Bluetooth Bluetooth
Bluetooth 22
Bluetooth Bluetooth
• Standard Bluetooth initialisé par Ericsson et un groupe de travail réunissant plusieurs grands industriels (IBM, Intel, Nokia, Toshiba)
• Bluetooth : interface radio
– Entre 2 équipements mobiles– Ou entre 1 équipement mobile et 1 capteur
• Objectif : interconnecter différents types de portables d'un même utilisateur
• Caractéristiques définies par le groupe de travail IEEE 802.15 (normalisation des PAN)
Bluetooth 33
Origines de
Origines de Bluetooth Bluetooth
• Groupe IEEE 802.15 : WPAN (Wireless Personal Area Networks)
– Mis en place en mars 1999 – But :
• normaliser les réseaux d'une portée d'un dizaine de mètres
• Réaliser des connexions entre les différents portables d'un même utilisateur ou de plusieurs utilisateurs
• Ex : interconnecter un PC portable, un portable téléphonique et un assistant personnel
Bluetooth 44
802.11 HIPERLAN/1 802.11b
HIPERLAN/2 802.11a ANSIBLE
80x
4 years
Application space
Video data rate
HSCD GPRS
EDGE 3GPP
Voice Voice Text Messaging Text Messaging Still Imaging Still Imaging Audio Streaming Audio Streaming Video Streaming Video Streaming Ubiquitous TV
Infotainment Virtual Homes
High Speed Internet PAN/LAN Convergence
Bluetooth HomeRF
HIPERPAN 2.4GHz
5GHz 60GHz
0.9-1.8GHz
0,01 0,1 1 10 100 1000
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
product date
Max data rate (Mbps)
Local Area WLAN Nomadic W ide Area Cellular Vehicular PAN
Applications majeures et scénario de convergence Applications majeures et scénario de convergence
Bluetooth 55
3 groupes de services 3 groupes de services
• A :
– Utilisation de la bande du spectre sans licence d'utilisation (2,45 GHz)
– Très bas coût de mise en place et d'utilisation – Taille réduite
– Consommation électrique excessivement faible – Mode sans connexion
– Possibilité de superposition avec l'IEEE 802.11
Bluetooth 66
3 groupes de services 3 groupes de services
• B : performances en augmentation
– Utilisation d'une couche MAC jusqu'à 100 Kbit/s– Possibilité pour toutes les machines de communiquer entre elles
– Possibilité de connecter au moins 16 machines
– Utilisation de QoS pour autoriser certaines applications, dont la parole
– Jusqu'à 10 m de portée
– Temps max d'1s pour se raccorder au réseau – Passerelles avec d'autres catégories de réseaux
Bluetooth 77
3 groupes de services 3 groupes de services
• C : introduit de nouvelles fonctionnalités importantes pour les particuliers et les entreprises
– Sécurité de la communication – Transmission de la vidéo
– Possibilité de roaming (itinérance) vers un autre réseau PAN
Bluetooth 88
Réponse à ces objectifs Réponse à ces objectifs
• Mise en place de groupements industriels
– Bluetooth– HomeRF
• Spécification ouverte de connexion sans fil entre équipements personnels
– Bluetooth : communication en forme de liaison radio entre 2 équipements
– HomeRF : connexion des PCs avec toutes les machines domestiques sur une portée de 50 m
Bluetooth 99
Technologie
Technologie Bluetooth Bluetooth (1) (1)
• Bluetooth Special Interest Group (SIG)
– Au départ : Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba – Rejoint par + de 2500 sociétés• Nom de la norme : chef Viking, Harald Bluetooth
– Il aurait réussi à unifier les différents royaumes nordiques àla fin du Moyen-Age
Bluetooth 1010
Bluetooth SIG : Objectifs et solutions Bluetooth SIG : Objectifs et solutions
• But : développer des produits interopérables
• Solutions du SIG
– Créer une spécification sans licence pour ses membres, pour développer des produits et des logiciels utilisant la spécification Bluetooth
– Politique de propriété intellectuelle sans licence (License free Intellectually Property ou IP) pour les membres du SIG, selon certaines conditions
– Pas de charges pour être membre
– Il existe des règles de confidentialité pour les membres
Bluetooth 1111
Bluetooth SIG, Inc.
Bluetooth SIG, Inc.
