluetooth Low Energy.  

Qu’est-ce que le Bluetooth Low Energy (BLE) ?

Le Bluetooth Low Energy ou Bluetooth smart est une variante du Bluetooth « classique » qui permet d’envoyer de faible quantités de données. La principale différence entre Bluetooth et Bluetooth Low Energy est la faible consommation d’énergie de ce dernier. D’où son nom « Low Energy ». Cette spécificité technique permet entre autres d’allonger considérablement l’autonomie des objets connectés en réduisant leur temps d’activité. De par son fonctionnement, le Bluetooth Low Energy semble être plus adapté aux usages industriels. En effet, la majorité des cas d’utilisation industriels ne nécessitent pas une récurrence d’émission trop élevée, ni la transmission d’un grand nombre d’informations.

De ce fait, le Bluetooth Low Energy va être parfaitement adapté pour la transmission de données comme la température, la luminosité, un seuil de mouvement, un identifiant ou encore une heure. De plus, à la différence du Bluetooth classique, le BLE ne nécessite pas d’appairage de type maître/esclave pour fonctionner facilitant considérablement son usage à grande échelle.

Fonctionnement technique : différence entre Bluetooth et Bluetooth Low Energy

Pour permettre aux appareils de communiquer, le Bluetooth et le BLE fonctionnent grâce aux ondes radio UHF (Ultra Haute Fréquence) sur les fréquences comprises en 2.4 GHz et 2.483 GHz, au même titre que le WIFI et d’autres systèmes comme Zigbee.

Le standard Bluetooth (BLE compris) utilise la technique FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) appelée en français « l’étalement de spectre par saut de fréquence », consistant à découper la bande de fréquence en 39 canaux d’une largeur de 1MHz. Il va ensuite transmettre l’information en utilisant une combinaison de canaux. En changeant de canal jusqu’à 1600 fois par seconde, le standard Bluetooth permet d’éviter les interférences avec les signaux d’autres modules radio, ce qui peut s’avérer pratique en environnement industriel.

Comment fonctionne le Bluetooth ?

Entrons plus en détails dans le fonctionnement technique du Bluetooth. Comme nous l’évoquions plus haut, le standard Bluetooth est basé sur un mode de fonctionnement maître / esclave nécessitant un appairage qui peut-être plus ou moins long. Par exemple, si vous cherchez à envoyer de la musique depuis votre smartphone sur une enceinte connectée, dans cette configuration, le smartphone est le « maître » et l’enceinte connectée est « l’esclave ».

Le maître, va capter la présence des périphériques présents autour de lui. Cela va former ce que l’on le « picoréseau ». Un maître peut être connecté à un seul périphérique actif à la fois, mais va, avant d’établir la connexion, commuter très rapidement pour donner l’illusion d’une connexion simultanée à plusieurs appareils.

L’établissement d’une connexion entre deux périphériques passe par plusieurs étapes permettant d’assurer un certain niveau de sécurité :

  • Phase d’inquisition (inquiry)
  • Synchronisation avec le point d’accès (paging)
  • Découverte des services du point d’accès
  • Création d’un canal avec le point d’accès
  • Pairage à l’aide d’un code PIN
  • Utilisation du réseau

Une fois connectés, les deux appareils peuvent communiquer. Bien que la clé de sécurité, soit enregistrée, permettant de faciliter les échanges ultérieur, un appairage sera toujours nécessaire.

Comment fonctionne le Bluetooth Low Energy ?

Le protocole de communication Bluetooth Low Energy repose sur un certain nombre de couches essentielles à l’échange de données dont :  Generic Access Profile (GAP), Generic Attribute Protocol (GAAT) et Attribute Protocole (ATT) et la couche Link Layer (LL).

Différentes couches du protocole de communication Bluetooth Low Energy

La couche GAP : définition des rôles

La couche GAP (Generic Access Profile) introduit les différents rôles différents que peut avoir un objet connecté en BLE : le broadcaster, l’observer, le central et le peripheral. Cette couche est celle qui rend les appareils BLE visibles au monde extérieur et qui détermine la manière dont deux appareils peuvent (ou pas) interagir.

Le rôle va être défini par le fabricant, qui va décider la nature de celui-ci en fonction de l’utilisation et les fonctions qu’il souhaite donner à son produit.

