BLE知识介绍

官方文档和参考文档

1. specifications
2. assigned-numbers
3. 00_低功耗蓝牙BLE基础知识
4. 蓝牙技术总结
5. 浅谈BLE低功耗蓝牙技术相关知识

一、蓝牙传输频段

低功耗蓝牙一共有40个信道，频段范围从2402MHz到2480MHz，其中37，38，39是广播信道，剩余的是数据信道。

为什么要选择37，38，39做广播通道

我们可以看看wifi传输信道情况，这样设计可能是为了最大程度避开wifi传输信道的干扰，影响广播扫描配对。配对成功后，蓝牙传输支持channel hop功能来做抗干扰。

为什么是2.4G频段

2.4GHz 频率属于 ISM（工业、科学及医疗设备）频率，无需经过当局许可便可使用，属于全球通用。

二、蓝牙广播数据

蓝牙广播数据包长度37个字节，其中前6个字节固定是Mac地址，剩余31个字节根据实际情况定义。

长度 = 1 + N

来看一个具体的例子，如下是一个广播数据包的两个结构体，第一个占用5个字节，第二个占用4个字节，剩余不足31个字节的位置补零。

上面知道了广播数据结构体的组织方式，下面来看看如何解释这些数据结构体。我们可以在官方specifications提供的Assigned Numbers文档中查看完整的广播类型定义，这里列举几个常用的类型说明：

很多字段都是需要在蓝牙官方资料中查询，这里罗列几个常用查询地址：

类型说明
补充说明
注册蓝牙公司标识查询
外观类型查询

三、蓝牙扫描，广播时长和扫描窗口

1. scan 指的是central端在扫描周边蓝牙设备，必须设置scan interval（扫描周期：2.5ms ~ 10.24s）Advertising 指的是peripheral端广播信息，需设定Advertising interval（广播周期：20ms~10.24s）
2. 扫描间隔（scan interval）：两个连续的扫描窗口的起始时间的时间差，包括扫描休息的时间和扫描的时间。
3. Interval时间越长，越省电，反之越耗电
4. 设定Time out时间，避免长期scan或者Advertising造成产品耗电。
5. 扫描窗口(scan window)：一次扫描进行的时间宽度
   

四、蓝牙广播分类和扫描

蓝牙广播分类主要从三个维度出发：

1. connectability可连接性：Connectable vs Non-connectable
2. scannability可被扫描性：Scannable vs Non-scannable，可扫描的意思是scanner可以发送scan request，advertiser发送scan response data
3. directability定向性：Directed vs Undirected，定向的意思是指定scanner的地址，其他scaner不能连接上来
   另外一个维度是discoverable，分为non-discoverable vs discoverable(general or limited)，non-discoverable可以理解，就是不可发现。

广播类型	使用	连接支持	扫描响应
可连接非定向	常用普通广播方式	是	支持
可连接定向	用于已配对过，快速回连广播	指定设备可连	不支持
不可连接非定向	常用于信标，传感器	否	不支持
可扫描非定向	在3的基础，添加可以扫描响应，用来承载更多数据	否	支持

蓝牙广播和扫描

蓝牙广播和扫描数据格式是一样的，不同的是广播是从机设备主动发出，而扫描是从机设备响应主机设备的扫描请求后发出。有时蓝牙广播数据长度超过31个字节，我们会把其他数据通过扫描响应反馈给主机设备。

五、蓝牙连接

在连接配对期间peripheral 需要提供四个参数给到central：
. MIN_CONN_INTERVAL
. MAX_CONN_INTERVAL
. SALVE_LATENCY
. CONN_SUP_TIMEOUT

central 会参考这四个参数，并传输connect event给peripheral当做彼此沟通的时间。
connect interval：标准位7.5ms~4s(IOS interval:20ms~2s)
slave latency: 为了节省peripheral的功耗，central可以接受peripheral几次不回传。
supervision Timeout：设定当多久没有收到任何通讯要求时，中断连接。

六、蓝牙服务和特性

蓝牙协议框图

蓝牙设备服务和特性关系

蓝牙服务和特性UUID

可以看到上面128bit的uuid非常长，而我们在实际使用或者在nrfconnect里看到的uuid是没有这么长的，是因为蓝牙联盟组织为了方便，给出了一个基地址，用户可以在基地址的基础上修改16bit来作为自己需要的uuid。

在低功耗蓝牙中，所有的数据通信都依赖于各个服务中的特性，根据特性的可读，可写，通知等不同类型进行划分。每个特性可以同时赋值为多个不同的权限。

七、16bit的UUID

每个UUID对应的名称，在数据手册里都有定义。

八、SPP协议

蓝牙串口数据透传。