Bluetooth est une norme de technologie sans fil à courte portée qui permet la connexion et la communication entre des appareils sur des distances allant jusqu’à 100 mètres. La clé du Bluetooth réside dans sa pile de protocoles qui définit l’ensemble du système Bluetooth, de la couche radio jusqu’aux applications de haut niveau.
La pile de protocoles Bluetooth se compose de 5 couches : la couche radio, la couche de bande de base, la couche de liaison, la couche de protocole de contrôle et d’adaptation de liaison logique (L2CAP) et la couche d’application.
La couche radio gère la modulation, la transmission et la réception des signaux radio Bluetooth bruts dans la bande ISM de 2,4 GHz. Il définit les exigences relatives aux circuits émetteurs-récepteurs radio. Différentes versions de Bluetooth fonctionnent dans différentes plages de fréquences et utilisent différents schémas de modulation. Par exemple, Bluetooth Low Energy utilise la modulation Gaussian Frequency Shift Keying tandis que Classic Bluetooth utilise la modulation Gaussian Frequency Shift Keying initialement et passe ensuite à la modulation Phase Shift Keying.
La couche bande de base se situe au-dessus de la couche radio et gère les liaisons RF physiques entre les appareils Bluetooth. Il gère la configuration des canaux, la synchronisation des paquets, le contrôle de l’alimentation, l’ARQ et les fonctionnalités de sécurité telles que l’authentification et le cryptage. Le protocole Baseband définit des procédures d’interrogation et de radiomessagerie qui permettent aux appareils de se découvrir et de se connecter les uns aux autres. Il définit également la logique pour les rôles maître-esclave, la distribution d’horloge et les séquences de sauts.
La couche liaison assure la segmentation, le réassemblage et le contrôle de flux des paquets de données. Il garantit l’intégrité des données sur l’interface aérienne grâce aux contrôles CRC. La couche liaison utilise la gestion de la latence des esclaves pour réduire la consommation d’énergie des appareils esclaves. Il définit la structure d’un piconet Bluetooth qui possède 1 maître connecté à jusqu’à 7 esclaves actifs.
L2CAP fournit un multiplexage de protocole pour prendre en charge les protocoles de niveau supérieur. Il segmente et réassemble les données de la couche application en paquets de bande de base. L2CAP gère également la qualité de service en fournissant des canaux prioritaires avec des débits de données garantis. Il définit les machines à états de protocole et les procédures de configuration des canaux et d’établissement de connexion entre deux appareils.
La couche d’application la plus élevée définit les protocoles et les profils adoptés qui permettent la création d’applications Bluetooth. Les exemples de protocoles adoptés incluent PAN pour la mise en réseau Bluetooth, l’échange d’objets pour la synchronisation des données et le protocole de contrôle téléphonique pour les casques Bluetooth. Les profils standard définissent les spécifications des services Bluetooth tels que le transfert de fichiers, la téléphonie sans fil, les périphériques d’interface humaine et bien d’autres encore.
En résumé, l’architecture bien définie de la pile de protocoles Bluetooth est essentielle pour permettre des connexions sans fil robustes. Chaque couche a des responsabilités spécifiques liées au matériel de niveau inférieur, à la transmission radio, aux connexions ou aux applications de haut niveau. La conception de la pile modulaire a permis à Bluetooth de passer de son objectif initial sur le remplacement des câbles à la prise en charge des capteurs de l’Internet des objets et des réseaux sans fil complets d’aujourd’hui.