  • Le broadcaster : il peut être utilisé comme serveur. Son rôle est de transmettre des données à d’autres appareils (clients). Il fonctionne en mode advertising et ne supporte pas le mode « connecté ».
  • L’observer / scanner : dans ce cas de figure, l’objet est à l’écoute des broadcaster environnants. Il interprète les données envoyées par le broadcaster et va réagir en conséquence. Il fonctionne en mode advertising et ne supporte pas le mode « connecté ».
  • Le central : il joue le rôle de passerelle (esclave) entre les « peripheral » (maître) et les serveurs de l’utilisateur. Il peut recevoir des données des périphériques, mais il peut aussi leur transmettre des informations en retour. Il supporte donc le mode « connecté ».
  • Le peripheral : il va accepter toutes les connexions du central et lui transmettre des données de façon périodique. Il supporte donc le mode « connecté ».
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Les différents rôles des objets Bluetooth Low Energy

Il est important de noter qu’en Bluetooth Low Energy, il y a deux façons pour que deux appareils communiquent entre eux : le mode advertising et le mode connecté. En mode advertising, les objets connectés en BLE vont envoyer à intervalles réguliers leurs informations sans pouvoir recevoir d’information en retour. Le mode connecté lui, va permettre aux objets connectés de dialoguer et d’échanger des informations entre eux. Ce lien peut être authentifié et encrypté pour accroître la sécurité. 

Les couches GATT et ATT : relation client serveur

La couche GATT ( Generic Attribute Profile) est une méthode de présentation des données utilisée par les périphériques BLE. Cette méthode se base sur la relation client/serveur (ATT), où l’objet connecté joue le rôle du serveur qui propose ses services au terminal (smartphone, ordinateur et autres passerelles) qui viendra se connecter dessus en tant que client. L’objet connecté va émettre périodiquement une trame pour signaler sa présence au « client » à proximité. Une fois la connexion établie, le client et le serveur vont alors pouvoir se connecter.

La couche LL : la relation maître/esclave

La couche Link Layer (LL) introduit les modes « maître » et « esclave ». Le « central » va jouer le rôle de « maître » et les périphériques vont jouer le rôle « d’esclave ». Le « maître » peut donner un ordre, envoyer une commande à un ou plusieurs « esclaves », alors que les périphériques, les « esclaves », vont pouvoir se connecter à un seul « maître » à la fois.

Nous sommes entrés ici dans le détail du fonctionnement technique du Bluetooth Low Energy. Ces informations s’adressent plus particulièrement aux intégrateurs de solutions IoT. En effet, pour l’utilisateur final, la connexion entre les périphériques Bluetooth et les serveurs est totalement transparente. Le Bluetooth Low Energy est très simple d’utilisation et totalement compatible avec les smartphones, PC et tablettes du marché.

Schéma synthétique du protocole BLE
Schéma synthétique du protocole BLE

Bluetooth et Bluetooth Low Energy : avantages et inconvénients de ces protocoles de communication

Les protocoles de communication Bluetooth et Bluetooth Low Energy, bien qu’ayant un socle commun, ne s’adressent pas du tout aux mêmes publics et ne répondent pas aux mêmes besoins. Le récapitulatif ci-dessous vous permettra d’affiner votre choix et de comprendre la différence entre Bluetooth et Bluetooth Low Energy.

Le Bluetooth classique

Avantages

  • Données en continu, idéal pour le streaming audio par exemple
  • Grande quantité de données : musiques, vidéos, photos

Inconvénients

  • Energivore
  • Portée d’émission assez courte : entre 10 et 15 mètres maximum

Le Bluetooth Low Energy

Avantages

  • Faible consommation d’énergie offrant une très forte autonomie des devices BLE.
  • Portée d’émission longue pouvant aller jusqu’à plusieurs centaines de mètres
  • Coût d’acquisition compétitif

Inconvénients

  • Connexion non continue
  • Informations relativement légères

Ce qu’il faut retenir :

Le Bluetooth « classique » sera plutôt utilisé par le grand public pour sa capacité à envoyer une grande quantité de données en continu comme de la musique ou des vidéos.

Le BLE sera plutôt à destination de l’industrie permettant de remonter une petite quantité d’informations non continue, sur la durée. De plus, sa faible consommation assure un coût d’acquisition avantageux et permettant aux entreprises de déployer des projets IoT rapidement et simplement.

En 2016, est sortie la core specification Bluetooth 5.0 donnant lieu à deux nouvelles versions depuis, la 5.1 et la 5.2. Ces nouvelles spécifications ont permis entre autres d’améliorer le débit ainsi que la portée de transmission, mais également de pouvoir utiliser le Bluetooth comme technologie de localisation en ajoutant pour le Bluetooth classique, la détection par angle d’arrivée et pour le BLE, la possibilité de déterminer la direction du signal. Depuis 2019, le SIG Bluetooth travaille sur la possibilité de créer des profils audio en BLE jusque-là réservé au Bluetooth classique.

mathieu ABET
Mathieu ABET
Ingénieur logiciel
Ingénieur développement logiciel chez ELA Innovation, Mathieu a fait ses études à l’université de Montpellier 2 où il a reçu son diplôme de Master en Systèmes Automatisé. Rapidement, il rejoint le monde de l’entreprise en tant que développeur logiciel. A travers diverses expériences professionnelles, il plonge dans différents domaines tel que le semi-conducteur, le médical ou la banque. Curieux et passionné de technologie c’est tout naturellement qu’il s’intéresse aux objets connectés et rejoint ELA innovation pour travailler sur la gamme Bluetooth.
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