關(guān)于低功耗藍(lán)牙技術(shù)連接的技術(shù)細(xì)節(jié)

　　在低功耗藍(lán)牙技術(shù)建立連接的過(guò)程中，設(shè)備都是成對(duì)出現(xiàn)的：master和slave設(shè)備。如果master希望與slave建立連接，master就需要發(fā)起連接請(qǐng)求（ConnectionRequest，CONNECT_REQ），因此master可以稱之為連接發(fā)起者；同時(shí)，slave必須是可連接的并且具有解析連接請(qǐng)求CONNECT_REQ的能力，slave可以稱之為廣播者。圖1是連接請(qǐng)求CONNECT_REQ的幀結(jié)構(gòu)。

　　圖1 CONNECT_REQ幀結(jié)構(gòu)

　　其中，InitA是連接發(fā)起者的藍(lán)牙設(shè)備地址，長(zhǎng)度為6字節(jié)；AdvA是廣播者的藍(lán)牙設(shè)備地址，長(zhǎng)度為6字節(jié)。除了InitA和AdvA之外，幀格式中最為重要的部分則是LLData，這一部分包含了在連接建立過(guò)程中所需要使用的有意義的參數(shù)。

　　為了更好的理解連接請(qǐng)求CONNECT_REQ，我們可以在日常生活中找到類似的一個(gè)例子，幫助我們理解它的含義。讀者們很多應(yīng)該都有過(guò)工作經(jīng)驗(yàn)，在開始新的工作之前，都需要和雇主簽署一份勞動(dòng)合同，而CONNECT_REQ就是一份由“雇主”master提供的“勞動(dòng)合同”，只需經(jīng)過(guò)“雇員”slave確認(rèn)，這份“合同”就開始生效，低功耗藍(lán)牙技術(shù)的連接也就建立了。接下來(lái)我們就對(duì)“合同”中的各項(xiàng)條款逐條進(jìn)行分析（如圖2所示）。

　　圖2 LLData示意圖

　?。?）接入地址（AA：Access Address）

　　這份合同的第一條款就是為雇員分配一個(gè)公司內(nèi)部的唯一識(shí)別碼，類似于工號(hào)，雇員可以在公司內(nèi)部使用這一工號(hào)；當(dāng)雇員離開公司之后，唯一識(shí)別碼自動(dòng)失效；即使是這一雇員再次加入到這家公司，他/她的新工號(hào)也與舊的工號(hào)不同。類似的，在兩個(gè)低功耗藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備建立連接之前，master設(shè)備負(fù)責(zé)生成接入地址，這一地址類似于一個(gè)4字節(jié)的隨機(jī)數(shù)，當(dāng)連接建立之后，master和slave都使用這一接入地址進(jìn)行通信；當(dāng)連接斷開之后，接入地址自動(dòng)失效。

　?。?）CRCInit（CRC初始值）

　　這份“合同”的第二條款是CRCInit，它就是雇員在公司內(nèi)部的一個(gè)密鑰，通過(guò)這個(gè)密鑰，雇員可以訪問(wèn)公司內(nèi)部的資源。對(duì)于低功耗藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備，master和slave使用CRCIinit來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的完整性。

　　（3）WinSize和WinOffset

　　合同的第三條款中規(guī)范了雇員首次來(lái)公司報(bào)到的時(shí)間以及今后每次工作的時(shí)長(zhǎng)。WinSize和WinOffset在低功耗藍(lán)牙技術(shù)連接中，也做了類似的定義。WinOffset定義了在CONNECT_REQ命令之后的一個(gè)通信窗口的偏移量，如圖3所示。在slave設(shè)備收到CONNECT_REQ之后，slave設(shè)備需要占用一些時(shí)間、根據(jù)LLData參數(shù)進(jìn)行一些相關(guān)的配置，因此，WinOffeset為slave設(shè)備進(jìn)行此種操作提供了時(shí)間，transmitWindowOffset= WinOffset×1.25 ms。WinSize定義了設(shè)備每次開啟收發(fā)機(jī)的窗口時(shí)間，無(wú)論是master還是slave，它們都遵循WinSize的定義，窗口時(shí)間transmitWindowSize=WinSize×1.25 ms。