Board of Directors (formally PM Group)
Legal Committee
(LEGAL)
Management Services (ADMIN)
Marketing (MKTG)
Qualification Review Board (BQRB)
Test and Interop (BTI)
Architecture Review
Board (BARB) Regulatory
(GOV)
Technical Working Groups RF
Regulations
Aviation Regulations
Security Regulations
Japan Regulations
BTAB
BQA
BQB Expert
Groups
Errata Owner and Review pool Sub- groups
China
Regulations = Promoter
= Associate
= Early Adopter
= Independent
Bluetooth 1212
Documents issue du Bluetooth SIG Documents issue du Bluetooth SIG
• Conçus pour promouvoir l’intéropérabilité
• 3 types de documents – Protocoles – Profils – Documents test
• Les documents sont confidentiels jusqu’à leur adoption – Licence de propriété intellectuelle : à partir de la date
d’adoption
Bluetooth 1313
Technologie
Technologie Bluetooth Bluetooth (2) (2)
• Technologie peu onéreuse
– Forte intégration des composants électroniques sur une puce unique de 9mm sur 9mm
• Fréquences utilisées comprises entre 2400 et 2483,5 MHz – Cette même gamme de fréquences se retrouve dans la plupart des
réseaux sans fil utilisés dans un environnement privé (entreprise ou personnel)
– Pas de licence d'exploitation requise
– Bande au-dessus de 2,4 GHZ divisée en sous-bandes de 1 MHz
• 79 canaux d'une largeur de 1 MHz
• En France, Japon, Espagne : seules 23 fréquences sont accessibles
Bluetooth 1414
Schémas de connexion Schémas de connexion
• Plusieurs schémas de connexion définis par les normalisateurs – Réseau unique : piconet
– Interconnexion de piconets : scatternet
Bluetooth 1515
Piconet Piconet
• Peut prendre en charge jusqu'à 8 terminaux actifs
– 1 maître et 7 terminaux esclaves ou 200 inactifs• Le terminal maître gère les communications avec les différents esclaves
• Les communications entre 2 esclaves transitent obligatoirement pas le maître
• Dans un même piconet, tous les terminaux utilisent la même séquence de sauts de fréquences
Bluetooth 1616
Scatternet Scatternet
• Interconnexion de piconets
• Scatter = dispersion
• Communications toujours sous la forme maître- esclave
– Le maître d'un piconet peut devenir l'esclave du maître d'un autre piconet
– Un esclave peut être l'esclave de plusieurs maîtres – Un esclave peut se détacher provisoirement d'un maître
pour se raccrocher à un autre piconet, puis revenir vers le 1er maître, une fois sa communication terminée avec le 2nd.
Bluetooth 1717
M M
S S
S S
P sb
sb P P
Piconets et scatternets Piconets et scatternets
Bluetooth 1818
Piconets interonnectés : Scatternet Piconets interonnectés : Scatternet
• Complex
slave master
master/slave
Printer Laptop
Laptop Mouse
Mobile Phone
Headset LAN
Access Point
Source: Kris Fleming 20Mar01 [Bluetooth-BOF-at-50th-IETF-PAN-Talk.ppt]
Bluetooth 1919
Débit Débit
• La communication à l'intérieur d'un piconet peut atteindre près de 1 Mbit/s
• Il peut y avoir 8 terminaux
– La vitesse effective diminue rapidement en fonction du nombre de terminaux connectés dans une même picocellule – Un maître peut accélérer sa communication en travaillant
avec 2 esclaves et en utilisant des fréquences différentes
Bluetooth 2020
Communications au sein de
Communications au sein de Bluetooth Bluetooth (1) (1)
• Débit d'une liaison entre 2 machines
– jusqu'à 433.9 Kbit/s pour une communication bidirectionnelle (full-duplex)
– 723.2 Kbit/s et 57.6 Kbit/s pour une communication asymétrique
• Communication
– Synchrone ou SCO (Synchronous Connection-Oriented link)
• Permet un débit synchrone de 64 Kbit/s
• OK pour parole téléphonique avec une garantie de service – Asynchrone ou ACL (Asynchronous Connection-Less link)
• Débits asynchrones pouvant atteindre 723.2 Kbit/s
Bluetooth 2121
Communications au sein de
Communications au sein de Bluetooth Bluetooth (2) (2)
• Plusieurs catégories de communications sur une connexion Bluetooth
– 1 seule communication synchrone – 3 communications simultanées en SCO – 1 SCO avec 1 ACL symétrique de 433.9 Kbit/s
• Un terminal esclave ne peut prendre en charge au max, que 2 canaux SCO provenant de 2 terminaux distincts
Bluetooth 2222
Communications au sein de
Communications au sein de Bluetooth Bluetooth (3) (3)
• Temps découpé en slots
– 1600 slots/s– 1 slot : 625 microsecondes de long
– Un terminal utilise 1 fréquence sur 1 slot, puis, par un saut de fréquence (Frequency Hop), il change de fréquence sur la tranche de temps suivante, etc.
– Un client Bluetooth utilise de façon cyclique toutes les bandes de fréquence.
