BLE协议栈结构

// 开坑BLE协议栈

0 镇楼图

接下来会自下往上粗略分析各个层级，后续会有对各层的细致解读

1 CONTROLLER

1.1 PHY

BLE使用ISM频段（频率范围是2.400-2.4835 GHz）。将整个频带分为40份，每份的带宽为2MHz，称作RF Channel。其中序号为37、38、39的信道作为广播信道，其余37个信道作为连接信道。需要注意的是，RF Channel的序号和实际分配方式不是一一对应的关系，即用于广播的三个信道在物理上不是相连的（甚至是即为分散的），目的是减少信号的干扰。

1.2 LL

Link Layer结构图

1.2.1 广播与连接通信

BLE有两种通信方式，广播和连接。这两种方式从Link Layer开始就进行了特殊区分。

1. 对于数据量比较少、发送不频繁、对时延不是很敏感的场景
   使用广播通信，所有结点在通信网络里收发自由。
2. 对于数据量较大、发送频率较高、对时延较敏感的场景
   Link Layer会从剩余的37个Physical Channel中，选取一个，为这种场景里面的通信双方建立单独的通道。同时，为了增加容量，增大抗干扰能力，在多个connection event中不会使用一个固定的Physical Channel，而是在多个Channel之间随机但有规律的切换，这就是BLE的跳频（Hopping）技术。

如图，为确保连接的稳定性和功耗问题，一次主从的连接通信被分为多个connection event进行。以从结点发送广播信号，主结点进行扫描开始。之后主结点为后续沟通规定一系列的参数（如conn_init, ts,tc等），并主动开始connection event。最终双方都不发送数据包并关闭通信。（之后文章会做更详细整理分析）

1.2.2 Logical Transports

作为LL的底层承担着将物理传输抽象成逻辑传输的职责，所以要做的事情有：

1. 物理信道抽象：信道的共享（Hopping），设备地址的分类
2. 对信道的维护：传输信道的建立，信道白名单
3. 数据的抽象：对数据的加密/解密，数据包格式的定义

1.2.3 Logical Link

主要实现校验机制LL Privacy

1.2.4 Control

对比spring MVC中的controller层，思想是一样的。就是下面的东西太多了，我们再抽象出一层，方便统一管理。
实现的功能有：对connection的管理控制（Resolving List/White List），更新Hopping图谱，链路加密，数据包的收发应答流控等

2 HCI

定义了host和controller间的通信协议，实现了白名单机制，将LL中提供的功能封装成特定的Command和Event

3 HOST

3.1 L2CAP

这一层是我擅自命名的。BLE自下而上到L2CAP为止，真正有了最基础的广播和连接通信的能力。

3.1.1 L2CAP

全称Logical Link Control and Adaptation Protocol，这个协议对下层的众多功能进行了整合。包括但不限于：

1. 对下：信道的多路复用，错误发现和重传，流处理，QoS等
2. 对上：数据包分割重组，PDU分片重组

3.1.2 ATT

全称Attribute Protocol。将采集到的信息以Attribute的形式抽象出来，并提供一些方法，供远端设备(remote device)读取、修改这些属性的值(Attribute value)。基于L2CAP，使用固定的Channel ID。

3.2 Profile

可以理解为官方提开发者实现的applications，广播和连接通信在这一层的众多协议里得到最终的封装

3.2.1 SM

全称Security Manager Protocol，实现配对(pairing)、认证(authentication)和加密(encryption)等功能

3.2.2 GATT

全称Generic Attribute Profile，用于服务发现。提供通用的、信息的存储和共享等功能。是使用python进行BLE开发的最外层协议。其层次结构为：Profile—>Service—>characteristic，即蓝牙服务是以特征为最小单位发布的，由一个Properties、一个Value、一个或者多个Descriptor组成

3.2.3 GAP

全称Generic Access Profile。规定了role，以及其必须具备某些能力——mode操作模式/procedure过程。非常重要日后会重点分析。

4 APP

applications所在层级

* 以上皆整理自wowo大神的解读和自己对于Bluetooth core v5.4的理解，未完待续~