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Cet article traite principalement de la mise en œuvre et de la planification des applications et de l'infrastructure de balises correspondantes. Les applications basées sur les balises BLE se généralisent. Ces applications, en particulier, soulignent actuellement la nécessité d'une planification structurée. De ce fait, le Bluetooth continue de se développer et de gagner en importance dans nos projets.
Hormis ces réserves justifiées, l'utilisation d'applications Bluetooth peut offrir une réelle valeur ajoutée. Comme pour toute application, il convient d'étudier chaque cas individuellement. Contrairement à ce que nous considérons dans le cadre de nos activités de conseil classiques, par exemple, les applications de balises dans l'industrie, et plus particulièrement en production, sont plutôt rares. Dans d'autres domaines, comme le bureautique, où le smartphone est un outil essentiel, la situation peut être très différente. Il est donc pertinent et utile d'examiner la portée, les avantages et la planification de telles applications, le cas échéant.
Pour le Bluetooth lui-même, le smartphone ou la connexion à un système largement répandu et disponible constitue généralement une base importante. La sélection des applications disponibles va donc au-delà des connexions du smartphone au système mains libres ou au casque, ou de l'ordinateur portable à divers périphériques. De plus en plus d'applications Bluetooth s'intègrent aux bâtiments modernes.
Alors que de plus en plus d'applications (par exemple, les applications pour smartphones) reposent sur des balises BLE et nécessitent une infrastructure de balises adaptée, la planification de l'alimentation Bluetooth devient de plus en plus importante. Une planification structurée est indispensable, notamment si des exigences critiques pour la production sont requises.
Dans ce contexte, cela ne concerne pas seulement les aspects fondamentaux tels que l'emplacement de l'émetteur et du récepteur. D'autres aspects, familiers de la planification classique des réseaux, jouent également un rôle de plus en plus important.
L'exemple le plus significatif est peut-être celui de la sécurité. Compte tenu des failles de sécurité actuellement publiées dans de nombreuses implémentations Bluetooth, cela devient une évidence. Le chiffrement utilisé sous Bluetooth est vulnérable. Dans les applications de balises classiques, ce point n'est souvent pas aussi pertinent. Cependant, dès que d'autres utilisations de Bluetooth entrent en jeu, la gestion de la sécurité prend une importance correspondante.
Principes techniques de base de l'infrastructure des balises
Il existe actuellement un grand nombre de normes de balises, dont les quatre plus connues sont iBeacon, Eddystone, uiBeacon et ALT-Beacon. Les deux premières sont particulièrement pertinentes car elles sont prises en charge par Apple (iBeacon) et Google (Eddystone). Peu importe que l'utilisateur utilise un iPhone, Android ou Windows sur son appareil mobile. Les signaux sont compris par tous les appareils. Le protocole iBeacon est pris en charge depuis la version 4.3 d'Android.
Les différents protocoles de balises étant tous conformes à la norme Bluetooth Low Energy, leur structure est très similaire. Le paquet de données iBeacon est donc illustré plus en détail. Il fait partie de la charge utile Bluetooth Low Energy, elle-même intégrée à l'unité de données de protocole (PDU) de la trame BLE. Cela signifie que 31 octets sur 47 peuvent être utilisés pour les données iBeacon dans une trame BLE. La quantité de données semble faible, mais le concept de balises exige que l'intelligence réside dans l'application et non dans la balise elle-même.
La structure des données de la trame iBeacon dans Bluetooth Low Energy
Quel que soit le protocole utilisé, les balises fournissent toujours plusieurs informations qu'elles envoient à intervalles réguliers. Il s'agit des valeurs de l'identifiant unique universel (UUID), du majeur, du mineur et de la puissance d'émission. Le premier a un volume de données de 128 bits. Cela représente 160 bits de données utilisateur pouvant être transmises par une balise. Cela permet une bonne structuration des différentes informations pour diverses applications. Par exemple, l'UUID peut désigner l'entreprise, le majeur un bâtiment et le mineur un poste spécifique au sein du bâtiment.
