Central — qu'est-ce que c'est, son rôle dans BLE et comment il scanne les appareils

Qu'est-ce que Central dans BLE?

Central est un client GATT dans l'architecture Bluetooth Low Energy qui initie toutes les communications. Contrairement au Périphérique, qui attend passivement les connexions et annonce ses services, Central scanne activement les ondes, découvre les paquets de publicité et initie les connexions.

Le modèle asymétrique Central-Périphérique est une caractéristique fondamentale de BLE. Central gère la logique d'interaction : il décide à quel appareil se connecter, quels services explorer et quelles caractéristiques lire et écrire. Périphérique agit comme un serveur de données — il stocke les services et les caractéristiques mais n'initie pas les connexions.

Selon la Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), un appareil peut être simultanément Central et Périphérique (double rôle). Par exemple, un smartphone peut être Central pour un bracelet fitness et Périphérique pour un autre smartphone transférant des fichiers. Cependant, le fonctionnement simultané dans les deux rôles augmente la consommation d'énergie et la complexité de la gestion des connexions.

Dans l'écosystème du développement mobile, le rôle Central est le scénario le plus courant. Une application sur un smartphone recherche des appareils BLE (capteurs, écouteurs, bracelets), se connecte à eux et reçoit des données. Le développeur utilise l'API du système d'exploitation pour travailler avec Central : CBCentralManager sur iOS, BluetoothLeScanner et BluetoothGatt sur Android.

Processus de scan des appareils

Le scan est la première étape du fonctionnement de Central. L'appareil écoute sur les canaux radio BLE (37, 38, 39) pour détecter les paquets de publicité que les Périphériques envoient périodiquement. Chaque paquet de publicité contient le nom de l'appareil, une liste d'UUID de service et des données personnalisées.

Central peut fonctionner en deux modes de scan : le scan passif (réception uniquement des paquets de publicité) et le scan actif (envoi d'une demande de scan pour obtenir des données supplémentaires via une réponse de scan). Le scan passif économise de l'énergie mais fournit moins d'informations. Le scan actif permet d'obtenir les données complètes du paquet de publicité, y compris le nom de l'appareil et la liste complète des services.

Le filtrage par UUID est une optimisation importante. Central peut scanner uniquement les appareils avec un UUID de service spécifique, ignorant les autres. Cela non seulement économise de l'énergie, mais simplifie également la logique de l'application : le délégué ne reçoit que les appareils pertinents.

import CoreBluetooth

class BLECentralManager: NSObject, CBCentralManagerDelegate {

    private var centralManager: CBCentralManager!

    override init() {
        super.init()
        centralManager = CBCentralManager(
            delegate: self,
            queue: nil
        )
    }

    func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager) {
        if central.state == .poweredOn {
            central.scanForPeripherals(
                withServices: nil,
                options: [
                    CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey: false
                ]
            )
        }
    }
}

Gestion des connexions

La gestion des connexions est la responsabilité clé de Central. Après avoir découvert un Périphérique approprié, Central initie une connexion. Une connexion BLE est établie via une procédure d'établissement de connexion qui comprend l'échange de paramètres : intervalle de connexion, latence esclave et délai de supervision.

L'intervalle de connexion détermine la fréquence à laquelle Central et Périphérique échangent des données après la connexion. L'intervalle peut varier de 7,5 ms à 4 secondes. Plus l'intervalle est court, plus le débit est élevé, mais aussi plus la consommation d'énergie est élevée. La latence esclave permet au Périphérique de sauter plusieurs événements de connexion pour économiser de l'énergie. Le délai de supervision est le temps maximum sans réponse après lequel la connexion est considérée comme perdue.

Central est responsable de la terminaison de la connexion après la fin de l'échange de données. Les appareils BLE ne maintiennent généralement pas une connexion permanente — Central se connecte, obtient les données et se déconnecte. C'est un modèle standard pour les capteurs IoT : Central scanne, trouve un capteur de température, se connecte, lit la valeur et se déconnecte.

