Bluetooth 6

Bluetooth 6

Le Bluetooth^® 6 est la dernière version majeure de la norme Bluetooth, qui permet aux équipements électroniques à courte portée d'échanger des données sans fil. Annoncé en septembre 2024 par le Bluetooth Special Interest Group (SIG), Bluetooth 6 présente quelques fonctionnalités clés :

• Sondage de canaux, pour des mesures de distance précises
• Filtrage des annonces basé sur les décisions, pour une analyse plus efficace des canaux
• Surveillance des annonceurs, pour une meilleure efficacité énergétique lorsque les équipements entrent et sortent de la zone de portée
• Mises à jour de l’intervalle intertrame, pour un débit plus élevé et une meilleure gestion de la coexistence

Selon le SIG, le sondage des canaux Bluetooth permet d’obtenir une meilleure perception de la distance, avec une précision de 10 cm, ainsi qu’une sécurité renforcée. 

Mesure de la distance avec le sondage des canaux Bluetooth

Avant la norme Bluetooth 6, la mesure de l'indicateur de puissance du signal reçu (RSSI) était utilisée pour déduire la distance entre deux équipements Bluetooth, en supposant une atténuation en espace libre sur la liaison. Cependant, si le signal subissait des pertes plus importantes dues aux trajets multiples ou à l’ombrage, la distance était surestimée.

Le Bluetooth 6 introduit deux méthodes pour mesurer la distance avec précision :

• La mesure du temps aller-retour ou round-trip time (RTT)
• La mesure de la distance basée sur le phase ou phase-based ranging (PBR)

RTT

La méthode de mesure du RTT avec le Bluetooth 6 se base sur le fait que le temps de vol (ou « time of flight », TOF) du signal entre deux équipements correspond à la moitié du RTT. Elle permet alors de calculer précisément la distance d comme suit :

\(d=(\tfrac{RTT}{2})*c\)

où c est la vitesse de la lumière. Cette méthode nécessite des mesures précises du temps de départ (ou « time of departure », TOD) du signal sortant de l’équipement 1 (l'initiateur), du temps d'arrivée (ou « time of arrival », TOA) du signal sortant de l’équipement 2 (le réflecteur), du TOD du signal de retour de l’équipement 2, et du TOA du signal de retour sur l’équipement 1. Le schéma ci-dessous illustre les trajets du signal et les temps correspondants. Le temps t_I correspond au RTT de l’initiateur, et le temps t_R correspond au temps écoulé entre la réception au niveau du réflecteur et sa transmission ultérieure.

PBR

La méthode de mesure du PBR avec le Bluetooth 6 utilise deux signaux de fréquences différentes pour mesurer la distance. Ces signaux sont de simples tonalités, des ondes sinusoïdales. La distance peut être calculée en fonction de la différence de phase entre les deux tonalités reçues. Étant donné qu'une valeur de différence de phase donnée peut correspondre à un nombre infini de distances, l’équipement compatible Bluetooth 6 sélectionne la distance la plus courte qui satisfait à la condition de différence de phase. La portée attendue du PBR est d’environ 150 m. De plus, si trois ֺnœuds de localisation Bluetooth 6 ou plus participent à la localisation RTT ou PBR, ils peuvent utiliser la trilatération pour déterminer la position d’un équipement pisté.

Le Bluetooth 6 définit les méthodes de mesure de distance du RTT et du PBR, mais le sondage de canaux n'impose pas d’algorithme spécifique pour calculer les estimations de distances. Cette flexibilité permet aux fabricants d’équipements d'adapter leurs solutions à divers cas d'usage, en conciliant la complexité computationnelle avec la précision requise et en s’adaptant à différents environnements radio.

Mesures de sécurité renforcées avec le Bluetoot 6

Les équipements Bluetooth 6 utilisant le sondage de canaux bénéficient d'une sécurité face à l’usurpation de distance et aux attaques de l’homme du milieu, pour les raisons suivantes :

• Les patterns de bits sont randomisés avec un générateur de bits aléatoires déterministe normalisé.
• La puissance de transmission peut être modifiée pour réduire le rapport signal sur bruit reçu pour les attaquants.
• Les équipements peuvent déployer un système de détection d'attaque.
• Le RTT et le PBR peuvent être combinés pour fournir des mesures de distance redondantes et détecter plus facilement les résultats falsifiés.

Les autres améliorations de sécurité du Bluetooth 6 incluent :

• Utilisation de l'Advanced Encryption Standard (AES)
• Filtrage des annonces basé sur les décisions, qui réduit les transmissions de données inutiles et réduit l'exposition aux modules d'écoute indésirables
• Utilisation de Diffie-Hellman basé sur les courbes elliptiques (ECDH) pour la génération de clés sécurisées lors de l'appairage de deux équipements

Cas d'utilisation et applications du Bluetooth 6

Le sondage des canaux Bluetooth 6 peut être utilisé pour :

• Entrée dans un véhicule sans clé, par communication entre une télécommande ou un téléphone et les points d'ancrage de la voiture
• Serrures intelligentes, pour permettre l'accès seulement quand un équipement autorisé se trouve dans un certain rayon des serrures
• Géorepérage, pour limiter l'accès à des zones désignées
• Gestion d'entrepôt, pour surveiller l'inventaire et gérer la logistique
• Localisation de tout objet ou bien d’intérêt, quel qu’il soit

Ces cas d'utilisation peuvent supporter des applications pour les équipements de domotique, les équipements médicaux, la gestion de chaîne d'approvisionnement et la logistique.

Bluetooth 6 avec MATLAB

Sondage de canaux

Avec MATLAB^® et Bluetooth Toolbox, vous pouvez modéliser des scénarios de portée et estimer les distances en utilisant les méthodes RTT et PBR spécifiées dans Bluetooth 6. Vous pouvez spécifier n'importe quel nombre de nœuds de localisation Bluetooth et effectuer la localisation en 2D ou 3D, en utilisant soit le RTT soit le PBR. 

Espacement entre les trames

Vous pouvez également examiner l'effet de l'espacement intertrame variable en Bluetooth 6 sur le débit et la latence dans une connexion ACL (asynchronous connection-oriented logical). De plus, vous pouvez configurer l'IFS dans un flux isochrone connecté (connected isochronous stream, CIS).