一文帶你窺探【BLE協(xié)議之鏈路層】

時(shí)間：2022-10-17 14:19:51

關(guān)鍵字： BLE 鏈路層數(shù)據(jù)包

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[導(dǎo)讀]本篇主要講了BLE的Link Layer，包括鏈路層定義的角色和狀態(tài)，空中接口數(shù)據(jù)包的通信格式以及各個(gè)字段的含義，方便我們?nèi)シ治鯨OG和定位問(wèn)題。

一前言

經(jīng)過(guò)Physical Layer的定義，通信所需的物理通道已經(jīng)okay了，即40個(gè)RF Channel（后面統(tǒng)一使用Physical Channel指代）

此時(shí)Link Layer可以粉墨登場(chǎng)了，它主要的功能，就是在這些Physical Channel上收發(fā)數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，不可避免的需要控制RF收發(fā)相關(guān)的參數(shù)。除此之外，還要做到：

Physical Layer僅僅提供了有限的40個(gè)Physical Channel，而B(niǎo)LE中參與通信的實(shí)體的數(shù)量，肯定不是這個(gè)數(shù)量級(jí)。Link Layer需要解決Physical Channel的共享問(wèn)題
通信是兩個(gè)實(shí)體之間的事情，對(duì)這兩個(gè)實(shí)體來(lái)說(shuō)，它們希望看到一條為自己獨(dú)享的傳輸通道（就是我們所熟悉的邏輯鏈路，Logical Link）。這也是Link Layer需要解決的
Physical Channel是不可靠的，任何數(shù)據(jù)傳輸都可能由于干擾等問(wèn)題而損毀、丟失，這對(duì)有些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是接受不了的。因此Link Layer需要提供校驗(yàn)、重傳等機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/span>

二狀態(tài)（state）和角色（role）的定義

BLE協(xié)議在Link Layer層抽象出5種狀態(tài)：

Standby State：待機(jī)狀態(tài)，不發(fā)送數(shù)據(jù)，也不接收數(shù)據(jù)。該狀態(tài)可以由任何狀態(tài)進(jìn)入，也可以切換到除Connection狀態(tài)外的任意一種狀態(tài)。
Advertising State：廣播狀態(tài)，可以發(fā)送，監(jiān)聽(tīng)，響應(yīng)廣播通道包，由Standby狀態(tài)進(jìn)入。
Scanning State：掃描狀態(tài)，能夠監(jiān)聽(tīng)廣播設(shè)備發(fā)送的廣播包，由Standby狀態(tài)進(jìn)入。
Initiating State：初始化狀態(tài)，監(jiān)聽(tīng)指定設(shè)備的廣播通道包，并且響應(yīng)廣播包，并發(fā)送連接請(qǐng)求，以便和廣播設(shè)備建立連接。當(dāng)連接成功后，Initiater和對(duì)應(yīng)的Advertiser都會(huì)切換到Connection狀態(tài)。該狀態(tài)由Standby狀態(tài)進(jìn)入。
Connection State：和某個(gè)實(shí)體建立了單獨(dú)通道的狀態(tài)，在通道建立之后，由Initiating State或Advertising State進(jìn)入。通道斷開(kāi)后，會(huì)重新回到Standby狀態(tài)。

進(jìn)入Connect State后，又定義了兩種角色：

Master Role：由Initiating State進(jìn)入的Connect State，連接成功后，變成了Master Role。
Slave Role：由Advertising State進(jìn)入的Connect State，連接成功后，變成了Slave Role。

三空中接口數(shù)據(jù)包

該章節(jié)官方文檔定位：Core5.0 P2562

狀態(tài)和角色定義完成后，剩下的事情就簡(jiǎn)單了，主要包括兩類：

提供某一狀態(tài)下，和其它實(shí)體對(duì)應(yīng)狀態(tài)之間的數(shù)據(jù)交換機(jī)制；
根據(jù)上層實(shí)體的指令，以及當(dāng)前的實(shí)際情況，負(fù)責(zé)狀態(tài)之間的切換。

BLE協(xié)議中，這些事情是由一個(gè)叫做空中接口數(shù)據(jù)包（Air Interface Packets）的家伙負(fù)責(zé)。

Air Interface Packets定義了一種包的格式，主要用于描述LE Uncoded PHY、advertising channel和data channel的通信格式。

包的格式如下：

3.1 Preamble字段

Preamble前導(dǎo)碼：是0和1的交替序列，當(dāng)物理通道為L(zhǎng)E 1M PHY時(shí)，前導(dǎo)碼為1Byte；當(dāng)前導(dǎo)碼為L(zhǎng)E 2M PHY時(shí)，前導(dǎo)碼為2Byte。

格式如下：

3.2

Access Address字段

Access Address：對(duì)于所有在廣播通道發(fā)送的數(shù)據(jù)包，其值都為0x8E89BED6。一旦鏈路層處于Initiating State狀態(tài)時(shí)，會(huì)生成一個(gè)新的Access Address用于連接。該Access Address為一個(gè)4Byte的值。

藍(lán)牙使用Access Address來(lái)標(biāo)識(shí)不同的設(shè)備，Access Address可以是一個(gè)公共的地址，也可以是一個(gè)隨機(jī)的地址，無(wú)論是哪一種類型的地址，均為48bits長(zhǎng)度。