文档介绍：低功耗蓝牙BLE协议栈
蓝牙版本的发展
低功耗蓝牙与传统蓝牙技术规范比较
技术规范
典型蓝牙
低功耗蓝牙
距离/范围(米)
10~100
50~100
空中数据速率
1~3Mbit/s
13Mbit/s
应用吞吐量
~
发送数据的总时间
100ms
﹤6ms
语音能力
有
没有
网络拓扑
分散网
星型
耗电量
1(作为参考)
(视使用情况)
最大操作电流
﹤30mA
﹤15mA(最高运行时为15mA)
休眠电流损耗
10uA
4uA
主要用途
手机,游戏机,耳机,立体声音频流,汽车和PC等
手机,游戏机,PC,表,体育和健身,医疗保健,汽车,家用电子,自动化和工业等
1、低功耗蓝牙BLE体系结构概述 体系结构
协议栈的最上层是应用层,它定义了许多不同种类的应用业务。
Host层规范了低功耗蓝牙中许多数据包的格式、低功耗蓝牙系统所采用的安全模式和一些不可缺少协议的规范。
HCI层是Host层和Radio层之间的桥梁,它的作用是为BLE系统的Radio层功能提供同一的访问接口。
链路层的基本功能是将物理层提供的原始传送比特流可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路,同时执行一些基带协议。
物理层的工作频率为ISM ,物理层速率IMb/s,连接距离为5m-10m,釆用调频技术来减少干扰和降低信号的衰减。
低功耗蓝牙系统的体系结构
拓扑结构
低功耗蓝牙是采用星形(Star)拓扑结构。A被称作为可以和多个外围设备进行通信的主设备;B、C和D被称作为在同一时间只能和一个主设备进行通信的从设备。
在主从设备之间的通信中的数据包是在链路层的连接中被交换的。一个从设备和链路层的连接每次最多只能有一个;且每个链路层的连接只能由一个主设备和从设备组成。
低功耗蓝牙可以1个主设备和无数个从设备之间通信。
星形拓扑结构
工作状态和工作角色
在同一时间内蓝牙设备只允许处于5种状态中
的一种。同时这5中状态不是每个蓝牙设备都要使
用的,其中广播状态和扫描状态是不可或缺的。
待机状态不能接受和传送任何数据包,且当处
于其他状态时都能回到此状态。
广播状态有在广播信道发送广播包和监听响
应包两种作用。
扫描状态是用来监听广播信道中的数据包。
初始化状态有监听从特定设备发出的广播包
和发起链接请求作为响应两种作用。
扫描状态、广播状态和初始化状态只能由待
机状态进入。
在连接状态下又把设备分为主从两种角色。其
中当Radio层从初始化状态进入连接状态并发起连
接请求时,该设备被称为主设备,当Radio层从广播状
态进入连接状态时,该设备被称为从设备。
链路层状态图
Radio层的工作状态
广播者角色和扫描者角色可以处于空闲状态或连接
状态中。主从角色的只能处于在连接状态中。只有当链路
层在创建连接时,Radio层才能使用发起者角色去执行主角
色。主角色每次可以有多个链路层的连接。从角色每次只
能有1个链路层的连接。
Radio层工作角色的联合
一个角色可以同时承担其他角色的工作。例如:主角色可以
同时执行广播者角色、或者扫描者角色,亦或发起者角色的工作。
从角色可以同时执行广播者角色,但是不能同时执行广播者角和
扫描者角色。主从角色不能同时执行。
设备分类
低功耗蓝牙设备可被分为4类:广播设备、扫描设备、外围设备和中央设备。
广播设备只能以广播者的角色去运行,并且只能使用非连接的广播事件去广播数据,通常这样的设备没有蓝牙接收器,只有一个发送器来完成广播数据的目的。
扫描设备只能以扫描者的角色去运行,并且使用被动的扫描模式从广播设备那里获取数据,这样的设备与广播设备恰好相反,没有发送器,只有一个接收器来完成被动的扫描。
外围设备和中央设备是一种低功耗蓝牙设备,在链路层的连接中,外围设备以从角色运行。因此,这样设备也需要以广播者的角色去运行,并且使用可连接的广播事件去建立链路层的连接。
中央设备是以主角色运行,它需要以扫描者的角色去运行,从而建立链路层的连接。
2、物理层PHY规范
低功耗蓝牙系统在ISM频段工作,该频段属于工业、科学、医学等领域的工
作频段,世界上绝大多数国家将该频段的带宽规定在2400MHz—,然而
有些国家对该频段做了一些改动。
我国采用通用频带范围(2400—)MHz,射频信道为(2402+K*2)MHz,
K=0, 1, ..., 39,这是把这频带均匀分为40个信道,每个信道宽2MHz。其中有3个固
定的广播