BLE 鏈路控制一

事件

在鏈路層,物理的信道被劃分成時(shí)間的單元,這個(gè)時(shí)間單元叫做事件(Event).

事件有兩種,廣播事件和連接事件,BLE的所有的操作都處于這兩種事件當(dāng)中。

廣播事件


廣播信道總共有三個(gè),在每一次廣播事件中,廣播者會(huì)在這三個(gè)信道中分別發(fā)送一個(gè)相同的廣播報(bào)文,以期待監(jiān)聽的設(shè)備可以在其中的一個(gè)信道接受到廣播。

廣播總共有4中類型: 通用的、定向的、不可連接的、可發(fā)現(xiàn)的,這些廣播類型在廣播報(bào)文的報(bào)頭中有標(biāo)記。

  • ** 通用廣播 ** 通用廣播是用途最廣泛的廣播方式。這種類型既可以被掃描到,也可以接收到連接請求而建立連接。
  • ** 定向廣播 ** 用來在兩個(gè)設(shè)備間快速建立連接用。這種報(bào)文包含了廣播者的地址和接受者的地址,是定向的廣播。定向廣播不接受主動(dòng)掃描,其報(bào)文中的凈荷終不能含有附加數(shù)據(jù),只有兩個(gè)必需的地址。
  • ** 不可連接廣播 ** 這種廣播只能用來廣播自己的數(shù)據(jù),不能被掃描或者連接。
  • ** 可發(fā)現(xiàn)連接 ** 這種廣播可以接受掃描并回應(yīng)掃描請求,但是不能建立連接。

除了定向廣播以外,其他的廣播都是每個(gè) 20ms~10.28ms的間隔進(jìn)行廣播,主機(jī)可以控制該時(shí)間間隔,一般來說,每秒廣播一次。
在固定的廣播時(shí)間間隔后再加上0~10ms的隨機(jī)延時(shí),這樣避免了如果兩臺(tái)設(shè)備的廣播時(shí)間和時(shí)間間隔相同,兩臺(tái)設(shè)備就會(huì)一直沖突的問題。

對于定向廣播以為有快速鏈接的要求,因此他必須每隔3.75ms重復(fù)一次廣播,這樣使得掃描者這需要掃描3.75ms就可以掃到設(shè)備。這樣快的廣播速率會(huì)導(dǎo)致在其廣播的這一段時(shí)間間隔內(nèi)其他設(shè)備無法進(jìn)行廣播,因此定向廣播不能持續(xù)1.28s以上,到了1.28s,如果host沒有停止,controller金輝主動(dòng)停止。當(dāng)達(dá)到1.28s之后依然沒有鏈接上,則才用和其他廣播類型一樣采用更長的連接間隔進(jìn)行廣播。

建立連接

廣播可以進(jìn)行少量的信息的傳輸,而且廣播是單向的,他無法檢測到到底是誰接受了他的數(shù)據(jù)或者有設(shè)備在監(jiān)聽他的數(shù)據(jù),因此這種形式的數(shù)據(jù)傳輸是不可靠的。想要進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)交互必須通過連接才實(shí)現(xiàn)。

建立連接的過程

連接建立的過程,發(fā)起者需要發(fā)送一個(gè)連接請求,這個(gè)請求包含建立連接時(shí)的必要的信息,包括:

  • 連接使用的接入地址
  • CRC初始值
  • 發(fā)送窗口的大小
  • 發(fā)送窗口的偏移
  • 連接間隔
  • 從設(shè)備延遲
  • 監(jiān)控超時(shí)
  • 自適應(yīng)跳頻信道圖
  • 跳頻算法增量
  • 休眠時(shí)鐘精度

我們來看一個(gè)空口包的CONNECT_REQ包:

image.png

** 接入地址 ** 由主設(shè)備提供用來區(qū)分每個(gè)連接,該地址是由主設(shè)備隨機(jī)生成的;** CRC初始值 ** 的作用是區(qū)分那些產(chǎn)生了相同接入地址的主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包;