　　因此，在CONNECT_REQ之后，第一個(gè)由master發(fā)送到slave的數(shù)據(jù)幀，我們稱之為“錨點(diǎn)”（如圖3所示），因?yàn)橹蟮乃械倪B接事件都以這一時(shí)刻為基準(zhǔn)，呈現(xiàn)周期性變化。從紅色框圖中我們可以看到，第一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)刻不能早于（1.25ms+transmitWindowOffset），同時(shí)也不能晚于（1.25 ms + transmitWindowOffset + transmitWindowSize）。

　　圖3 發(fā)起連接時(shí)序圖

　　（4）Interval， Latency & Timeout

　　一般情況下，人們的工作時(shí)間是朝九晚五，一周工作五天。但是在低功耗藍(lán)牙技術(shù)的連接機(jī)制當(dāng)中，我們采用了更加靈活的“彈性工作制”。對(duì)于低功耗藍(lán)牙技術(shù)連接的彈性工作制，這里有三個(gè)參數(shù)需要了解，Interval，Lantency和Timeout。

　　圖4 連接事件時(shí)序圖

　　在連接建立之后，master和slave之間的數(shù)據(jù)交互我們可以稱之為連接事件，連接事件的發(fā)生周期（connInterval）則是由Interval參數(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)定，connInterval= Interval×1.25 ms， connInterval的取值范圍則是在7.5 ms至4 s秒之間。因此，在確定了錨點(diǎn)之后，master和slave將按照connInterval確定的時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，如圖4所示。

　　但是，對(duì)于低功耗藍(lán)牙技術(shù)，低功耗的特性是需要特別考慮的，而且在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，不需要在每次connInterval都產(chǎn)生連接事件，因此引入了參數(shù)Lantancy，可以有效的減少連接事件的產(chǎn)生，connSlaveLatency= Latency。connSlaveLatency 定義了slave設(shè)備可以忽略多少個(gè)連續(xù)的連接事件，其不需要在這些被忽略的連接事件中偵聽來(lái)自master的數(shù)據(jù)包，這也意味著slave設(shè)備不需要在每個(gè)連接事件產(chǎn)生的時(shí)刻都喚醒并打開射頻接收機(jī)進(jìn)行偵聽，所以可以有效減少slave設(shè)備的功耗。這也是低功耗藍(lán)牙技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)其低功耗特性的一個(gè)重要的原因。

　　Timeout參數(shù)定義了連接超時(shí)的長(zhǎng)度，connSupervisionTimeout= Timeout×10 ms，其取值范圍在100 ms至32 s之間。不論是master還是slave，在其收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀之后，如果等待了connSupervisionTimeout時(shí)長(zhǎng)都沒(méi)有下一個(gè)數(shù)據(jù)幀到來(lái)，則可以認(rèn)為連接已經(jīng)斷開。在這里要強(qiáng)調(diào)的是，connSupervisionTimeout必須大于（1 + connSlaveLatency） × connInterval × 2，否則，slave設(shè)備即使是在Lantency狀態(tài)，也會(huì)被誤認(rèn)為是連接超時(shí)，導(dǎo)致連接誤斷開。

　　（5）ChM & Hop

　　我們都知道，藍(lán)牙使用的是跳頻技術(shù)，當(dāng)連接建立之后，master和slave設(shè)備就需要利用某種機(jī)制來(lái)在預(yù)先設(shè)定的信道圖譜上、按照預(yù)先設(shè)定的跳頻跨度進(jìn)行跳頻工作，信道圖譜就來(lái)自ChM參數(shù)，每跳的跨度則來(lái)自于Hop參數(shù)。Hop是一個(gè)整數(shù)，取值范圍在5至16之間。下面的公式提供了跳頻的工作方式：

　　作者：任凱 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理