Ble协议

什么是BLE

BLE全称Bluetooth Low Energy,即蓝牙低功耗。蓝牙4.0才支持BLE,蓝牙4.0向下兼容,包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术三种规格。主要用于手机与周边设备进行通信,当然也可以用于所有BLE设备之间的通信。使用BLE可以实现Android与iOS之间的蓝牙通信,而普通蓝牙却不可以。
BLE利用了许多技术来降低功耗,了解这些技术可以解决许多开发问题。下面分享一下我所了解的知识:

连接间隔

BLE采用可变的连接间隔,也就是两个事件之间的间隔,间隔时间以1.25ms为单位。
当有数据进行传输时,必须要等到下一个事件的发生。所以间隔时间越长,事件发生的频率也就越低,传输速率就越慢,功耗就越低,反之亦然。
当然它也有取值范围,连接间隔的值为6(7.5ms)~3200(4s)。Android手机规定连接参数最小是8,即10毫秒。iOS规定是16,即20毫秒。

数据包长度

BLE数据包的结构跟协议有关,这里就不分析了。
BLE数据包中有效数据的最大长度是27字节,但这27字节指的是BLE底层的协议包格式。
对于profile层的characteristic(后面会讲到),其最大的长度是20字节,也就是每个包最大的长度是20字节

传输速度

Android的BLE最快传输速度:20Byte/0.01s=2KB/s。
但有个原则:只在必要时(传输较大的数据),才缩短连接间隔。并且当数据传输完毕后,还原连接间隔。
因为缩短间隔会增大功耗,降低电池使用寿命。

组网方式

蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组网方式,使得一个蓝牙设备可同时与7个其它的蓝牙设备相连接。蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有两种形式:微微网(piconet)和分布式网络(Scatternet)。
一个蓝牙网络由一个主设备和一个或多个从属设备组成,它们都与主设备的时间和跳频模式同步(以主设备的时钟和蓝牙设备的地址为准)。每个独立的同步蓝牙网络就被称为一个微微网(piconet),有一个主设备单元和最多7个从设备单元
所以BLE支持两种角色,主设备(Master)和从设备(Slave)。Master可以同时与多个设备通信;Slave只能和一个Master通信。

BLE通信协议-GATT

GATT协议结构

BLE技术是基于GATT进行通信的,GATT(Generic Attribute Profile)是一种属性传输协议,简单的讲可以认为是一种属性传输的应用层协议。它的结构非常简单:

GATT结构图

结构的组成:

  • 每个BLE设备由多个Profile(GATT)组成
  • 每个Profile由多个的Service服务组成
  • 每个Service由多个Characteristic特征组成
  • 每个Characteristic由一个Value值和多个Descriptor描述组成

结构的用途:

  • Service用于数据的分类
  • Characteristic用于存放属性
  • Value是Characteristic的属性值。而Descriptor则是对Value不同角度的描述和说明,所以有多个Descriptor

GATT基础知识

  • GATT通信的双方是C/S关系。外设作为 GATT 服务端(Server),它维持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定义。中心设备是 GATT 客户端(Client),它向 Server 发起请求。需要注意的是,所有的通信事件,都是由客户端(也叫主设备,Master)发起,并且接收服务端(也叫从设备,Slave)的响应。

  • GATT连接是独占的。也就是一个BLE外设同时只能被一个中心设备连接。一旦外设被连接,它就会马上停止广播,这样它就对其他设备不可见了。当设备断开,它又开始广播。

  • Service、Characteristic和Descriptor均有一个唯一的UUID标识,UUID既有16位的也有128位的。16位的UUID是经过蓝牙组织认证的,是需要购买的,而128位的UUID则可以自定义,当然也有许多通用的UUID。

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