藍牙core_v5.2協議-3

繼續上篇文章內容，我們繼續VOL1中的3.5 LOGICAL LINKS AND LOGICAL TRANSPORTS小節之后的內容學習，本章節講述了BLE傳輸資料時候，不同的資料流應該采用不同的協議去傳輸，即使用什么樣的協議去傳輸什么樣的資料，舉個比較簡單的例子：之前章節我們提到，ADV的廣播方式是不可靠的資料傳輸方式，如果應用要求傳輸資料可靠度很高，就不可以采用ADV的方式去傳播資料，

以下列舉了目前BLE支持的logical transport方式：ACL(基于connect的可靠傳輸), ADV（基于廣播的不可靠傳輸）, ISO（流資料傳輸）

1. 傳輸使用的Logical transports介紹

LE ACL：基于連接的，用于傳輸LL and L2CAP control signaling and best effort asynchronous user data，此種傳輸使用NESN/SN和access address來保證傳輸的可靠性，傳輸的link包括LE-C,LE-U.

LE advertising broadcast (ADVB)：基于廣播的，broadcast control and user data to all scanning devices in a given area，不可靠的資料傳輸方式，傳輸的link包括ADVB-C,ADVB-U.

Connectionless Slave Broadcast (CSB)：多連接情況使用的，基于連接的，不可靠傳輸方式，一般在LE中比較少用，

LE periodic advertising broadcast (PADVB)：周期廣播方式，基于廣播的，transport periodic broadcast control and user data to all scanning devices in a given area，

Connected Isochronous Stream (CIS)：基于連接的，傳輸同步流資料，支持sochronous data rates, latencies, and re-transmissions，舉個例子：audio codec data can be generated at a 10 ms interval while the value of ISO_Interval for the CIS can be 11.25 ms.

Connected Isochronous Group (CIG)：基于連接的，傳輸同步組資料，即多個CIS資料傳輸，

Broadcast Isochronous Stream (BIS)：基于廣播的，傳輸同步流資料，支持sochronous data rates, latencies, and re-transmissions，

Broadcast Isochronous Group (BIG)：基于廣播的，傳輸同步組資料，即多個CIS資料傳輸，

2. BLE拓撲圖

上圖中存在5個網路：

網路A：ABCDE構成，AB,AC處于連接狀態，AD,CE處于廣播狀態，這是一個比較典型的BLE復雜應用網路，屬于多連接情況下的廣播資料交換，

網路F：FG構成，FG處于連接狀態，這是一個簡單的BLE連接應用網路，例如一個手機連接手環，

網路H：HIJ構成，HIJ處于廣播狀態，同時互為接受者，這是一個藍牙SIG MESH的基本網路方式，

網路K：KLMN構成，KL，KM處于連接狀態，KN處于廣播狀態，這類網路應用較少，尤其是K設備同時具備Master和slaver的功能，在協議的實作上很難實作，

網路O：OPQR構成，OP,OP處于連接狀態，OR處于廣播狀態，這類網路應用也比較少，設備O能夠隸屬入多個master，在時序上很難保證，

這里就不得不說下BLE藍牙設備的幾種基本形態了，方便理解上述圖：

如圖所示，BLE設備作業基本有四種形態：ADV-ing,SCAN-ing,INIT-ing,CONNECT-ing，這四種作業形態也決定了設備處于的角色，上圖中可以看出設備處于connection狀態的前提是先要處于ADV或者INIT，所以人為的把由ADV到connection的設備，稱為slaver；相對應的由INIT到connection的設備，稱為master，

上述的幾種網路中不難看出，不少設備會兼容好幾種狀態，例如設備A，處于connect狀態下，還有能力進行ADV，這樣的設備在應用中很常見，同時也加大了芯片設計的難度，設備能夠同時處于幾種BLE狀態，其必須要能夠均衡好自己的時序，尤其是connect狀態的時序，因為BLE的connect狀態下，必須定期進行空包互動，才不至于丟失connect關系，

3. BLE安全相關SECURITY介紹

藍牙安全模型包括五個不同的安全功能：配對、系結、設備身份驗證、加密和訊息完整性（pairing, bonding, device authentication, encryption and message integrity），