La valeur de puissance d'émission permet au terminal d'estimer la distance par rapport à la balise. L'appareil transmet alors l'information sur l'intensité de son signal sous forme de complément à deux. Par exemple, la valeur 0xC8 = 200, complément à deux = 256-200 = 56, ce qui donne une intensité codée de -56 dBm pour le signal de la balise. Il s'agit d'un indicateur de l'intensité du signal reçu (RSSI) et indique l'intensité du signal mesurée à un mètre de l'objet. Bien entendu, les circonstances réelles ne sont pas prises en compte. Un mur ou une personne entre la balise et le récepteur peut fortement influencer l'intensité du champ mesuré. Le récepteur ne peut pas déterminer si le signal est éloigné, s'il s'agit de l'écho d'un signal plus proche ou s'il y a un obstacle entre l'émetteur et le récepteur. Néanmoins, cette valeur permet une meilleure précision de positionnement par rapport à la position de la balise.
Applications des balises dans les bâtiments modernes
Dans les bâtiments modernes, de plus en plus d'applications nécessitent une connexion de données en plus de la communication de bureau classique. Il ne s'agit pas uniquement de la connexion des périphériques du poste de travail, comme la souris, le clavier ou le casque.
La connexion de nombreux autres terminaux ne nécessite souvent pas le réseau filaire classique. Une connexion via WLAN est désormais la norme. Même dans les projets clients où le réseau filaire prédomine encore, la tendance vers les applications sans fil est souvent évidente. Dès aujourd'hui, et surtout dans la construction du futur, on peut supposer que de plus en plus de terminaux sont connectés sans fil. L'une des conséquences de cette évolution est notamment la nécessité d'une couverture WLAN étendue. De ce fait, de nombreuses applications Bluetooth basées sur des balises BLE nécessitent une seconde connexion de données, par réseau cellulaire ou WLAN.
Une application de balise BLE classique ne fonctionne pas seule : elle nécessite une connexion de données supplémentaire. Les services et services disponibles sur le réseau sont accessibles comme indiqué. En cas de doute, cette connexion doit être planifiée et fournie.
L'application géolocalisée est l'application la plus évidente des balises. À cette fin, par exemple, dans les zones commerciales où se trouvent de nombreuses balises, on a tenté d'analyser et d'influencer le comportement d'achat des clients. Ce « marketing de proximité » a rencontré peu de succès, du moins en Europe, et de plus en plus de systèmes de navigation intérieure apparaissent désormais, ce qui devrait permettre aux utilisateurs de s'orienter plus facilement dans un bâtiment inconnu.
L'idée du bâtiment du futur va si loin que l'ascenseur, grâce à ses capteurs, signale un défaut imminent et prévient le technicien de maintenance. Ce dernier entre dans le bâtiment et reçoit automatiquement les autorisations de verrouillage nécessaires pour les serrures électroniques. L'application le guide ensuite vers le local technique correspondant grâce à des balises Bluetooth. Une fois sur place, une balise intégrée à l'ascenseur se connecte au manuel d'entretien actuel de l'appareil et le technicien peut consulter l'historique des interventions de maintenance et des réparations.
Les domaines d'application de la technologie sont variés et, en raison de la facilité de mise à niveau, également intéressants pour les infrastructures de balises existantes.
Quiconque a déjà visité la clinique d'Aix-la-Chapelle appréciera l'utilité de la navigation intérieure pour s'orienter dans les couloirs sinueux. Certaines stations ont été équipées de balises, permettant ainsi une navigation partielle pour le patient. Malheureusement, la clinique entière n'était pas équipée de balises, mais seulement dans quelques zones. Ce projet, qui constitue une démonstration de faisabilité intéressante, sera difficilement accepté par les utilisateurs sans une extension complète.
De même, un musée peut facilement être enrichi de balises sur les expositions et les anciens audioguides peuvent être remplacés par une application. Cela permet également de fidéliser la clientèle au-delà de la visite. Des études montrent que de nombreux utilisateurs laissent l'application sur leur appareil mobile après leur visite. Cela permet à l'exploitant d'informer le visiteur des nouvelles expositions ou des promotions.
