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Bluetooth

Introduction

Bluetooth est une spécification de l'industrie des télécommunications. Elle utilise une technique radio courte distance destinée à simplifier les connexions entre les appareils électroniques. Elle a été conçue dans le but de remplacer les câbles entre les ordinateurs et les imprimantes, les scanneurs, les claviers, les souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais...), les manettes de jeu vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type photochimique. Le mot vidéo vient du...), les téléphones portables, les PDA, les systèmes et kits mains libres, les autoradios, les appareils photo numériques, les lecteurs de code-barres, les bornes publicitaires interactives. Les premiers appareils utilisant la version 3.0 de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) sont apparus début 2010.

Logo Bluetooth (Bluetooth est une spécification de l'industrie des télécommunications. Elle utilise une technique radio courte distance destinée à...)

Origine du nom

Le nom Bluetooth est directement inspiré du roi danois Harald Ier surnommé Harald Blåtand (« homme à la dent (Une dent est un organe enveloppé d'os, dur, blanchâtre, généralement composé d'une couronne libre et d'une ou plusieurs racines implantées dans...) bleue »), connu pour avoir réussi à unifier les États du Danemark, de Norvège et de Suède. Le logo de Bluetooth, est d'ailleurs inspiré des initiales en alphabet runique de Harald Blåtand.

Spécification

Le SIG travaille sur la spécification de la norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen...), qui a évolué des versions 1.0, 1.1, 1.2, 2.0, 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate), 2.1 + EDR et 3.0. Le site Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le World Wide Web, en...) bluetooth.org regroupe les travaux du SIG, et toutes les versions de la norme Bluetooth.

La pile de protocoles (Une pile de protocoles est une mise en œuvre particulière d'un ensemble de protocoles de communication réseau.)

Afin d'assurer une compatibilité entre tous les périphériques Bluetooth, la majeure partie de la pile de protocoles est définie dans la spécification.

Couches de la spécification Bluetooth
Oreillette Bluetooth
Adaptateur USB Bluetooth

Normes Bluetooth

Le standard Bluetooth se décompose en différentes normes :

  • IEEE 802 (IEEE 802 est un comité de l'IEEE qui décrit une famille de normes relatives aux réseaux locaux (LAN) et métropolitains (MAN) basés sur la transmission de données numériques par le biais...).15.1 définit le standard Bluetooth 1.x permettant d'obtenir un débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) de 1 Mbit/s ;
  • IEEE 802.15.2 propose des recommandations pour l'utilisation de la bande de fréquence (Une bande de fréquence définit une plage de fréquences qui ont des propriétés similaires :) 2,4 GHz (fréquence utilisée également par le Wi-Fi). Ce standard n'est toutefois pas encore validé ;
  • IEEE 802.15.3 est un standard en cours de développement visant à proposer du haut débit (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne broadband) fait référence à des capacités d'accès à internet supérieures à celle de l'accès...) (20 Mbit/s) avec la technique Bluetooth ;
  • IEEE 802.15.4 est un standard en cours de développement pour des applications sans fils à bas débit et à faibles coûts. Il est actuellement utilisé par Zigbee pour ses couches basses.

Les éléments fondamentaux d'un produit Bluetooth sont définis dans les deux premières couches protocolaires, la couche radio et la couche bande de base. Ces couches prennent en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) les tâches matérielles comme le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) du saut de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) et la synchronisation des horloges.

La couche radio (RF)

La couche radio (la couche la plus basse) est gérée au niveau matériel.

C'est elle qui s'occupe de l'émission et de la réception des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) radio.

Elle définit les caractéristiques telles que la bande de fréquence et l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) des canaux, les caractéristiques du transmetteur, de la modulation, du récepteur, etc.

Le système Bluetooth opère dans les bandes de fréquences ISM* (Industrial, Scientific and Medical) 2,4 GHz dont l'exploitation ne nécessite pas de licence. Cette bande de fréquences est comprise entre 2 400 et 2 483,5 MHz.

Un transceiver à saut de fréquences est utilisé pour limiter les interférences et l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...).

Deux modulations sont définies : une modulation obligatoire utilise une modulation de fréquence binaire pour minimiser la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou en sciences de...) de l'émetteur ; une modulation optionnelle utilise une modulation de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) (PSK à 4 et 8 symboles). La rapidité de modulation est de 1 Mbaud pour toutes les modulations. La transmission duplex utilise une division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) temporelle.

Les 79 canaux RF sont numérotés de 0 à 78 et séparés par 1 MHz en commençant par 2 402 MHz.

Le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des données vers une autre.) de l'information se fait par sauts de fréquence. La période est de 625 µs, ce qui permet 1 600 sauts par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité...).

Il existe trois classes de modules radio Bluetooth sur le marché ayant des puissances différentes et donc des portées différentes :

Classe Puissance Portée
1 100 mW (20 dBm) 100 mètres
2 2,5 mW (4 dBm) 10 à 20 mètres
3 1 mW (0 dBm) Quelques mètres

La plupart des fabricants d'appareils électroniques utilisent des modules de classe 2.

La bande de base (baseband)

La bande de base (ou baseband en anglais) est également gérée au niveau matériel.

C'est au niveau de la bande de base que sont définies les adresses matérielles des périphériques (équivalentes à l'adresse MAC (En réseau informatique une adresse MAC (Media Access Control address) est un identifiant physique stocké dans une carte réseau ou une interface réseau similaire et...) d'une carte réseau). Cette adresse (Les adresses forment une notion importante en communication, elles permettent à une entité de s'adresser à une autre parmi un ensemble d'entités. Pour qu'il n'y ait pas d'ambiguïté,...) est nommée BD_ADDR (Bluetooth Device Address) et est codée sur 48 bits. Ces adresses sont gérées par la IEEE Registration Authority.

C'est également la bande de base qui gère les différents types de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...),...) entre les appareils. Les connexions établies entre deux appareils Bluetooth peuvent être synchrones ou asynchrones.

La bande de base peut donc gérer deux types de paquets :

  • les paquets SCO (Synchronous Connection-Oriented) ;
  • les paquets ACL (Asynchronous Connection-Less).

Picoréseau

Un picoréseau (on emploie également l'anglicisme piconet) est un mini-réseau qui se crée de manière instantanée et automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes...) quand plusieurs périphériques Bluetooth sont dans un même rayon. Un picoréseau est organisé selon une topologie (La topologie est une branche des mathématiques concernant l'étude des déformations spatiales par des transformations continues (sans arrachages ni recollement des structures).) en étoile : il y a un « maître » et plusieurs « esclaves ».

Réseau piconet

Un périphérique « maître » peut administrer jusqu'à :

  • 7 esclaves « actifs » ;
  • 255 esclaves en mode « parked ».

La communication est directe entre le « maître » et un « esclave ». Les « esclaves » ne peuvent pas communiquer entre eux.

Tous les « esclaves » du picoréseau sont synchronisés sur l'horloge du « maître ». C'est le « maître » qui détermine la fréquence de saut pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le picoréseau.

Inter-réseau Bluetooth (scatternet)

Les périphériques « esclaves » peuvent avoir plusieurs « maîtres » : les différents piconets peuvent donc être reliés entre eux. Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) ainsi formé est appelé un scatternet (littéralement réseau dispersé).

Réseau scatternet
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