Le Bluetooth MESH, standardisé par le Bluetooth SIG en juillet 2017, a révolutionné les réseaux maillés en apportant une connectivité robuste, flexible et sécurisée pour les appareils connectés. Depuis, les fondeurs tels que Nordic Semiconductor, Silicon Labs et Texas Instruments
Le Bluetooth MESH, standardisé par le Bluetooth SIG en juillet 2017, a révolutionné les réseaux maillés en apportant une connectivité robuste, flexible et sécurisée pour les appareils connectés. Depuis, les fondeurs tels que Nordic Semiconductor, Silicon Labs et Texas Instruments ont développé des implémentations et des SDK adaptés.
En 2023 et 2024, des mises à jour majeures ont renforcé ce protocole, confirmant son rôle central dans les domaines de la maison connectée, de l’industrie et des Smart Cities. Découvrez comment ces avancées transforment l’IoT.
On vous en dit davantage dans cet article.
Contrairement au Bluetooth Low Energy (BLE) classique qui impose une topologie en étoile, le Bluetooth MESH introduit une architecture réseau maillée. Cette topologie permet :
Idéal pour des applications comme la maison connectée ou les environnements industriels, cette topologie révolutionne la manière dont les appareils IoT communiquent.
En 2023, de nouvelles fonctionnalités telles que le provisionnement à distance et les mises à jour de firmware OTA (Over-the-Air) ont été intégrées au standard Bluetooth MESH. Ces ajouts simplifient la gestion des réseaux et réduisent les besoins d’intervention physique, rendant la technologie idéale pour les infrastructures à grande échelle comme les bâtiments intelligents et les Smart Cities.
La spécification Bluetooth MESH repose sur une technique de diffusion appelée Managed Flooding, où les messages sont relayés de nœud en nœud jusqu’à atteindre toutes les destinations. Cette approche garantit :
En 2024, la version Bluetooth 6.0 a introduit des améliorations en termes d’efficacité énergétique et de latence, ce qui optimise encore les performances des réseaux basés sur le Bluetooth MESH.
Les périphériques BLE « standards » utilisant le GATT et qui sont actuellement utilisés, ne sont pas en mesure d’envoyer des messages Bluetooth MESH, ni capables de les interpréter.
Bluetooth SIG a donc fourni une compatibilité descendante en incluant les fonctionnalités du GATT aux nœuds Bluetooth MESH permettant la connectivité avec tout appareil prenant en charge le GATT, tant que le périphérique est compatible avec le Bluetooth 4.0 ou une version ultérieure.
En plus de leur capacité à émettre et recevoir des messages, Bluetooth MESH introduit différentes Features additionnelles qui peuvent se cumuler sur chaque nœud :
La topologie et les différents types de noeuds d’un réseau Bluetooth MESH
Les nœuds sont configurés avec 4 Ressources qui définissent un réseau Bluetooth MESH et permettent de le rejoindre :
Les clés de réseau et les clés d’application sont générées à l’aide d’un générateur de nombres aléatoires, tel que défini dans la spécification Bluetooth. Ces deux clés sont partagées entre tous les nœuds de l’ensemble du réseau pour la NetKey ou d’un sous-ensemble à isoler pour l’AppKey.
La communication n’est possible que si elle est réalisée avec la clé de réseau appropriée.
Les périphériques d’un réseau Bluetooth MESH peuvent envoyer des informations à plusieurs périphériques du réseau. Le terme à utiliser est Publish. Les périphériques peuvent également être configurés pour suivre les informations d’une ou de plusieurs sources ou d’un Group. Ceci s’appelle Subscribe.
Une fonctionnalité appelée Periodic Publish permet d’envoyer des messages périodiquement.
Exemple : dans le cas d’une une maison possédant une cuisine avec 1 interrupteur et 2 lumières. Chaque lumière doit être contrôlée par cet interrupteur. Dans ce cas, l’interrupteur publie son état sur le topic “cuisine” et chacune des lampes s’abonne à ce topic. Chaque pièce de la maison est gérée de la même manière. Une lampe peut également s’abonner à plusieurs topics.
Les périphériques qui ne font pas encore partie d’un réseau Bluetooth MESH sont appelés des périphériques non approvisionnés. Ces périphériques annoncent leur présence et peuvent être ajoutés au MESH pour devenir des nœuds du réseau par un processus appelé Provisioning.
Lors du Provisioning, le Provisioner, qui est généralement un smartphone, fournit au nœud la NetKey, l’Index IV actuel et une adresse unicast pour chaque élément du nœud.
Le cycle de provisioning des périphériques Bluetooth MESH
Toutes les communications dans un réseau Bluetooth MESH sont basées sur l’envoi de messages.