Un salon professionnel peut également bénéficier de cette technologie. Une application de salon intégrant la technologie BLE permet non seulement la navigation en intérieur ou le guidage sur le salon, mais offre également à l'exploitant la possibilité d'analyser et de contrôler le flux de visiteurs. Si un hall est surchargé, les utilisateurs apprécieront peut-être d'être informés qu'un autre hall est actuellement très peu fréquenté.
Bien sûr, l'utilisateur de l'application peut alors constater que, dans le hall supposé vide, tous les visiteurs s'affairent sans smartphone ni application de salon, ce que le système n'a pas « perçu ». Cependant, le comportement typique des utilisateurs (ou la moyenne statistique) et l'utilisation d'un logiciel adapté permettent souvent d'établir une prévision fiable.
L'intégration de la technologie Beacon à l'ensemble d'un bâtiment offre également une multitude de nouveaux concepts d'utilisation. Une salle de réunion inutilisée n'a pas besoin d'être nettoyée (ou moins souvent). Une salle de réunion jamais utilisée pourrait même être mieux utilisée. Des données anonymes pourraient être utilisées à cet effet afin d'établir un profil d'utilisation de la zone concernée.
Localisation à l'aide de balises Bluetooth
Il existe trois cas d'utilisation différents lors de l'utilisation d'appareils de balises, qui sont expliqués plus en détail ci-dessous et sont présentés schématiquement.
Différentes façons d'utiliser la balise ; à gauche : navigation à travers des balises fixes ; au milieu : suivi par des balises mobiles sur des objets ; à droite : la combinaison des deux méthodes
Une configuration possible pour la navigation intérieure suppose que les balises soient bien positionnées et que l'application connaisse leur emplacement. La position au sein de l'infrastructure de balises peut être déterminée par trilatération. En règle générale, les capteurs supplémentaires des appareils mobiles sont utilisés. La détermination de la position peut être prise en charge par les capteurs d'accélération, présents sur tous les téléphones portables actuels.
Avec le suivi des actifs, il est important de connaître l'emplacement des balises. Les composants à localiser sont donc équipés de balises et peuvent ensuite être localisés au sein de l'infrastructure. Dans le secteur de la santé, par exemple, il s'agit d'une application très pertinente qui doit être planifiée de plus en plus fréquemment. L'exploitant souhaite connaître l'emplacement de certaines ressources.
L'idée est de l'utiliser pour mieux planifier les ressources et gagner du temps en recherchant le composant correspondant. De plus, vous obtenez des informations sur l'utilisation réelle. Dans cette application, des points d'accès WLAN avec technologie BLE sont souvent utilisés.
Si une telle infrastructure est utilisée, il est également possible de combiner les deux méthodes et de permettre la navigation intérieure et le suivi des actifs, créant ainsi une valeur ajoutée pour l'utilisation du bâtiment. Le faible prix des balises n'entraîne pas de coûts d'investissement élevés. Cette technologie peut être déployée dans un premier temps dans une zone, puis progressivement. Il convient toutefois de noter qu'un nombre accru de balises n'améliore pas nécessairement la précision de la localisation. Un nombre excessif de signaux de balises réduit la précision [Li 2015]. Pour une utilisation généralisée, une planification minutieuse de l'infrastructure de balises est judicieuse et nécessaire.
Base de planification du suivi des actifs de balise
Dans ce contexte, le suivi des actifs désigne le suivi d'objets, etc., par des balises. Ce suivi repose généralement sur le suivi de balises Bluetooth mobiles placées sur les objets à suivre. Ces balises sont localisées par des récepteurs Bluetooth appropriés. Une infrastructure de récepteurs BLE est donc nécessaire pour recevoir les balises. Une infrastructure de balises sous-jacente peut analyser les données et déterminer leur position.
Détermination de la position par trilatération
D'un point de vue technique et de planification, cela rappelle fortement la localisation des terminaux WLAN en fonction de la puissance du signal de leurs paquets via les points d'accès WLAN. Contrairement à la localisation via WLAN, le nombre de stations de réception requis pour le BLE est souvent inférieur. Cependant, cela dépend finalement de l'environnement structurel, des exigences de précision de l'application et d'autres paramètres du cadre. Une partie de la planification est donc comparable à celle du WLAN. Comme pour les cellules radio, les zones de couverture correspondantes doivent être définies et planifiées.
