藍(lán)牙4.0協(xié)議詳解

藍(lán)牙v4.0與以前的版本有根本區(qū)別，因?yàn)樗詢蓚€(gè)協(xié)議為基礎(chǔ)，而非一個(gè)協(xié)議。 這帶來了一些需要藍(lán)牙Smart品牌解決的問題”Svein-Egil Nielsen解釋說。

雖然藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）在很多事情上都備受指責(zé)，但是在消費(fèi)者中成功樹立藍(lán)牙品牌卻無可非議。早在2008年進(jìn)行的一項(xiàng)獨(dú)立調(diào)查發(fā)現(xiàn)，85%的消費(fèi)者“認(rèn)識了無線技術(shù)”， 今天這個(gè)數(shù)字很可能會(huì)更高。

隨著藍(lán)牙v4.0的推出，技術(shù)聯(lián)盟面臨著一個(gè)新的挑戰(zhàn)，就是準(zhǔn)確解釋這項(xiàng)技術(shù)是什么。 跟以往版本不一樣，藍(lán)牙v4.0架構(gòu)采用了兩類不同的無線電技術(shù)和協(xié)議。一種類型可以與以往版本通信，而另一種則不可以。

從用戶所關(guān)注的互操性到工程人員所需，技術(shù)聯(lián)盟的答案是，新品牌可幫助消費(fèi)者在市場上找到所需產(chǎn)品。藍(lán)牙Smart和藍(lán)牙Smart Ready品牌背后所采用的藍(lán)牙v4.0技術(shù)正在被廣泛應(yīng)用。

藍(lán)牙4.0BLE介紹

藍(lán)牙4.0支持的角色有：

廣播者（BroadCaster）——廣告發(fā)送者，不是可連接的設(shè)備

觀察者（Observer）——掃描廣告，不能夠啟動(dòng)連接

外圍設(shè)備（Peripheral）——廣告發(fā)送者，是可連接的設(shè)備，在單一鏈路層連接時(shí)作為一個(gè)從機(jī)

中央設(shè)備（Center）——掃描廣告啟動(dòng)連接，在單一或者多鏈路層連接時(shí)作為主機(jī)，支持三個(gè)同時(shí)連接

廣播者跟觀察者配對使用不能建立連接。應(yīng)用：溫度傳感器跟溫度顯示器。

中央設(shè)備跟外圍設(shè)備可以進(jìn)行連接、配對、數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用：手表跟手機(jī)。

BLE連接的過程：

1、外圍設(shè)備發(fā)送具體的廣告數(shù)據(jù)讓任何中央設(shè)備知道他是一個(gè)可連接的設(shè)備，廣告內(nèi)容包含設(shè)備地址，還可以包含一些額外的額數(shù)據(jù)，比如設(shè)備名稱、服務(wù)ID等。

2、中央設(shè)備（Center）接收到廣告后發(fā)送一個(gè)搜索請求給外圍設(shè)備（Peripheral），外圍設(shè)備（Peripheral）返回掃描響應(yīng)給中央設(shè)備（Center）。這樣中央設(shè)備就知道這是一個(gè)可連接的設(shè)備。

3、中央設(shè)備可以發(fā)送一個(gè)建立連接的請求給外圍設(shè)備。進(jìn)行配對連接，必要時(shí)進(jìn)行綁定操作（連接可以被從機(jī)或者主機(jī)任一方終止）。

配對（Pairing）：建立連接，配對完成后可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

綁定（Banding）： 將配對信息記錄下來，如設(shè)備地址，這樣下次連接時(shí)就不需要再次配對的過程（快速連接）。

藍(lán)牙低功耗：

低耗能藍(lán)牙技只用 3 個(gè) 信道做廣播信道，允許毫秒級快速建立連接，效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)藍(lán)牙的 32 個(gè)信道方式。

少的數(shù)據(jù)頻道和寬頻道間隔：傳統(tǒng)藍(lán)牙有 79 個(gè)數(shù)據(jù)信道，頻道間隔 是 1MHz；低耗能藍(lán)牙有 40 個(gè)數(shù)據(jù)信道，頻 道間隔是 2MHz。

傳統(tǒng)藍(lán)牙的工作峰值電流一般是 35mA，睡眠狀態(tài)電流是 0.01mA。

而低耗能藍(lán)牙的工作峰值電流是小于 15mA，睡眠狀態(tài)電流是 0.004mA

還可以軟件設(shè)置以下三個(gè)參數(shù)來降低功耗。

連接間隔：當(dāng)設(shè)備建立連接時(shí)，即使沒有數(shù)據(jù)的收發(fā)，兩設(shè)備仍然會(huì)通過交換鏈路層數(shù)據(jù)來維持連接，連接間隔就是兩個(gè)連接事件之間的時(shí)間間隔。設(shè)置范圍（7.5ms - 4s）。

從機(jī)延遲： 從機(jī)可以跳過若干連接事件繼續(xù)休眠節(jié)省功耗。

管理超時(shí)：兩個(gè)成功連接事件之間最大的允許間隔。如果超出這個(gè)時(shí)間就認(rèn)為設(shè)備斷開連接。設(shè)置范圍（100ms--32s）

藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議與協(xié)議棧的關(guān)系

協(xié)議定義的是一系列的通信標(biāo)準(zhǔn)，通信雙方需要共同按照這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)收發(fā)。

協(xié)議棧是協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)形式，通俗的理解為用代碼實(shí)現(xiàn)的函數(shù)庫，以便于開發(fā)人員調(diào)用。

藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧就是將各個(gè)層定義的協(xié)議都集合在一起，以函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，并提供一些應(yīng)用層API，供用戶調(diào)用。

注意：雖然協(xié)議是統(tǒng)一的，但是協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)形式是變化的，即不同廠商提供的協(xié)議棧是有區(qū)別的，例如：函數(shù)名稱和參數(shù)列表可能有區(qū)別，選擇協(xié)議棧以后，需要學(xué)習(xí)具體的例子，查看廠商提供的Demo演示程序、說明文檔（通常，實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧的廠商會(huì)提供一些API手冊供用戶查詢）來學(xué)習(xí)各個(gè)函數(shù)的使用方式，進(jìn)而快速地使用協(xié)議棧進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)工作。

如何使用藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧

既然藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議，那么用戶就可以使用協(xié)議棧提供的API進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)，在開發(fā)過程中不必過多的關(guān)注藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需要關(guān)注一個(gè)核心的問題：應(yīng)用程序數(shù)據(jù)從哪里來到哪里去。

至于調(diào)用協(xié)議棧中函數(shù)后，如何初始化應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送等工作，藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧已經(jīng)完成了所需要的初始化。

如果開發(fā)過程中確實(shí)需要或者是想要了解藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議，可以查看SIG提供的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范。

深入理解藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧

協(xié)議棧概述

我們以TI的CC254X系列BLE芯片為例來深入了解下藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧。TI的藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議棧包含兩部分：主機(jī)和控制器。主機(jī)和控制器的分離要追溯到藍(lán)牙BR/EDR設(shè)備時(shí)期，控制器和主機(jī)通常會(huì)分開實(shí)現(xiàn)。

協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式采用分層的思想，控制器部分包括：物理層、鏈路層、主機(jī)控制接口層；主機(jī)部分包括：邏輯鏈路控制及自適應(yīng)協(xié)議層、安全管理層、屬性協(xié)議層、通用訪問配置文件層、通用屬性配置文件層；上層可以調(diào)用下層提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)需要的功能。