Central sur iOS : Core Bluetooth

Core Bluetooth est le framework d'Apple pour travailler avec BLE sur iOS et macOS. La classe CBCentralManager fournit l'API complète pour implémenter le rôle Central : scan, connexion, gestion des connexions. Le travail avec Central sur iOS est basé sur un modèle de délégué : CBCentralManagerDelegate reçoit les événements de changement d'état, de découverte d'appareils et de résultats de connexion.

Les principales étapes pour Central sur iOS : initialiser CBCentralManager, vérifier l'état Bluetooth, démarrer le scan, gérer les appareils découverts via le délégué, se connecter au Périphérique sélectionné, découvrir les services et caractéristiques, échanger des données.

// Se connecter au Périphérique découvert
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didDiscover peripheral: CBPeripheral,
    advertisementData: [String: Any],
    rssi RSSI: NSNumber
) {
    // Conserver la référence au périphérique et se connecter
    discoveredPeripheral = peripheral
    central.connect(peripheral, options: nil)
}

// Connexion réussie
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didConnect peripheral: CBPeripheral
) {
    peripheral.delegate = self
    peripheral.discoverServices(nil)
}

iOS limite le travail BLE en arrière-plan : en arrière-plan, une application ne peut scanner qu'avec des clés spécifiques dans Info.plist, et les appareils connectés peuvent notifier Central des changements de données. Pour les applications critiques (dispositifs médicaux), utilisez les modes d'arrière-plan avec la clé bluetooth-central.

Central sur Android : BluetoothLeScanner

Android fournit l'API BluetoothLeScanner pour scanner les appareils BLE et BluetoothGatt pour la gestion des connexions. À partir d'Android 5.0 (API 21), BluetoothLeScanner a remplacé l'ancien startLeScan. L'API nécessite les permissions BLUETOOTH, BLUETOOTH_ADMIN et ACCESS_FINE_LOCATION (ou ACCESS_BACKGROUND_LOCATION pour Android 10+).

import android.bluetooth.le.*;
import android.bluetooth.*;

private BluetoothLeScanner scanner;
private BluetoothGatt bluetoothGatt;

// Configurer le scan
ScanSettings settings = new ScanSettings.Builder()
    .setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY)
    .build();

// Démarrer le scan
scanner.startScan(null, settings, new ScanCallback() {
    @Override
    public void onScanResult(
            int callbackType,
            ScanResult result
    ) {
        BluetoothDevice device = result.getDevice();
        // Se connecter à l'appareil
        bluetoothGatt = device.connectGatt(
            context, false, gattCallback
        );
    }
});

Sur Android, il est important de prendre en compte les restrictions de scan : à partir d'Android 7 (API 24), le scan ne peut pas être démarré plus de 5 fois par 30 secondes dans les applications qui n'utilisent pas la localisation. Android 12+ nécessite les permissions BLUETOOTH_SCAN, BLUETOOTH_CONNECT et ADVERTISE, ainsi que des demandes d'exécution de ces permissions.

Consommation d'énergie de Central

La consommation d'énergie de Central est plus élevée que celle du Périphérique en raison de la nécessité de scanner constamment les canaux radio. Central reçoit les paquets BLE, les traite, gère les connexions et effectue souvent des calculs sur le processeur de l'application. Selon Bluetooth SIG, le scan consomme entre 30 mA et 100 mA selon le mode.

Il existe plusieurs stratégies d'économie d'énergie pour Central. Le scan par intervalles est la méthode la plus efficace : Central scanne par courtes fenêtres (fenêtre de scan) avec de longues pauses (intervalle de scan). Par exemple, avec une fenêtre de scan de 30 ms et un intervalle de scan de 1000 ms, la consommation d'énergie est réduite de 97 % par rapport au scan continu.

Une optimisation supplémentaire est le filtrage par UUID. Central traite uniquement les paquets de publicité pertinents plus rapidement, ignorant les autres. Cela réduit la charge du processeur et augmente la durée de vie de la batterie de l'appareil. Il est également recommandé d'arrêter le scan immédiatement après avoir trouvé l'appareil souhaité et de ne pas maintenir la connexion plus longtemps que nécessaire.