BLE 协议栈（Master，Slave；Standby，Advertiser，Scanner，Initiator；连接流程，连接参数）

文章目录

1、BLE 协议栈的结构和配置（应用层，Host 主协议层，Controller 控制层）
2、BLE 物理层（PHY）
3、拓扑结构（星型拓扑）
4、设备状态（Master，Slave；Standby，Advertiser，Scanner，Initiator）
5、BLE 连接状态流程图
6、广播事件（Advertising）
7、广播间隔（advInterval，Advertising Interval）
8、扫描事件（Scan）
9、发起连接（Initiate）
10、连接参数（跳频增量，连接间隔，监督超时）
11、连接事件（Connection Event）
12、从机潜伏（Slave Latency）
13、连接参数的设定（Connection Parameter）
14、终止连接

1、BLE 协议栈的结构和配置（应用层，Host 主协议层，Controller 控制层）

1、协议栈有两部分组成：Controller 和 Host
2、Profiles和应用总是基于GAP和GATT之上
3、在单芯片方案中，Controller 和 Host，Profiles和应用层都在同一片芯片中

2、BLE 物理层（PHY）

1、RF规格特性

运行在2.4GHz ISM 频段
GFSK 调制方式（高斯频移键控）
40个2MHz的通信间隙（其中，BLE有3个固定的广播信道(37/38/39)，37个自适应自动跳频数据信道）

2、物理层可以和经典蓝牙RF，组合成双模设备
3、2MHz间隙，能更好地防止 相邻频道的干扰

3、拓扑结构（星型拓扑）

BLE是一种星型拓扑结构：

主设备（Master）管理着连接，并且可以连接多个从设备（Slave）
一个从设备（Slave）只能连接一个主设备（Master）

4、设备状态（Master，Slave；Standby，Advertiser，Scanner，Initiator）

作为一个BLE设备，有6种可能的状态：

序号	可能的状态	描述
1	待机状态（Standby）	设备没有传输和发送数据，并且没有连接到任何设备
2	广播状态（Advertising）	周期性广播状态
3	扫描状态（Scanning）	主动地寻求正在广播的设备
4	发起连接状态（Initiating）	主动向某个设备发起连接
5	主设备（Master）	作为主设备，连接到其他设备
6	从设备（Slave）	作为从设备，连接到其他设备

5、BLE 连接状态流程图

6、广播事件（Advertising）

1、广播包的发送是单向的，不需要任何连接
2、设备发送广播包，进入广播状态

广播包可以包含特定的数据定义，最大31个字节
广播包可以直接指向某个特定的设备，也可以不指定
广播包可以声明是 可被连接的设备，或者是不可连接的设备

3、在一次广播事件中，广播包会分别在三个广播信道（37/38/39）中，被发送一次

7、广播间隔（advInterval，Advertising Interval）

1、广播间隔，是两次广播事件之间的最小时间间隔
2、广播间隔的取值范围是在 20ms~10.24s 之间
3、链路层会在每次广播事件期间，产生一个随机广播延时 时间（0~10ms），这个延时被加在广播间隔中，这样来避免多设备之间的数据碰撞。

8、扫描事件（Scan）

1、每次扫描设备打开Radio接收器去监听广播设备，称为一个扫描事件
2、扫描事件交替发生在三个特点的广播信道中：37/38/39
3、扫描频宽比（Duty Cycle），关于扫描的两个时间参数：

扫描间隔：扫描设备的扫描频度
扫描窗口：每次扫描事件 的持续时间

9、发起连接（Initiate）

1、除了扫描，设备也可以主动发起连接
2、发起状态的设备和扫描状态的设备，区别在于：
当它监听到一个可连接的广播，发起设备会发送一个连接请求，而扫描设备会发送一个扫描请求
3、连接请求包括一套为从机准备的连接参数，安排连接事件发生的信道和时间
4、如果广播设备接收了连接，两个设备就进入连接状态，发起方称为Master，广播方称为 Slave

10、连接参数（跳频增量，连接间隔，监督超时）

序号	可能的状态	描述
1	信道映射	指示连接使用的频道
2	跳频增量	一个5~16之间的随机数，参与信道选择的算法
3	连接间隔（connInterval）	1.25ms的倍数，7.5ms~4.0s之间
4	监督超时（supervisionTimeout ）	10ms的倍数，100ms~32.0s之间，必须大于（1+slaveLatency）* connInterval
5	从机潜伏（slaveLatency）	0~499之间，不能超过（(supervisionTimeout / connInterval) - 1）

11、连接事件（Connection Event）

1、所有的通信都发生在两个设备的连接事件期间
2、连接事件周期地发生，按照连接参数指定的间隔（interval）
3、每个事件发生在某个数据信道（0~36），跳频增量参数决定了下次连接事件发生的信道
4、在每个连接事件期间， Master 先发送， Slave 会在150us 之后做出回应
5、即使一个连接事件发生(或两者)，双方都没有数据发送 (例外情况是从机潜伏使能) 。
这允许两个设备都承认对方仍然存在，并保持活跃的连接。

12、从机潜伏（Slave Latency）

1、潜伏（Latency）： Slave 如果没有数据发送，允许跳过连接事件
2、连接参数中的 Slave 的潜伏值，是允许从机跳过的最大连接次数
3、在连接事件中，如果 Slave 没有对 Master 的包做出回应， Master 将会在后来的连接事件中重复发送，直到 Slave 回应
4、两个有效的连接事件之间的最大时间跨度(假设 Slave跳过了最大数目的连接事件跳过了最大数目的连接事件)，称为“有效连接间隔”
5、从机的潜伏值范围是 0~499 ，但是有效的连接间隔必须小于32.0s（监督超时时间：supervisionTimeout）

13、连接参数的设定（Connection Parameter）

1、短间隔的连接事件:

主从机都会以高能耗运行
高数据吞吐量
发送等待时间短

2、长间隔的连接事件:

主从机都会以低能耗运行
低数据吞吐量
发送等待时间长

3、低或者0 潜伏值:

从机以高能耗运行
从机可以快速收到来自主机的数据

4、高潜伏值:

从机在没有数据发送的情况下，可以低功耗运行
从机无法及时收到来自主机的数据
主机能及时收到 来自从机的数据

14、终止连接

1、Master 和 Slave 都可以主动断开连接

一边发起断开，另一边必须在在断开连接之前，回应这个断开请求

2、监视超时而断开连接

监视超时参数指定了两个数据包之间的最大时间跨度
监视超时时间必须大于有效连接间隔，而且小于 32.0s
Slave and Master 双方都维持着自己的监视超时计时器，在每次收到数据包时清零。
如果连接超时，设备会认为连接丢失，并且退出连接状态，返回广播，扫描或者待机模式。