配對：創建一個或多個共享密鑰的程序，

系結：將配對程序中創建的密鑰存盤起來，以便在后續連接中使用，以形成一個受信任的設備對，

設備身份驗證：驗證兩個設備是否具有相同的密鑰，

加密：訊息機密性，

訊息完整性：防止訊息偽造，

所謂的安全，就是通過一定的加密方式，使得資料通信資訊不被竊取，上圖中的一些演算法，尤其是AES演算法，是BLE中最基本的加密方法，

正如我們之前講到的包格式，BLE中如果想把資料包加密，可以通過以下幾種方式：

a. 直接加密payload，這是一種比較常見的加密方式，即傳輸的有效資料進行加密；

b. 對包頭的地址進行加密，BLE中發送和接受資料都會有address這個說法，對其address進行加密，也可以達到資料加密的目的；

上面的兩種方式，即是協議中說到的Encryption和Privacy，其中Privacy是BLE在4.2版本中（Link Layer privacy）提出的新feature，其實目前市場藍牙芯片大多不使用這個feature，

4. BLE的profile架構

GAP：Generic Access Profile (GAP)，眾多的profile中，GAP是一個通用的profile，它規定了一個設備的基本屬性，例如：Broadcaster, Observer, Peripheral, and Central.

Broadcaster role（廣播者）：advertising to broadcast data. The Broadcaster role does not support connections. 即對應LL層以下的ADV設備，

Observer role （觀察者）：receives broadcast data contained in advertisements. The Observer role does not support connections. 即對應LL層的SCAN設備，
Peripheral role（外設）：即連接中的slaver設備，只能隸屬于一個master，

Central role（中心）：即連接中的master設備，可以連接多個slaver設備，

一般的用戶應用profile，基本都會包括GAP，如下圖所示：

5. 共存問題和定位問題

藍牙的作業頻段位于2.4G，許多其他的無線設備也作業在這個頻段，所以如何保證共存，是一個值得探討的問題，藍牙官方spec中也對此做出了探討，目前市場上出現了不少wifi和ble同時可以使用的芯片，這種芯片能夠使用wifi連接云端，同時還可以使用ble和其他設備進行通信，這在物聯網時代是很不錯的產品，這個是一個新的市場商機，

我們重點探討如何實作wifi和ble進行共存的問題，在這個章節，spec提到了AFH是面臨的一個基本問題，spec中不做具體說明，后面會繼續涉及，

關于定位的問題，BLE提出了一種新的定位方式：（AoA和AoD），需要注意的是，使用這種方式必須作業在LE Uncoded PHYs，

關于AoA的基本框架圖：

發送者在發送資料時候，正常發送，但是作為接收者，需要有多組天線接收資料，這樣可以通過天線之間接收資料的差異來定位自己的位置， 這里有個重要的值：IQ采樣值（不知道和智商IQ有沒有關系，，，，），spec指出通過這個IQ采樣值，就可以計算出自己的位置，

假設接收端有2根天線，同時天線之間的距離d為已知資料，

根據上圖，我們可以計算出來，天線1和天線2的信號相位差ψ：

ψ = (2πd cos(θ))/λ （λ信號的波長，θ為到達角度）
那么：

θ = arccos((ψλ)/(2πd))

也就是說，一旦我們能夠通過一定手段知道ψ這個值，我們就可以算出到達角θ，即可以知道自己設備的相對位置，

關于AoD的基本框架圖：

和AoA存在很大的相似度，這里就不做描述，

6. 歷屆版本的新feature

4.2版本到5.0版本的更新，添加了以下幾個feature：

5.0版本到5.1版本的更新，添加了以下幾個feature：

5.1版本到5.2版本的更新，添加了以下幾個feature：

之所以把版本更新列出來，主要是因為目前市場上的4.2芯片居多，很多自稱5.0的芯片，其實只是部分支持5.0的相關feature，很少有芯片能夠全部支持所有feature，

本篇文章繼續了之前Vol1剩下的章節，后面我們會接著探討BLE的Vol 3：Host協議，，，，，