BLE的通道以及数据包结构

Posted 2021-03-18 不够勤快的奋斗者

 

 

1. 通道(channel)

 

对于无线通信，数据是在某一频率上传输的，BLE采用频率是2.4GHz，频段范围是2.4000 GHz - 2.4835GHz，在这个范围内，又为40个通道，其中37，38，39通道是广播通道。其余37个通道是数据通道，如下图所示：

 

从图中可以看到，40个通道并不是线性递增分布的，3个广播通道是分散的，BLE数据传输过程中采用跳频技术，而跳频的计算要就要考虑跳过广播通道，3个广播分散的另一个好处就是有利于避开干扰。

如下图所示，广播通道避开了部分802.11WIFI信道，其仍然有9个数据通道和802.11不重合。

 

 

 

 

2. BLE设备之间交互的数据

 

在BLE设备建立连接之前，他们之间可以通过广播通道上(37,38,39 channel)交互数据，例如发送广播，扫描以及扫描回应，在建立连接之后，BLE设备之间在数据通道上交互数据。

BLE的数据可以概括为广播通道上传输的数据和数据通道上传输的数据：

• 广播通道PDU：在广播通道上传送的数据。

• 数据通道PDU：在数据通道上传送的数据。

   

 

3. BLE数据包结构

BLE规范中只有一个固定的包结构：

 

 

每一个包都有四个部分组成：

• 1-2字节的前导码preamble

• 4个字节的接入地址Access Address,

• 2-257个字节数据包PDU,

• 3个字节的PDU校验码 CRC

 

Preamble：用于频率的同步，时间估计以及自动增益控制(AGC)等，对于广播通道的数据，前导码为：0xAA，对于数据通道，前导码为0xAA 或者0x55，当接入地址的最低位是1时，前导码是0x55,否则为0xAA.

当是1M PHY时，preamble是一个字节；

 当是2M PHY时，preamble是两个字节；

接入地址(Access Address)：对于广播通道的数据，接入地址定义为0x8E89BED6，而对于数据通道的接入地址，每次设备建立连接时都不同，具体需要满足一定的规则，可以参考Version 4.2 [Vol 6, Part B] 2.1。接入地址和蓝牙地址是两个不同的概念，接入地址是为了同步用的，真正建立连接时使用的地址才是蓝牙地址。PDU: 分为两类：广播类型PDU (在广播通道上传送的PDU) 和数据类型PDU (在数据通道上传输的PDU) CRC: 是一个针对PDU校验的24位数据，CRC的算法定义可以参考PACKET FORMAT。

4. BLE的PDU分类

BLE的PDU分为两类，广播类型PDU和数据类型PDU，结构如下：

 

 

PDU中前两个字节的是header，通过header的内容，就可展开PDU类型，分析具体的payload，在后面的章节中逐渐展开，例如，广播通道PDU进一步展开：

 

 

 

 

 

广播通道上的PDU数据总共有7个类型，分别为4 Advertising + 2 Scanning +1 Connect-request。

以此类推，就能分解出BLE所有的包。

 

我们先看看一个大的BLE PDU展开图：

 

 

 

 

进一步的，要分析广播通道上的PDU，先分析这个包属于哪一类PDU，在找到该类型的PDU数据结构，进而解析具体含义。