• Les clients d'un même piconet possèdent la même suite de sauts de fréquences
• Lorsqu'un nouveau terminal veut se connecter, il doit commencer par reconnaître l'ensemble des sauts de fréquences pour pouvoir les respecter
– Une communication s'exerce par paquet (1, 3 ou 5 slots) : le saut de fréquences a lieu à la fin de la communication d'un paquet
Bluetooth 2323
Piconet Piconet
IDa
P
M or S
sb A
D
C B
E IDb
IDa
IDc IDd
IDe
M P
S S
sb IDa
IDc IDd
IDa IDa
IDa
IDe
IDb
• Tous les terminanux d’un piconets “sautent” en même temps – Pour former un piconet : le maître fournit à ses esclaves son horloge et son
identifiant de terminal (device ID)
• Paterne de saut décidée par le device ID (48-bit)
• La phase de la paterne de saut est déterminée par l’horloge
• Les terminaux qui n’ont pas rejoint le piconet sont en standby
• Adressage du Piconet
– Active Member Address (AMA, 3-bits) – Parked Member Address (PMA, 8-bits)
Bluetooth 2424
Fonctionnement de
Fonctionnement de Bluetooth Bluetooth
• Réalisation de petits réseaux personnels de quelques m2, les piconets
• Terminaux connectés entre eux par l'intermédiaire d'un maître
• Puissance de transmission
– jusqu'à 100mW : permet une émission sur plusieurs dizaines de m – Possibilité de réduire cette puissance à 2,5 et 1mw (portée de
quelques m)
• Batterie
– Une batterie peut tenir assez longtemps (plusieurs jours) à condition d'utiliser des options d'économie d'énergie
• États de basse consommation introduits dans la norme Bluetooth
Bluetooth 2525
États des terminaux
États des terminaux Bluetooth Bluetooth
• Standby
– En attente de joindre un piconet
• Inquire
– Demande à qui se connecter
• Page
– Se connecte à un canal spécifique
• Connected
– Activement sur un piconet (maître ou esclave)
• Park/Hold
– États de connexion à basse consommation
Inquiry Page
Connected AMA Transmit
data AMA
Ttypical=0.6s Ttypical=2s
HOLD AMA PARK
PMA
Ttypical=2 ms Ttypical=2 ms
Releases AMA Address Low Power
States Active States
Standby
Connecting States Unconnected
Standby
Detach
Bluetooth 2626
Techniques d'accès Techniques d'accès
• Technique temporelle synchronisée
– Temps divisé en tranches de longueur égale = slots
– 1 Slot = temps de transmission élémentaire de transmission d'un paquet
– 1 paquet : 1, 3 ou 5 slots
Bluetooth 2727
Format de paquet Format de paquet
• 72 premiers bits
– Transport du code d'accès– Synchronisation entre les composants Bluetooth
• 54 bits d'en-tête (3 fois même séquence de 18 bits) : adresse d'un membre actif du piconet, numéro de code, contrôle de flux, demande d'acquittement et contrôle d'erreur)
• 0 à 2745 bits de données (dont 1 zone de détection d'erreur)
Bluetooth 2828
3 types de paquets 3 types de paquets
• Paquets de contrôle
– Gestion des connexions des terminaux Bluetooth entre eux
• Paquets SCO
– Communications synchrones de type SCO
• Paquets ACL
– Transferts de données asynchrones
Bluetooth 2929
Sous- Sous -catégories catégories
• Paquets DV (Data-Voice)
– Portent à la fois données et parole• Paquets DMx (Data-Medium)
– Pour les paquets ACL avec un encodage permettant la correction des erreurs en ligne
x = longueur du paquet (1, 3 ou 5)
• Paquets DHx (Data-High)
– Paquets ACL sans correction d'erreur ( débit effectif + élevé)
• Paquets HVy (High-quality-Voice)
– Paquets SCO sans correction d'erreury = type de contrôle d'erreur dans le paquet
Bluetooth 3030
3 niveaux de sécurité dans le contexte de 3 niveaux de sécurité dans le contexte de
Bluetooth Bluetooth
• 1er niveau : Pas de gestion de sécurité
• 2e niveau : Sécurité à l'échelon applicatif
– Processus d'identification lors de l'accès au service• 3e niveau : sécurité plus importante
– Processus d'authentification – Chiffrement à l'aide de clés privéesBluetooth 3131
Sécurité Sécurité
• Sécurité : élément important dans les systèmes de liaison radio – Émission diffusée : potentiellement captée par les récepteurs
environnants
– Mécanismes d'authentification et de chiffrement au niveau MAC
• Programme automatique dans les terminaux Bluetooth : génération de clés par session
• Utilisation du numéro d'identité du terminal + clé privée et générateur aléatoire interne à la puce Bluetooth : numéro tiré pour chiffrer les données à transmettre
• Gestion des clés prise en charge par l'utilisateur sur les terminaux qui doivent s'interconnecter
– Dans un scatternet, il faut procéder à un échange de clés privées entre les possesseurs de piconets indépendants
Bluetooth 3232