La couche transport du protocole gère la fragmentation des messages lorsque la taille maximale de la charge utile est atteinte. Par ailleurs, les messages peuvent imposer un acquittement ou non.
Le format des paquets (PDU) Bluetooth MESH
Une multitude de cas d’usage IoT nécessitent que l’utilisateur soit capable de contrôler un seul nœud, un groupe de nœuds ou tous les nœuds simultanément. Cette fonctionnalité est fournie dans le Bluetooth MESH en utilisant l’adressage Unicast, Virtuel et de Group
Les adresses de Group sont également utilisées pour le multicast et peuvent représenter plusieurs éléments dans un ou plusieurs nœuds.
Il est important de noter que le Bluetooth MESH permet un regroupement flexible de tous les types d’appareils .
Le Bluetooth SIG a toujours mis la sécurité au cœur de ses spécifications, et le Bluetooth MESH ne fait pas exception :
En 2024, le chiffrement des PDU réseau a été renforcé pour inclure un modèle de nonce dynamique, offrant une meilleure résistance aux attaques de rejeu.
Pour aller plus loin,
>> Lire l’article « quel niveau de sécurité bluetooth pour mon objet connecté ».
La clé de périphérique est utilisée pour authentifier et chiffrer les communications entre le Provisionner et un nœud. Les autres nœuds n’ont aucun moyen d’interpréter la communication entre ces deux dispositifs.
La DevKey est la clé la plus critique dans le réseau maillé.
La flexibilité du réseau maillé est fournie par le fait que tout nœud peut être configuré pour n’utiliser qu’un ou plusieurs réseaux simultanément. Cela permet d’utiliser un ou plusieurs sous-réseaux via la définition de NetKeys de sous-réseau. Les sous-réseaux sont des groupes de nœuds capables de communiquer entre eux au niveau de la couche réseau.
Alternativement, un nœud peut appartenir à deux ou plusieurs réseaux maillés totalement séparés. Un bon exemple d’un tel cas serait un téléphone portable qui pourrait faire partie d’un réseau maillé domestique, d’un réseau Bluetooth MESH de bureau et d’un réseau Bluetooth MESH de véhicule.
Le nombre maximal de clés de réseau différentes dans une installation est de 4096, ce qui permet de créer des compartiments à l’intérieur d’un réseau en cas de besoin.
La NetKey est utilisée pour dériver d’autres clés en utilisant le hash cryptographique AES-CMAC.
Un réseau maillé peut contenir un ou plusieurs domaines d’application, chacun avec une AppKey unique. Les nœuds qui sont configurés avec une AppKey particulière peuvent recevoir et transmettre des messages liés à ladite application tout en relayant les messages provenant de nœuds appartenant à différents domaines d’application. Cela permet le compartimentage des applications, ce qui augmente la sécurité.
Les seules parties en clair du PDU Bluetooth MESH sont l’Index VI et l’identificateur de réseau (NID). Le reste du PDU est chiffré à l’aide d’AES-CCM. Ceci rend impossible l’écoute passive de la structure du réseau puisque l’en-tête, le TTL, le numéro de séquence, la source, etc. ne sont pas envoyés en clair.
Les Nonces sont générés à partir de numéros de séquence et d’autres en-têtes réseau.
L’intégrité du message est protégée par un MIC 32 ou 64 bits.
Le message a un numéro de séquence unique de 24 bits. La protection contre les attaques par rejeu est assurée en utilisant un numéro de séquence dont les nœuds gardent trace en fonction de l’adresse source.
Avec le provisionnement à distance et les mises à jour OTA, la gestion des infrastructures connectées, comme les éclairages publics, devient plus efficace et économique.
La réduction de latence apportée par le Bluetooth 6.0 (2024) est idéale pour les systèmes automatisés et les environnements industriels nécessitant une communication en temps réel.
Le Bluetooth Channel Sounding, introduit avec le Bluetooth 6.0, permet une localisation précise des appareils. Cela ouvre des perspectives pour le suivi logistique et la gestion des inventaires.
Grâce à la structure Publish/Subscribe, la gestion des appareils domestiques est simplifiée. Par exemple, un interrupteur peut publier son état sur un topic que plusieurs lampes s’abonnent à pour synchroniser leur comportement.
Le Bluetooth MESH, enrichi par les évolutions de 2023 et 2024, reste un pilier pour les réseaux maillés. Sa capacité à connecter de nombreux équipements, combinée à des mises à jour régulières, en fait une solution incontournable pour les domaines de la maison connectée, de l’industrie 4.0 et ou la Smart City.
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