gdg公開課-藍牙4.0低功耗簡介

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活動！藍牙4.0低功耗標準簡介王玉成

內(nèi)容綱要歷史回顧協(xié)議概況架構簡介Host層次和協(xié)議簡介Conntroller端的層次介紹歷史回顧“藍牙”是一種開放的技術規(guī)范,它可實現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。1994年愛立信移動公司開始發(fā)起研究。1998

年5

月,愛立信聯(lián)合諾基亞(Nokia)、英特爾(In)IBM

、(Toshiba)、東芝等七家公司一起成立了藍牙國際

(Special

Interest

Group,SIG),負責藍牙技術標準的制定、產(chǎn)品測試,并協(xié)調各國藍牙的具體使用。藍牙規(guī)范發(fā)展歷程規(guī)范發(fā)布日期傳輸速率/功耗主要新增功能Core1.22003.11721.2

kbps服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)…Core

2.0+EDR2004.112.1Mbps增強型的數(shù)據(jù)傳輸速率Core

2.1+EDR2007.72.1Mbps簡單配對,Sniff-subrating(節(jié)能省電),擴展的查詢響應Core

3.0+HS2009.424MbpsAMP(交替MAC

PHY)為AMP

擴展的L2CAP(邏輯鏈路控制與適配協(xié)議)擴展的HCI(主機控制接口)AMP增強型的安全機制802.11

PAL(協(xié)議適配層)擴展的功率控制單向廣播無連接數(shù)據(jù)(UCD)增強電源控制(EPC)Core

4.02010

.6低功耗低功耗物理層與鏈路層(AMP)擴展的HCI為低功耗擴展的L2CAP屬性協(xié)議與應用AES

加密與安全管理(SMP)藍牙協(xié)議概況頻率：2.400-2.4835

GHz–

BR/EDR f=2402+k

MHz,

k=0,…,78–

LP

f=2402+k*2

MHz,

k=0,

…

,39傳送速率BR

721.2kbpsEDR

2.1Mbps,

HS

24Mbps

with

802.11

AMPLP

1Mbps傳輸方式BR/EDR

TDDLP FDMA,

TDMABLE4.0基本概念兩種傳輸方式FDMA,

TDMA,其中FDMA中包含40個信道，3個 信道，37個數(shù)據(jù)傳輸信道。TDMA用于預定時間一個設備去傳送數(shù)據(jù)，在預定時間后傳送設備的響應數(shù)據(jù)。事件(event)：物理信道上被分割的時間單元。藍牙設備在事件中通過包的形式來發(fā)送數(shù)據(jù)。兩種類型的事件,Advertising

event和Connection

event.由advertisers去發(fā)送廣播包，然后由scanners去接收 ，決定是否連接。advertiser在物理廣播信道上，通過advertising

event去發(fā)送advertising.Scanner可以在同樣的物理

信道上對advertiser做一個響應。可以用單向的或者廣播的形式來使用advertising

event。一個設備需要去用連接來

advertisingevent，這類設備叫做initiators.如果這個設備去連接了advertiser,那么advertisingevent就結束了，connectionevent就開始了。此時initiator變成master設備，組成的網(wǎng)可以叫做piconet，然后advertiser這時就變成了slaver設備。雙方協(xié)商一個數(shù)據(jù)傳輸信道來做后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸工作。藍牙核心架構藍牙

架構(Host)ChannelManager：創(chuàng)建，管理，關閉L2CAP信道。對其它設備，去在L2CAP層連接相應端點，對自身，在本地的Link

Manager或者是AMP

PAL的基礎上創(chuàng)建新的邏輯

。L2CAP

ResourceManager：用來管理從接收或者傳送的PDU片段，這么做是由于在controller上只有有限的緩沖區(qū)。還用來對提交的L2CAPSDUs做是否符合QoS設置允許的判斷，但沒有提出具體的方法。藍牙

架構(Host)SMP

(Security

Manager

Protocol)：用在點對點的協(xié)議中產(chǎn)生加密密鑰或

密鑰。同時，產(chǎn)生隨機地址管理并

已知

的藍牙設備的加密和

密鑰。并且在配對階段用于

加密并且證認的密鑰。藍牙

架構(Host，僅用于LE)ATT

(Attribute

Protocol)：ATT用于L2CAP信道上的attribute

server和attributeclient的交互，用于client向server請求attribute相關的信息。用request,

response,confirm,notification這幾種狀態(tài)交互。AMPManagerProtocol：在AMP的PAL層之上操作，發(fā)現(xiàn)遠端的AMP是否適用，并且建立和管理AMP的物理

，但它是使有用L2CAP的專門的信號通道與

的AMP進行交互。GATT(GenericAttributeProfile)：profile提供了server和client的一些特性，描述了服務等級，characteristics和server端的attribute，并且提供了上述特性的發(fā)現(xiàn)，讀寫操作的接口。用作LE設備的發(fā)現(xiàn)設備階段。GAP(Generic

Access

Profile)：提供最基本的功能，比如傳輸中的過程和模式，協(xié)議或者應用的profile。GAP的服務包括設備發(fā)現(xiàn)、連接模式、安全、認證、關聯(lián)模型和服務發(fā)現(xiàn)。藍牙

架構(Controller)DeviceManager：基本上提供數(shù)據(jù)傳輸之外的一切操作，如發(fā)現(xiàn)連接附近的藍牙設備，或者是自己能夠被其它設備發(fā)現(xiàn)或者連接。需要BasebandResourceController來做物理及

