– layout: post # 使用的布局（不需要改） title: 低功耗蓝牙协议栈基础知识 # 标题 subtitle: 物理层、链路层、主机控制接口、L2CAP、安全管理层、ATT 属性协议层、GAP、GATT #副标题 date: 2017-10-27 # 时间 author: PanMin # 作者 header-img: img/post-bg-2015.jpg #这篇文章标题背景图片 catalog: true # 是否归档 tags: #标签 - Android ble —
低功耗蓝牙协议栈基础知识
低功耗蓝牙协议栈包含两部分共8层：主机（Host）和控制器（Controller）。 控制器部分包括：
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物理层（Physical Layer）
对于低功耗蓝牙，其物理层工作于 2.4GHz 全球通用的免许可证频段（2400MHz~2483.5MHz），共使用 40 个频道，频道间隔为 2MHz，而经典蓝牙使用 79 个频道，1MHz 间隔。低功耗蓝牙有两种频道类型：广播频道 3 个，数据频道 37 个，共 40 个频道。
低功耗蓝牙广播频道为 2402 MHz（37），2426 MHz（38），2480 MHz（39），你没看错！就是2402 MHz（37），2426 MHz（38），2480 MHz（39）。3 个广播频道刚好与 WiFi 无线局域网的信道错开，用于设备发现和建立连接。相比之下，经典蓝牙技术需要使用 32 个广播频道来完成相同的任务。正因如此，低功耗蓝牙可以大幅减少在空中的使用时间，从而降低功耗。
由于使用 3 个广播频道，低功耗蓝牙只需 0.6 到 1.2ms 的“开启”时间来扫描其他设备。而经典蓝牙需要 22.5ms 扫描其 32 个频道。低功耗蓝牙的这个机制对降低功耗有显著效果（比经典蓝牙减少 10 到 20 倍的功耗）。
由于蓝牙和 WiFi 都工作在 2.4GHz 频段，在同一使用环境下可能产生相互的影响，为此低功耗蓝牙做了系统共容性的考虑。低功耗蓝牙频道表设计时尽量避开 WiFi 的工作频道，低功耗蓝牙的所有 3 个广播频道均在 WiFi 频道表之外，除了重叠的数据频道部分，仍有 9 个数据频道在 WiFi 频道之外，确保了低功耗蓝牙系统的可靠性及与 WiFi 系统的共容性，增强了应用时的抗干扰能力。
低功耗蓝牙规范中所定义的最大发射功率为 +10 dBm（10mW），最小发射功率为 -20 dBm（0.01mW）。接收机灵敏度要求优于 -70 dBm（当误码率 BER 为 0.1% 时）。
显而易见，蓝牙的通信距离与发射功率和接收灵敏度有关。
- 当发射功率为 0 dBm，接收机灵敏度为 -70 dBm，通信距离约为 30米。
- 当发射功率为 +10 dBm，接收机灵敏度为 -90 dBm，通信距离约为 100米。
此外，通信距离往往还与天线、方向以及周围环境等诸多因素有关。
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链路层（Link Layer）
链路层用于控制射频设备的工作状态，包括 5 种可能的工作状态：待机、广播、扫描、启动和连接。 当扫描者监听广播者时，广播者发送数据而不需要建立连接。 如果一个设备以一个连接请求来响应一个广播者，该设备称为发起者。 如果广播者接受该请求，则广播者和发起者将进入连接状态。 当一个设备位于连接状态时，它将连接到两个角色之一（主机或者从机）。发起连接的设备成为主机，接受连接请求的设备成为从机。
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主机控制接口（Host Controller Interface）
HCI 层为主机和控制器之间的通信提供了一种标准化的接口，其主要完成两个任务：① 发送命令给控制器和接收来自控制器的事件；② 发送和接收来自对端设备的数据。
主机部分包括：
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L2CAP 逻辑链路控制及自适应协议层
L2CAP 逻辑链路控制及自适应协议层（Logical Link Control and Adaptation Protocol）为更高层提供数据封装服务，允许逻辑的端到端数据通信。
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安全管理层（Security Manager）
SM 层定义了配对和密钥分发的方法，并为其他堆栈层的安全连接以及与另一个设备交换数据提供功能。
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ATT 属性协议层（Attribute Protocol）
ATT 属性协议用于所有低功耗蓝牙的数据传输，具有快速、简单的特点，其采用了客户端（Client）/ 服务器（Server）架构。
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GAP 通用访问配置文件层（Generic Access Profile）
低功耗蓝牙协议栈的 GAP 层与应用 / Profile 直接连接，负责处理设备的接入方式和过程，包括设备发现、链路建立、链路终止、启动安全功能以及设备配置。
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GATT 通用属性配置文件层（Generic Attribute Profile）
GATT 层是一个服务框架，定义使用 ATT 的子过程。GATT 规定了配置文件 Profile 的结构。在低功耗蓝牙中，所有的数据块由一个 Profile 或服务所使用的数据库称为特性（characteristic）。