Bluetooth - Définition

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, les manettes de jeu vidéo, 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 sont apparus début 2010.

Logo Bluetooth

Origine du nom

Le nom Bluetooth est directement inspiré du roi danois Harald I^er surnommé Harald Blåtand (« homme à la dent 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, 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 bluetooth.org regroupe les travaux du SIG, et toutes les versions de la norme Bluetooth.

La pile de protocoles

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 802.15.1 définit le standard Bluetooth 1.x permettant d'obtenir un débit de 1 Mbit/s ;
• IEEE 802.15.2 propose des recommandations pour l'utilisation de la bande de fréquence 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 (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 les tâches matérielles comme le contrôle du saut de fréquence 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 radio.

Elle définit les caractéristiques telles que la bande de fréquence et l'arrangement 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.

Deux modulations sont définies : une modulation obligatoire utilise une modulation de fréquence binaire pour minimiser la complexité de l'émetteur ; une modulation optionnelle utilise une modulation de phase (PSK à 4 et 8 symboles). La rapidité de modulation est de 1 Mbaud pour toutes les modulations. La transmission duplex utilise une division 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 l'information se fait par sauts de fréquence. La période est de 625 µs, ce qui permet 1 600 sauts par seconde.

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

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 d'une carte réseau). Cette adresse 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 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 quand plusieurs périphériques Bluetooth sont dans un même rayon. Un picoréseau est organisé selon une topologie en étoile : il y a un « maître » et plusieurs « esclaves ».

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 picoréseau.

Inter-réseau Bluetooth (scatternet)

Les périphériques « esclaves » peuvent avoir plusieurs « maîtres » : les différents piconets peuvent donc être reliés entre eux. Le réseau ainsi formé est appelé un scatternet (littéralement réseau dispersé).