層的操作。Link

Manager：創(chuàng)建、修改、

邏輯。在LE中是使用LL來完成的。LL可以創(chuàng)建新的

或者是邏輯傳輸。藍牙

架構(Controller)DeviceManager：基本上提供數(shù)據(jù)傳輸之外的一切操作，如發(fā)現(xiàn)連接附近的藍牙設備，或者是自己能夠被其它設備發(fā)現(xiàn)或者連接。需要BasebandResourceController來做物理及

層的操作。Link

Manager：創(chuàng)建、修改、

邏輯。在LE中是使用LL來完成的。LL可以創(chuàng)建新的

或者是邏輯傳輸。藍牙

架構(Controller)Baseband

Resource

Manager：用于基于radio的存取。調度物理信道上的存取實體的存取時間，判斷實體的存取連接。如果是Primary

Controller，還要提供下列功能：邏輯鏈的數(shù)據(jù)更改，查詢，創(chuàng)建連接，設備能被發(fā)現(xiàn)并被連接，在跳頻模式下

未使用的載波。Link

Controller：對數(shù)據(jù)荷中的藍牙包，還有物理信道上相關的參數(shù)，邏輯

，邏輯鏈路實行編

。PHY：物理信道上的包的收發(fā)。其中在baseband和PHY之間有一層通道，baseband可以調整PHY層的頻率與時序，并且把PHY層在物理信道上收發(fā)的數(shù)據(jù)改變成上層需要的格式。藍牙

架構相關補充BR/EDRLE的Link

Layer和AMP

MACLayer提供藍牙的ARQ協(xié)議。L2CAPLayer提供這一層的PDU的重傳，為將來提供錯誤檢測，將可來選的接收區(qū)的緩沖區(qū)分配等。LE只能用其中的一部分功能?；赑HY層的測試：DTM,GTM,TCI,IUTBLE4.0數(shù)據(jù)傳輸架構BLE4.0

L2CAP結構L2CAP向上層協(xié)議提供了方向性連接或者是無連接的數(shù)據(jù)服務，并且對數(shù)據(jù)進行分割重組。L2CAP允許上層的應用或者協(xié)議傳送數(shù)據(jù)包的SDU最大到64KB.BLE4.0

L2CAP狀態(tài)機CLOSED：信道沒有連接WAIT_CONNEC：收到了連接請求，可以掛起，或發(fā)出響應WAIT_CONNECT_RSP：發(fā)送了連接請求，等待

的回應CONFIG：這個配置在server和client這兩種設備中有區(qū)別，包含很多子狀態(tài)OPEN：數(shù)據(jù)可以傳輸WAIT_DISCONNECT：發(fā)送斷開請求，等待回應WAIT_CREATE：收到了創(chuàng)建的請求， 掛起，或者響應，類似WAIT_CONNECT狀態(tài)。WAIT_CREATE_RSP：發(fā)送了創(chuàng)建的請求，等待 的回應。類似WAIT_CONNECT_RSPWAIT_MOVE：收到了改變信道的請求，回應或者掛起。WAIT_MOVE_RSP：發(fā)送了改變信道的請求，等待回應WAIT_MOVE_CONFIRM：發(fā)出了收到了改變信道的請求后的回應，等待initiator端的確認WAIT_CONFIRM_RSP：發(fā)出了改變信道的確認，等待針對確認的回應。BLE4.0

L2CAP兩種類型幀格式S-frame請求或者重傳I-frameI-frame用于在L2CAP實體間傳輸信息BLE4.0

L2CAP

control

fieldSAR

(Segmentation

and

reassembly)ReqSeq

(Receive

Sequence

number)R

(Retransmission)TxSeq

(Send

Sequence

number)BLE4.0

Profile為藍牙的不同應用的互相操作提供了可能。描述了從PHY到L2CAP層的特性和功能。設備間的交互都必須尊循Profile的約定。BLE4.0

GAP藍牙設備中最基本的profile。LE中定義了4種規(guī)則Broadcaster：僅用于發(fā)送的應用，可以發(fā)送advertising，不支持連接Observer：僅用于接收的應用，一般用于接收advertising，不支持連接Peripheral：連接后的master，可以支持多向連接，功能復雜–

Central：連接后的slaver方，僅支持單向連接，功能簡單所有其它的profile都繼承自GAP，最頂層的profile叫做ApplicationProfile.BLE4.0

GATT建立了最基本GATT處于ATT的最頂層為ATT的數(shù)據(jù)傳輸與的操作框架定義了兩個規(guī)則Server,Client，一般從

client請求信息，然后server端把的數(shù)據(jù)返回。其中所有的attribute信息都存在server端。GATT包含一系列格式化的數(shù)據(jù)，Service,

Characteristic.Service分為primary和secondary兩種類型，必須有primary

service。為保持向后的兼容性，新的修訂版中只允許增加，不允許修改service。Characteristic

了value和value的配置、存取顯示等信息。Descriptorserver上的value或者

信息。BLE4.0

GATT

UUID16位的UUID與128位的UUID的轉換128-bit

UUID

=

16-bit

Attribute

UUID

*

(2^96)

+Bluetooth_Base_UUID0000

x-0000-1000-8000-00805F9B34FBGATT

ServicesGATT

DeclarationsGATT

DescriptorsGATT

CharacteristicsGATT

UnitsBLE4.0

ATT給client讓Server端把一系列的attribute和value，并且client端能去發(fā)現(xiàn)，讀寫這些信息。提供功能attribute

type,

defined

by

a

UUID,由藍牙的SGI所定義attribute

handlea

set

of

permissions

that

are

defined

by

eachhigher

layer

specificat