Android-BLE蓝牙原理

Posted 2021-02-06 懒惰的星期六

https://www.jianshu.com/p/f98e77c9ec65

蓝牙4.1BLE协议栈的结构图如下：

• PHY(Physical Layer):物理层，蓝牙是工作在2.4GHz附近，这是工业、科学、医疗ISM的频段，免许可证。WIFI也是工作在同一个频段。蓝牙把频段切分为40个通道，3个广播通道，37个数据通道，按照一个规律跳频通信。

• LL(Linker Layer):链路层，用于控制设备的射频状态，设备将处于五种状态之一：等待、广告、扫描、初始化、连接。广播设备不需要建立连接就可以发送数据，而扫描设备接收广播设备发送的数据；发起连接的设备通过发送连接请求来回应广播设备，如果广播设备接受连接请求，那么广播设备与发起连接的设备将会进入连接状态。发起连接的设备称为主机，接受连接请求的设备称为从机。

• HCI(Host Controller Interface):主机和控制器就是通过这个接口来进行同学的，通信的介质就是HCI命令。这层在协议栈中是可选的，一些小型终端可能没有，但是android设备上肯定有，这层是蓝牙上层和芯片的交互必经之路，对于蓝牙硬件开发者，这里的log能够很好的帮助解决问题。

• HOST部分要复杂一些，有链路控制和适配层(L2CAP),安全管理(SM)等。其中L2CAP和SM我们知道概念就可以了，这里就不多关注了。我们重点来看属性协议层，也就是ATT。它是整个BLE通信的基础。ATT负责数据封装，向外暴露为"属性",提供"属性"的为服务端，获取"属性"的为客户端。ATT是专门为BLE低功耗蓝牙而设计的传输协议，结构简单，传输数据短(后面会有提及)。

• GATT(Generic Attribute Profile):全称叫做通用属性配置文件，是基于ATT做进一步的逻辑封装，定义数据的交互方式和含义，APP的开发其实就已经接触到这一层了。GATT按照层级定义了三个非常重要的概念:服务(Service)、特征(Characteristic)、描述(Descripter)。他们之间的关系如下：

• 一个Service可以包含若干个Characteristic,一个Characteristic可以包含属性(properties)和值(value),还可以包含多个descripter。Characteristic实际上具有读、写、通知等权限，我们在对一个BLE设备发起连接成功以后，对他进行读写，其实就是对Characteristic的读写或者订阅通知。图中所谓的Profile，实际上是一组服务的集合，这些服务被人组合起来就形成了一个特定的使用场景。比如说，小米手环，里面就有一个计算用户当前步数的服务。这就是这个Ble可以做的事情，也就是它的profile。

• 第5个我们又提到一个BLE设备实际上就是一组Service的集合，那BLE蓝牙以什么来标识多个Service呢。答案就是UUID。BLE中的Service，Characteristic，Descripter都是使用UUID来作为唯一标识。所以我们在读写BLE蓝牙数据时，都要带上相应的UUID。

• GAP(Generic Access Profile):通用访问控制配置文件。定义了BLE整个通信过程中的流程，负责处理设备访问模式和程序，包括设备发现，建立连接，终止连接，初始化安全特性，设备配置。GAP层总是作为下面四种角色之一：（1）广播者：不可连接的广播设备。(2）观察者：扫描设备，但不发起建立连接。（3）外部设备：可连接的广播设备，可以在单个链路层连接中作为从机。（4）集中器：扫描广播设备并发起连接，可以在单个链路层连接中作为主机。