BLE 协议栈（GAP，GATT；HCI，LL，PHY）

蓝牙（Bluetooth®）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。
蓝牙由蓝牙技术联盟（SIG，Special Interest Group）管理。
蓝牙的波段为2.4GHz短距离无线电频段。

蓝牙发展历程

序号	时间	标准	特性
1	2010年6月	蓝牙4.0（Bluetooth Smart）	极低的运行和待机功耗, 支持BLE（低功耗蓝牙）
2	2013年12月	蓝牙4.1（软件更新）	-
3	2014年12月	蓝牙4.2（硬件更新）	（1）实现物联网：支持灵活的互联网连接选项（IPv6/6LoWPAN或Bluetooth Smart网关）。 （2）让Bluetooth Smart 更智能：业界领先的隐私权限、节能效益和堪称业界标准的安全性能。 （3）让Bluetooth Smart 更快速：吞吐量速度和封包容量提升。
4	2016年6月	蓝牙5.0	（1）针对低功耗设备, 有着更广的覆盖范围和相较现在四倍的速度提升。 （2）传输速度上限为24Mbps, 是之前4.2LE版本的两倍。 （3）有效工作距离可达300米, 是之前4.2LE版本的4倍。 （4）为应对移动客户端需求, 其功耗更低, 且兼容老的版本。
5	2017年7月19日	-	开始全面支持mesh网状网

蓝牙协议分层

一、主协议层（Host）

1.1 GAP（Generic Access Profile，通用访问规范）

GAP是应用层能够直接访问BLE协议栈的最底层，它包括管理广播和连接事件的有关参数。GAP模块代表了所有蓝牙设备的共用基础功能，如传输，协议或者应用规范所使用的模式和访问过程。
GAP的服务包括设备发现，连接方式，安全，认证，关联模型和服务发现等。

1、角色：为了创建和维护一个BLE连接，引入角色这一概念。
一个BLE设备不是 主机Master (集中器) 角色，就是 从机Slave (外围设备) 角色，这是根据是谁发起这个连接来确定的：
主机Master 设备总是连接的 发起者，而 从机Slave总是 被连接者。

这个访问与连接过程，都在 通用访问规范（GAP）进行实现的。

2、广播advertising：主机能够与从机建立连接，从机必须处于广播状态，它每经过一个时间间隔发送一次广播数据包，这个时间间隔称为广播间隔，它的范围是20ms到10.24s。
广播间隔 影响 建立连接的时间。

主机发送一个连接请求来发起连接之前，必须接收到一个广播数据包。
从机发送一个广播数据包之后一小段时间内，只监听连接请求。

一个广播数据包最多能携带31个字节的数据，它通常包含：

1. 用户可读的名字，
2. 关于设备发送数据包的有关信息，
3. 用于表示此设备是否可被发现的标志 等类似的标志。

当主机接收到广播数据包后，可能发送请求更多数据包的请求，称为扫描回应。如果它被设置成主动扫描，从机将会发送一个扫描回应作为对主机请求的回应，扫描回应也最多可以携带31字节的数据。

广播，包括 扫描请求 和 扫描回应，必须在远离WLAN使用的2.4G频段之外的3个频率（37/38/39）上，以防止被WiFi干扰。

3、扫描：主机监听 广播数据包和 发送扫描请求的过程，有两个定时参数：扫描窗口和扫描间隔。

4、连接：主机和从机第一次交换数据定义为连接状态。

1.2 GATT（Generic Attribute Profile，通用属性规范）

GATT是真正传输数据所在的层。包括了一个数据传输和存储框架以及基本操作。
GATT定义了两类角色：服务器（Server）和客户端（Client），GATT角色无需和GAP角色绑定，但是可能由更高层的规范进行指定。
（1）角色：除了GAP定义了角色之外，BLE还定义了另外2种角色：GATT服务器和GATT客户端，它们完全独立于GAP的角色。
提供数据的设备称为GATT服务器，访问GATT服务器而获得数据的设备称为GATT客户端。
在应用中，外围设备称为服务器，集中器作为客户端。注意：一个设备可以同时作为服务器和客户端。
（2）GATT的规范层次：一个GATT服务器通过一个称为属性表的表格组织数据，这些数据就是真正发送的数据。

1. 属性 (attribute)：
   一个属性包含句柄、UUID、值，句柄是属性在GATT表中的索引，在一个设备中每一个属性的句柄都是唯一的。UUID包含属性表中数据类型的信息，它是理解属性表中的值的每一个字节的意义的关键信息。在一个GATT表中可能有许多属性，这些属性可能有相同的UUID。
2. 特性 (characteristic)：
   一个特性至少2个属性：一个属性用于声明，一个属性用于存放特性的值。
3. 描述符 (descriptor)：
   任何在特性中的属性不是定义为属性值就是为描述符。客户端特性配置描述符（Client Characteristic Configuration Descriptor，CCCD）
4. 服务 (service)
5. Profile（配置数据文件）
   
   

1.3 SM（Security Manager，安全管理）

1.4 ATT（Attribute Protocol，属性协议）

1.5 L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol，逻辑链路 控制 和 适配协议）

二、控制层（Controller）

2.1 主机控制器（HCI，Host Controller），也称为 设备管理器

设备管理器 是 基带 中的一个功能模块，控制一般蓝牙设备行为。
它所负责所有与数据无关的蓝牙系统操作，例如询问附近蓝牙设备是否存在，连接蓝牙设备 或者让本地的蓝牙设备可以被其他设备发现或者连接。

2.2 链路层（LL，Link Layer）

链路层 主要负责链路管理，链路控制。
包括 负责创建，维护和释放逻辑链路，以及更新设备之间物理链路的相关参数。

2.3 物理层（PHY）

物理层模块负责从物理信道传输和接收信息数据包。
在基带和物理层之间，一条控制路允许基带模块控制物理层的时隙和频率载波。同时，物理层模块向物理信道和基带发送和接收符合格式要求的数据流。