Il n’est donc pas surprenant que de nombreux points d’accès WLAN disponibles dans les environnements professionnels soient désormais également de couleur bleue.
Apportez un module radio dentaire. Une infrastructure de balise Bluetooth correspondante est ainsi déjà créée via l'infrastructure WLAN. Dans une large mesure, la planification des applications de suivi des actifs est une planification d'infrastructure presque classique.
Les outils de planification WLAN prennent désormais en charge les premières fonctionnalités de base pour la planification Bluetooth [openreality.com]. Une couverture BLE similaire à celle du WLAN peut être simulée dans l'outil populaire Ekahau Site Survey. Cette fonctionnalité se limite actuellement à l'affichage des cellules radio dans lesquelles un nombre minimal de balises avec une puissance de signal suffisante peuvent être reçues. Malheureusement, la version actuelle ne permet pas encore de tirer de conclusions directes sur la précision de la localisation.
Une plateforme adaptée est nécessaire pour l'administration des balises, la détermination de la position et, éventuellement, d'autres fonctions de gestion. Là encore, les fabricants de réseaux WLAN proposent des solutions adaptées.
Une telle architecture permet également de surveiller les balises fonctionnant sur batterie. Le remplacement des batteries, prévu quelques années après la mise en service, est simplifié grâce à la possibilité pour le système de renvoyer l'état des balises installées. Selon les informations du fabricant et la configuration, le remplacement des batteries peut être nécessaire après une période de 3 à 8 ans. D'autres tâches opérationnelles découlent également de la nécessité de documenter l'infrastructure des balises et de maintenir l'architecture dans son intégralité. De plus, les aspects liés à la sécurité, tels que les mises à jour des logiciels et des micrologiciels, doivent être pris en compte et réalisés. Les efforts correspondants doivent être pris en compte.
Outre l'architecture, la planification de l'application qui en découle est une tâche importante. Il est donc essentiel de prévoir une planification structurée non seulement pour la conception de l'infrastructure, mais aussi pour la mise en œuvre de l'application. Cela comprend l'analyse des besoins, un concept global, la définition des exigences relatives à l'infrastructure de la balise (de la précision requise à la couverture géographique ou aux zones de couverture) et les spécificités de l'application et de l'interface utilisateur.
Étant donné qu'un équipement installé de manière permanente sert de base à l'architecture Bluetooth pour le suivi des équipements, une planification similaire à celle d'un réseau WLAN classique est utile. Le résultat est une procédure comparable à celle d'une planification WLAN. Il convient de garder à l'esprit que la planification de l'emplacement des balises nécessite généralement moins de temps de préparation. Cela s'explique notamment par leur faible coût et leurs faibles besoins en infrastructure. De plus, pour les applications de suivi et de traçabilité, une certaine proportion est déjà prédéfinie par la planification WLAN si l'infrastructure WLAN doit également être utilisée.
Les différents aspects de la planification illustrés à la figure 5 ressemblent ainsi à une planification WLAN classique, sans nécessiter la même profondeur. Lors de la planification de l'infrastructure, il est important de connaître et de prendre en compte les paramètres de l'application, tels que la précision de localisation requise. Il est donc souvent utile de les intégrer au développement de l'application. Les exigences importantes pour la planification d'une architecture Bluetooth basée sur l'infrastructure concernent notamment l'application à implémenter avec Bluetooth. En ce qui concerne le suivi des actifs, ces exigences incluent la couverture de la zone et la précision de la localisation requise. Il faut déterminer dans quelles zones de bâtiments (ou de terrain) une précision correspondante est requise. Cela permet ensuite de déterminer la densité requise des récepteurs BLE utilisés pour la localisation.
Structure de la planification Bluetooth analogue à la planification WLAN
Planification des bases de la navigation / applications basées sur des applications
Contrairement à la localisation d'objets équipés d'une balise décrite ci-dessus, la navigation ou la détermination de localisation typique dans une application pour smartphone ne nécessite pas d'infrastructure de balise étendue.