Fonctions de gestion Fonctions de gestion
• Système de gestion nécessaire dans un piconet
– Fonctions classiques de mise en œuvre des communications – Processus de gestion des liaisons• Procédures d'identification
• Négociation des paramètres d'authentification
• Configuration de la liaison : définition des paramètres de fonctionnement
• Processus de gestion effectué par l'échange de requêtes- réponses entre les 2 extrémités de la liaison
Bluetooth 3333
Perspectives (1) Perspectives (1)
• Depuis 2001 : première génération de spécifications Bluetooth
• Principal reproche : vitesse relativement limitée des transmissions
– Full-duplex : échange dans chaque sens effectué à 500 Kbit/s : insuffisant pour la transmission de vidéo en temps réel
– Version 2.0 : débit total de 10 Mbit/s par liaison (ou 5Mbit/s ou 2 Mbit/s)
Bluetooth 3434
Perspectives (2) Perspectives (2)
• Interface radio + performante
• Améliorations concernant
– la mise en route de la liaison – La possibilité de handover– Meilleure coexistence avec les autres réseaux utilisant la même fréquence de 2,4 GHz, tel que le réseau IEEE 802.11
Bluetooth 3535
Perspectives (3) Perspectives (3)
• Point positif : mise en place de nouveaux sous-groupes de travail de l'IEEE 802.15 pour normaliser l'exploitation de Bluetooth dans différents contextes
– Groupe PAN : utilisation d'IP dans Bluetooth
– Groupe HID (Human Interface Devices) : communication entre les différents éléments d'un PC
– Groupe Printing : connexion vers une imprimante – Groupe Still Image : transmission et traitement d'images – Groupe ESPD (Extended Service Discovery Profiles) : découverte
des protocoles environnants
– Groupe Car Profile : communications à l'intérieur d'une voiture – Groupe AV(Audio/Video) : transport de parole de bonne qualité, de
CD audio, échange de vidéo
Bluetooth 3636
Perspectives (4) Perspectives (4)
• Bluetooth pourrait devenir le standard des réseaux personnels
– Étudié par un consortium d'industriels où l'on retrouve tous les grands noms des équipementiers des télécoms – Proposition Bluetooth reprise par l'IEEE comme norme pour
les réseaux personnels (PAN) – Applications nombreuses :
• gestion de l'environnement domotique,
• applications informatiques professionnelles des bureaux
"intelligents"
Bluetooth 3737
Perspectives (5) Perspectives (5)
• Méfiance autour de la 1e norme
– Problèmes de compatibilité entre les puces provenant de divers industriels
– Débit faible
– Technique de partage de l'interface radio peu apte à passer à des vitesses + élevées (technique de polling interrogation- réponse)
– Concurrence de la norme IEEE 802.11
– La capacité des industriels à produire une puce compatible à prix très bas (quelques euros) pourrait ouvrir la voix à l'adoption de cet environnement
Bluetooth 3838
Sécurité des paiements avec Bluetooth™
Sécurité des paiements avec Bluetooth™
et carte à puce et carte à puce
Bluetooth™
Réseau Mobile 2/2.5G/3G
Bornes de paiement
Bluetooth 3939
Concept phone
Téléphone
Téléphone Bluetooth Bluetooth
Bluetooth 4040
Qui était Bluetooth?
Qui était Bluetooth?
• Harald Blaatand “Bluetooth” II – King of Denmark 940-981
• Son of Gorm the Old (King of Denmark) and Thyra Danebod (daughter of King Ethelred of England)
This is one of two Runic stones erected in his capitol city of Jelling (central Jutland)
– This is the front of the stone depicting the chivalry of Harald.
– The stone’s inscription (“runes”) say:
• Harald christianized the Danes
• Harald controlled Denmark and Norway
• Harald thinks notebooks and cellular phones should seamlessly communicate
Bluetooth 4141
Références sur Bluetooth (1) Références sur Bluetooth (1)
• Bluetooth SIG
– http://www.bluetooth.org
• Groupe de travail IEEE sur les WPANs
– http://ieee802.org/15
• IETF IP sur Bluetooth (IPoBT) BoF
– http://internet.motlabs.com
• Bluetooth(TM) Weblog
– http://bluetooth.weblogs.com/
Bluetooth 4242
Références sur Bluetooth (2)
Références sur Bluetooth (2)
Bluetooth 4343
Exercice Exercice
• Quels sont les domaines d’application de Bluetooth et de IrDA (Infrared Data Association) ?
• Quelles sont les caractéristiques de des technologies ?
• Ces deux technologies sont-elles redondantes ?
• L’une d’entre elles vous semble-t-elle amenée à disparaître ?
• Comparer IrDA et Bluetooth pour les applications suivantes : – Échange de données
– Accès à un réseau local – Applications vocales – Problèmes de sécurité – Côut d’implémentation – Réglementation
