Technologie Bluetooth

Bluetooth est un standard de communication permettant l’échange de données sans fil sur une courte distance. Il fonctionne sur la bande de fréquences de 2,4 GHz ISM (Industrial, Scientific & Medical).

Les puces de classe 1 peuvent atteindre 100 mètres avec 100 mW, celles de la classe 2, 10 mètres avec 2,5 mW et celles de la classe 3, 1 mètre avec 1 mW.

Frequency Hopping Spread Spectrum

Le Bluetooth utilise la technique FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) et fonctionne en pico-réseau.

Le principe du FHSS est la commutation rapide entre plusieurs canaux de fréquence, utilisant un ordre pseudo aléatoire ; ordre toutefois connu de l’émetteur et du récepteur pour la synchronisation. Une transmission utilisant FHSS sous-entend utiliser la même séquence de saut de fréquence pour pouvoir communiquer.

La plage de fréquence disponible est donc découpée en 79 canaux de 1 MHz. Utiliser aléatoirement, Bluetooth en change fréquemment (toutes les 625ms en mode connecté, toutes les 312.5ms lors d’une tentative de connexion) pour contrer les possibilités d’interférences.

Un paquet qui n’arrive pas à destination à cause d’une interférence est ainsi renvoyé sur une fréquence différente pour arriver à bon port.

Principe et mode de fonctionnement

Un périphérique maître est connecté à des périphériques esclaves (7 maximum) qui exécutent ses directives. Il est possible de connecter plusieurs pico-réseau entre eux afin d’obtenir un réseau plus étendu.

Il y a 2 grands modes de fonctionnement du Bluetooth, très différents l’un de l’autre, tant dans leur approche que dans leur façon de fonctionner :

• Le Bluetooth Classic, autrement nommé Bluetooth BR/EDR,
• Le Bluetooth Low Energy (BLE), ou Bluetooth Smart, intégré à partir de la version 4.0 du Bluetooth

Bluetooth Low Energy

Le Bluetooth 4.0 marque un tournant important avec une nouvelle norme, moins énergivore. En mode basse consommation, cette évolution du Bluetooth va fortement contribuer au développement des objets connectés qui doivent envoyer de petits paquets de données et consommer peu d’énergie.

Contrairement au Bluetooth dit “classique”, le Bluetooth Low Energy ne nécessite pas un appairage obligatoire de type maître/esclave pour fonctionner.

Les objets sont alors connectés en réseau Mesh : un réseau maillé, sans limite du nombre d’appareils, où chaque élément Bluetooth peut recevoir et envoyer les données, et même les relayer. Ce type de réseau permet en outre d’assurer une continuité de communication entre appareils même en cas de coupure d’un ou plusieurs d’entre eux.

Couches physiques du Bluetooth

La couche Link Manager

Cette couche gère la supervision des différentes connexions, l’authentification et le pairage des appareils, la création et la modification des clés, le cryptage et le chiffrement. Elle gère également la mise en veille des appareils.

L’interface HCI

La couche HCI (Host Controller Interface) fournit une méthode uniforme pour accéder aux couches matérielles, quelque soit le type de matériel. Son rôle de séparation permet un développement indépendant du matériel et du logiciel.

Cette interface est exhaustivement définie dans la norme Bluetooth. Elle est composée de commandes et d’évènements. Le périphérique envoie des commandes à la puce Bluetooth et reçoit des évènements en retour.

La couche L2CAP

Le L2CAP est le protocole d’échange de données de la spécification Bluetooth. On peut écrire des applications Bluetooth utilisant le L2CAP pour communiquer entre elles via des dispositifs Bluetooth.

En utilisant le L2CAP, les hautes couches du Bluetooth sont implémentées, tels que le SDP (Service Discovery Protocol) – pour les protocoles de recherche de services – ou RFCOMM, protocole de transport qui permet l’émulation de ports série RS-232 entre deux dispositifs Bluetooth. Un canal spécial (canal 1) est utilisé pour la mise en place, la configuration, le test et la fermeture des connexions.

Bluetooth 5 : pour les objets connectés

Le Bluetooth 5 permet de doubler la portée de transmission ou de multiplier par 4 le débit initial des transmissions basse consommation. L’un ou l’autre est choisi en fonction des cas. Il permet également de réduire les interférences avec les autres technologies sans fil comme le WiFi.

Débits et portées théoriques du Bluetooth

• Bluetooth 5 : débit de 4 Mbit/s ou Portée de plus de 200 mètres ;
• Bluetooth 4.0 : débit de 3 Mbit/s – Portée de 60 mètres - Low Energy ;
• Bluetooth 3.0 : débit de 2,4 Mbit/s - Portée de 10 mètres ;
• Bluetooth 2.1 : ajout de la fonctionnalité NFC ;
• Bluetooth 2.0 : débit de 2,1 Mbit/s ;
• Bluetooth 1.2 : débit de 721 kbit/s.

Le débit annoncé ne signifie qu’une vitesse de transmission de paquet. Exemple, le débit réel n’excèdera pas 1400Kb/s en partant d’une transmission de 3Mb/s.

En savoir plus : Bluetooth® Technology Website