Les balises Bluetooth constituent généralement l'infrastructure. Complétée par un service réseau correspondant, elle suffit à la localisation. Le smartphone ou l'application reçoit plusieurs balises. Sur cette base, un service correspondant peut ensuite calculer la position via une connexion de données, comme le Wi-Fi ou la téléphonie mobile. Même si une infrastructure comparable à celle des points d'accès Wi-Fi n'est pas requise, une certaine architecture est néanmoins requise. Des exigences de disponibilité apparaissent donc en arrière-plan. Elles peuvent être comparables à celles d'autres infrastructures réseau.
Pour déterminer la position exacte, le smartphone doit recevoir et analyser un nombre suffisant de balises BLE. Selon le fabricant, il peut également être judicieux d'utiliser les modules Bluetooth installés dans les points d'accès WLAN pour surveiller les balises afin de contrôler les coûts d'exploitation.
De même, les émetteurs Bluetooth des points d'accès peuvent souvent servir de balises. L'infrastructure WLAN remplit donc une fonction supplémentaire et constitue ainsi une alimentation de base autonome avec des balises. Des formes spécifiques à chaque fabricant méritent également d'être mentionnées. Cisco, par exemple, propose des points de balise. Associés à l'infrastructure back-end du même fabricant, ils permettent le placement flexible de balises « virtuelles » grâce à une infrastructure BLE filaire adaptée. Des antennes sectorielles dotées de caractéristiques de réception, de matériel et de logiciels adaptés permettent de capter différentes balises selon leur position dans la pièce. Le système calcule ensuite la position.
Dans tous les cas, la planification et les tests doivent être effectués avant la mise en œuvre. Les exigences de précision différentes influent sur la mise en œuvre. La planification des positions des balises pour la localisation et la navigation classiques via une application diffère nettement de la planification WLAN. Cela s'explique principalement par l'absence d'infrastructure classique, ou son déploiement est limité (selon le fabricant).
Cela élimine des points tels que la planification de l'infrastructure passive dans le cadre de la planification de la localisation. Néanmoins, des paramètres et des exigences de cadre doivent être définis, car la couverture de la zone et les exigences de précision de localisation doivent être prises en compte lors du choix de l'emplacement des balises. Il convient également de noter que dans de nombreux cas, notamment pour les balises fonctionnant sur batterie, l'adaptation ultérieure ou l'ajout de balises supplémentaires est relativement simple.
Résumé
Cela montre clairement que Bluetooth gagne en pertinence grâce aux applications associées. Et même si, dans de nombreuses applications, cette technologie est relativement indépendante des autres technologies d'infrastructure de balises réseau, une analyse plus approfondie et, par conséquent, une planification structurée s'avèrent utiles.
Cela commence par la planification des applications et se poursuit jusqu'à la planification de l'influence sur les technologies réseau telles que le WLAN. La planification Bluetooth ne peut ignorer les aspects classiques de la planification réseau, tels que l'analyse des besoins, la définition des zones d'approvisionnement, etc.
Si vous planifiez actuellement une infrastructure WLAN, la technologie beacon est recommandée, car elle peut représenter une valeur ajoutée considérable pour un faible investissement. Les logiciels de planification classiques ne permettent actuellement que partiellement de créer une simulation réaliste des infrastructures BLE. Cependant, cela sera bientôt possible grâce à une fréquence accrue et, surtout, à un niveau de détail accru. Les premières approches des options de planification requises sont d'ores et déjà disponibles dans les logiciels correspondants.
Selon l'application, la planification de l'infrastructure de balises pour les applications peut être moins complexe que pour un réseau classique, car l'accent est souvent mis sur le logiciel ou l'application pour smartphone. Il ne faut donc pas sous-estimer le fait que la responsabilité opérationnelle incombe souvent au service informatique. Au plus tard lorsqu'une connexion via WLAN ou BLE via l'infrastructure WLAN est requise, une nouvelle responsabilité incombe au service informatique. Globalement, cela représente un effort supplémentaire. C'est pourquoi le Bluetooth doit également jouer un rôle dans la planification actuelle et l'orientation stratégique du service informatique, et être pris en compte.
