Améliorer la communication dans les réseaux maillés BLE

Le Bluetooth Low Energy (BLE) Mesh prend de l'ampleur dans le monde des applications Internet des Objets (IoT). Ça permet à plein de dispositifs de communiquer sans fil, ce qui est super pour des usages variés comme les maisons intelligentes, le transport et la santé. Mais un gros problème avec le BLE Mesh, c'est qu'il ne priorise pas les données qu'il envoie. Du coup, des messages importants peuvent être retardés ou perdus au profit de ceux qui le sont moins.

Cet article va expliquer une nouvelle façon d'améliorer les réseaux BLE Mesh en ajoutant un système qui priorise les messages. Cette mise à jour peut aider à s'assurer que les infos critiques, comme des alertes médicales ou des données importantes provenant de capteurs, soient envoyées rapidement et efficacement.

#Le besoin de [Qualité de service](/fr/keywords/qualite-de-service--k98yolq) (QoS)

Dans le domaine de la santé, de nombreux appareils sont connectés pour surveiller les signes vitaux des patients et envoyer des alertes quand il le faut. Dans un hôpital bondé, il est crucial que ces messages importants arrivent à destination sans délai. Par exemple, un appel à l'aide d'une infirmière devrait toujours passer avant un signal envoyé par un traceur d'actifs.

Malheureusement, les réseaux BLE Mesh actuels ne priorisent pas les messages, ce qui peut poser des problèmes dans des situations urgentes. C'est pourquoi il y a un besoin croissant d'un système de qualité de service (QoS) dans les réseaux BLE Mesh. En mettant en place un QoS, différents types de messages peuvent être priorisés en fonction de leur importance.

#Comment fonctionne le BLE Mesh

Les systèmes BLE Mesh fonctionnent en permettant à plusieurs appareils de communiquer entre eux dans un réseau. Ils utilisent une méthode appelée "inondation contrôlée", ce qui signifie que les messages sont envoyés à tous les dispositifs à proximité. Ces dispositifs relaient ensuite les messages jusqu'à leur destination finale. C'est un peu comme un jeu de téléphone, mais avec plein d'appareils impliqués.

Le BLE Mesh peut supporter beaucoup d'appareils-jusqu'à 32 767-grâce à une série de "sauts", qui ne sont rien d'autre que des relais du message d'un appareil à un autre. Chaque appareil dans le réseau peut jouer différents rôles, comme envoyer des messages ou aider à les relayer.

Malgré ses avantages, le BLE Mesh envoie tous les paquets sans tenir compte de leur importance. C'est là que le besoin d'un système QoS se fait sentir.

#Proposition d'implémentation du QoS

Le nouveau système de QoS qu'on propose vise à ajouter une couche de priorité aux messages BLE Mesh. Au lieu de traiter tous les messages de la même façon, le système attribue différents niveaux de priorité. Par exemple, il utilise une partie de la structure du message pour indiquer à quel point le message est crucial. Ça permet une transmission plus efficace en fonction de l'importance de chaque message.

En ne rajoutant qu'un petit changement à la façon dont les messages sont structurés, cette méthode QoS peut s'intégrer facilement dans les réseaux BLE Mesh existants. Ça ne nécessite pas de grosses modifications de la norme BLE Mesh, ce qui rend son adoption facile pour les utilisateurs actuels.

#Test de l'implémentation du QoS

Pour tester l’efficacité de ce nouveau système de QoS, on a monté un réseau dans un environnement de santé fictif. On a utilisé 15 nœuds BLE Mesh, qui faisaient office de capteurs collectant des données. Chaque nœud pouvait envoyer trois types de messages prioritaires différents. Le premier type était de la plus haute priorité, incluant des informations critiques, tandis que les deuxième et troisième types étaient moins importants.

On a mené deux séries d'expériences pour évaluer la performance. La première expérience testait la performance du réseau sous faible Congestion, c'est-à-dire qu'une seule source de trafic envoyait des messages. La deuxième expérience a examiné comment le réseau se comportait sous une congestion plus élevée, où plusieurs sources envoyaient des messages.

Pendant les tests, on a mesuré trois facteurs clés :

1. Temps de livraison des paquets (PDT) : Combien de temps il a fallu pour que les messages aillent de l'expéditeur au destinataire.
2. Taux de livraison des paquets (PDR) : Le pourcentage de messages qui ont atteint leur destination.
3. Nombre de sauts : Combien de fois un message a été relayé avant d'arriver à sa destination.

Les expériences ont confirmé que notre système de QoS marchait bien. Dans le test de faible congestion, on a trouvé que les messages de haute priorité avaient un temps de livraison beaucoup plus court comparé aux messages de moindre priorité. En fait, 80% des messages les plus importants ont été livrés en moins de 20 millisecondes.

#Résultats des expériences

#Scénario de faible congestion

Dans ce scénario, avec un seul canal de communication, les différences de performance entre les priorités étaient assez claires. Les messages de la plus haute priorité prenaient en moyenne environ 20 ms pour arriver, tandis que les messages de deuxième priorité étaient livrés en environ 100 ms. Pendant ce temps, les messages de troisième priorité prenaient environ 300 ms.

Les résultats ont aussi indiqué que tous les messages de haute priorité avaient été livrés avec succès, tandis qu'il y avait une petite baisse de livraison pour les messages de moindre priorité. Dans cette expérience, le nombre moyen de sauts nécessaires pour les messages variait aussi selon leur priorité, avec des messages de haute priorité nécessitant moins de sauts.

#Scénario de haute congestion

Dans des conditions plus chargées, les résultats montraient une tendance similaire. Bien que le temps de livraison moyen soit plus élevé comparé à la situation de faible congestion, la différence cruciale de performance restait claire. Les messages de haute priorité continuaient à être livrés plus rapidement que ceux de moindre priorité.

Dans cette expérience, le PDR restait à 100% pour les messages de haute priorité à travers les deux canaux, indiquant que tous avaient été envoyés avec succès. Cependant, pour les messages de moindre priorité, le système performait toujours bien, s'assurant que la plupart des messages étaient livrés, même si cela prenait plus de temps.

#Conclusion

La nouvelle implémentation du QoS qu'on a introduite montre beaucoup de promesses pour améliorer les réseaux BLE Mesh, surtout dans des domaines comme la santé, où une communication rapide peut être cruciale. En priorisant les messages, le système aide à s'assurer que les infos les plus importantes atteignent leur destination rapidement.

Les résultats de nos expériences démontrent que cette méthode est non seulement efficace, mais s'intègre aussi facilement avec les systèmes BLE Mesh actuels. Même dans des réseaux encombrés, les messages de haute priorité ont été systématiquement livrés plus rapidement que ceux de moindre priorité, confirmant la valeur du système.

À l'avenir, d'autres améliorations peuvent être explorées, comme l'utilisation de l'apprentissage machine pour optimiser la gestion des paramètres pour différents types de messages. Dans l'ensemble, notre étude pose une base solide pour une communication plus fiable et efficace dans les réseaux BLE Mesh.