ble原理（1）蓝牙ble协议知识

1蓝牙技术联盟

2：窝窝科技
3.网友参考1

1：协议体系结构图

2：协议部分说明

控制器：基本是一个物理设备，能发射和接收无线电信号，且如何能将这些信号翻译成携带信息数据包
主机：是一个软件栈，管理两台以上的设备间如何进行通信，以及如何利用无线电同时提供几种服务
应用程序：则使用软件栈，进而是控制器，来实现用户实例功能

3：物理层介绍------无线电波产生 0-1

原理：采用2.4GHZ无线电波。本质上，只是传输和接收电磁辐射，采用
高斯频移键控调制（GFSK）
频段：2402MHz-2480MHz，各信道宽度
2MHz
信道：40个RF信道，
广播信道3个：37、38、39
数据信道37，动态自适应数据信道
物理层比特率为1Mbit/s，每个符号1比特， 2m
发射功率规定最大发射功率为+10dBm，最小发射功率不能低于 -20dBm
GFSK是把调制前数据经高斯低通滤波器滤波后，再进行FSK调制的调制方式。它具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等优点。协议同时规定，数字1将会被调制成正频率偏移，而数据0将会被调制成负频率偏移

3.1 广播通道

4 链路层----数据详细定义

作用：链路层定义了两个设备如何利用无线电传输信息，包含了报文、
广播、数据通道的详细定义，也规定了发现其他设备的流程、
广播的数据、连接建立、连接管理以及连接中的数据传输
信道：广播信道和数据信道
报文格式：广播报文和数据报文。带有标签数据，定义了由谁发出该谁接收

4.1 链路层的状态

Master role：主设备，在通信建立的过程中起主导作用发起连
接建立
Slave role：从设备，在通信建立的过程中发送广播消息设
备会作为从设备。

链路层的状态有如下几种：
(1) Standby：在此状态下链路层不收发任何数据包，任何其它
状态都可以转换为该状态。（就绪态）
(2) Advertising：链路层在此状态下将会发送广播消息，或者处于侦听
广播响应消息。
(3) Scanning：在这种状态下，链路层会扫描是否有广播消息。
(4) Initiating：链路层在这种状态会侦听广播信道消息，也会
响应广播消息从而启动连接建立。
(5) Connection：设备建立连接之后就进入connection状态

5 主机控制器接口-----------两层之间接口层

定义主机和控制器如何进行信息数据交互。它允许主机将命令和数据发送给控制器，控制器将事件和数据发送到主机
HCI 就是一个接口，这个接口是连接主机和控制器的，既然是连接两个东西的接口，那么必定是控制器有部分 HCI 的程序，主机也有部分 HCI 的程序
有两个独立的部组成：逻辑接口和物理

1：逻辑接口定义了命令和事件以及相关的行为。

（1）. HCI信道：会提供一个连接后的句柄，用来标识信道和数据
（2）. 命令数据包：向控制器传命令数据包，来执行命令

:2：而物理接口则是具体的通过硬件实现具体传输的接口。
常见的物理接口包括USB/SDIO/UART ，但是对于低功耗而言，
由于usb需要大量硬件，而且不属于低功耗的接口，所以一般ble不用usb

5.1主机发起连接----控制器

6 逻辑链路控制和适配协议--------数据疏导员

L2CAP 相当于一个交通疏导员，控制器的数据来到了主机层，相当于一辆车来到了一个十字路口，
驾驶员决定自己是直行还是左右拐弯(控制层的数据头中包含了数据是什么数据即包含了流向)，
车往哪走需要看交通灯(数据到了 L2CAP 层后就由 L2CAP 层进行疏导，根据头部信息判断流向，再进行数据传输)。
信道独立的。该层只用固定信道：一个用于信令信道，一个用于安全管理

7安全管理器协议-----安全管理员

作用:实现简单配对和秘钥分发协议。配对用认证方式实现的，是一个获取对方设备信任的过程。
之后就是链路的加密和加密和秘钥分发。
从设备将秘钥共享给主设备，当这两个设备在重新连接时，就可以很快认证彼此身份。

8 属性协议（ATT）------定义数据结构

ATT（Attribute Protocol）属性层是GATT和GAP的基础，它定义了BLE协议栈上层的数据结构和组织方式
ATT层定义了属性的内容，规定了访问属性的方法和权限
属性是一个数据结构，它包括了数据类型和数据值
属性包括三种类型：服务项、特征值和描述符。服务项包含一个或多个特征值，特征值包含一个或多个描述符，
多个服务项组织在一起，构成属性规范（Attribute Profile）

8.1 属性数据结构

属性数据结构包含：句柄、类型、属性值、权限

句柄：数据地址，某个属性值查询的地址
类型：用以区分当前属性是服务项或是特征值等，它用UUID来表示
属性值：是存放数据的地方
权限：只读、只写、可读写。加密、不加密，需要认证、无需认证
需要授权、无需授权

9 通用属性规范（GATT）-----服务器数据（profile）

定义如何去被发现与使用服务、特性与描述符的方法，如何发现首要服务，
所有次要服务，次服务下的所有特征值。定义服务器和客户端如何相互发送符合标准的消息进行通信

10 通用访问规范（GAP）----定义访问设备

作用：它在用来控制设备连接和广播。GAP 使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。例如 Beacon 设备就只是向外广播，不支持连接，小米手环就等设备就可以与中心设备连接
定义四类角色;
1: 广播者：广播报文设备
2：观察者：扫描设备
3：外围设备：可以利用可连接广播报文进行广播的设备，
一旦连接就成为从设备
4：中央设备：向外围设备发起连接设备连接后变成主设备

11用户应用层

应用层规约定义了三种类型：特性、服务和规范。这些规约构建在通用属性规范上，
通用属性规范为特性和服务定义了属性分组，应用程序为使用这些属性组定义了规约，
就是我们用户怎么去自己定义去使用ble的属性表。

可以加入QQ群：687360507
与大伙沟通交流，技术在于分享而进步