** 發(fā)送窗口 **和 ** 發(fā)送窗口的偏移 **是為了避免從設(shè)備一直監(jiān)聽主設(shè)備的數(shù)據(jù)包,只需要在規(guī)定的窗口時(shí)間內(nèi)監(jiān)聽的設(shè)計(jì),這樣是為了最大程度的為從設(shè)備節(jié)約電量,發(fā)送窗口偏移主要是為了避開主設(shè)備忙碌的這段時(shí)間,避免從設(shè)備的空閑等待。

發(fā)送窗口偏移是0~連接間隔之間的任意值,必須為1.25ms的整數(shù)倍;從設(shè)備在發(fā)送窗口偏移之后開始監(jiān)聽一個(gè)發(fā)送窗口的時(shí)間,期待主設(shè)備在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包,如果這段時(shí)間內(nèi)沒有收到主設(shè)備的數(shù)據(jù)包,從設(shè)備將等待一個(gè)連接間隔后繼續(xù)。

關(guān)于連接過程,一個(gè)有意思的設(shè)定是,一旦發(fā)送了連接請求,主設(shè)備便認(rèn)為自己處于連接狀態(tài),但是連接還沒有被確認(rèn);從設(shè)備收到連接請求后,也認(rèn)為自己處于連接之中,連接也沒有被確認(rèn);只有當(dāng)數(shù)據(jù)包確認(rèn)后,連接才被視為正式確立,正式連接確認(rèn)后,** 監(jiān)控超時(shí) **由連接間隔轉(zhuǎn)變成6倍的連接間隔;

** 從設(shè)備延時(shí) **是指從設(shè)備可以忽略的連接時(shí)間的數(shù)量,舉例說明,如果從設(shè)備延遲是6 ,那么從設(shè)備可以忽略6個(gè)連接事件,但不得不監(jiān)聽第七次連接時(shí)間。

** 信道圖 **則表示可以使用和不可以使用的信道的集合。
** 睡眠時(shí)間精度 ** 可以簡單的理解為時(shí)鐘的最大偏移量,例如我們同時(shí)規(guī)定00:00醒來,但是主設(shè)備可能有50ppm的偏移,而從設(shè)備有200ppm的偏移,左右偏移都有可能,因此最大的偏移是一個(gè)往左一個(gè)往右,這樣偏移達(dá)到250ppm,也就意味著從設(shè)備要提前250us醒過來監(jiān)聽,以免錯(cuò)過主設(shè)備的數(shù)據(jù)包。

連接事件

連接建立后,主要進(jìn)行上層數(shù)據(jù)的傳輸和鏈路層的連接管理。

一個(gè)連接事件,是指主設(shè)備和從設(shè)備完成一次數(shù)據(jù)交互的過程,一個(gè)連接事件的過程中,頻率不發(fā)生變化,下一次連接事件時(shí)要進(jìn)行跳頻;

** 連接間隔 **是兩個(gè)連接事件的時(shí)間間隔,可以是7.5ms~4s內(nèi)的任意值,但必須是1.25ms的整數(shù)倍。

數(shù)據(jù)發(fā)送

發(fā)送數(shù)據(jù)是連接時(shí)間中核心的智能,彼此設(shè)備的可靠交互也是依賴于數(shù)據(jù)發(fā)送的。

之前數(shù)據(jù)報(bào)文的時(shí)候講過,數(shù)據(jù)報(bào)文的凈荷是0~31字節(jié)不等。凈荷為0時(shí)是一個(gè)空包,他們不包含任何的上層數(shù)據(jù),但是仍然可以通過頭部包含一定的信息,可以起到消息確認(rèn)的作用。而且無論鏈路層加密與否,傳給控制器的未加密數(shù)據(jù)包最多27個(gè)字節(jié),這樣做是為了降低鏈路層緩存的復(fù)雜度。

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