Android Studio - 藍牙低功耗（BLE）種類介紹 （九十六）

Android Studio - 藍牙低功耗（BLE）種類介紹 （九十六）：

藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy / BLE）是一種技術，從藍牙 4.0 開始支援。BLE 較傳統藍牙具有傳送速率更快，覆蓋範圍更廣，安全性更高，延遲更短，耗電低等優點。藍牙低功耗 4.0 有兩種模式，分別為單模（Bluetooth Smart）和雙模（Bluetooth Smart Ready）兩種設備。

藍牙低功耗（BLE）種類

單模設備（Bluetooth Smart）：

• 只能執行低功耗協議棧，也就是只支援BLE，為了實現極低的功耗，硬體和軟體上都做了優化。這樣的設備只能支援BLE。單模藍牙晶片往往是一個帶有單模藍牙協定棧的產品，這個協定棧是晶片商免費提供的。
• 具有藍牙智慧型（Bluetooth Smart）標識的設備僅支持低功耗藍牙，BLE 多個協議版本（v4.0/4.1/4.2/5.0/5.1/5.2），可以與藍牙智慧型就緒或藍牙智慧型設備通信。

藍牙低功耗（BLE）單模設備（Bluetooth Smart）

雙模設備（Bluetooth Smart Ready）：

• 雙模設備支援藍牙 BR/EDR 和 BLE（支援藍牙所有版本，相容低功耗藍牙及經典藍牙）。在雙模設備中，這兩個技術使用同一個射頻前端和天線。典型的雙模設備有智慧手機、平板電腦、PC 和 Gateway。這些設備可以收到通過BLE或者藍牙 BR/EDR 設備發送過來的資料，這些設備往往都有足夠的供電能力。雙模設備和BLE設備通信的功耗低於雙模設備和藍牙 BR/EDR 設備通信的功耗。雙模解決方案需要一個外部處理器才足以實現藍牙協議棧。
• 具有藍牙智慧型就緒（Bluetooth Smart Ready）標識的外設兼容經典藍牙與低功耗藍牙的雙模。

藍牙低功耗（BLE）雙模設備（Bluetooth Smart Ready）

藍牙低功耗（BLE）的連接

BLE 協定棧（Protocol Stack）主要由如下幾部分組成：

• GATT（Generic Attribute Profile ）：GATT 用來規範 attribute 中的資料內容，並運用 group（分組）的概念對 attribute 進行分類管理。沒有 GATT，BLE 協議棧也能跑，但互聯互通就會出問題，也正是因為有了 GATT 和各種各樣的應用 profile，BLE 擺脫了 ZigBee 等無線協議的相容性困境，成了出貨量最大的 2.4G 無線通訊產品。
• GAP層（Generic access profile）：GAP 是對 LL層 payload（有效資料包）如何進行解析的兩種方式中的一種，而且是最簡單的那一種。GAP簡單的對LL payload 進行一些規範和定義，因此 GAP 能實現的功能極其有限。GAP目前主要用來進行廣播，掃描和發起連接等。
• SMP（Secure manager protocol）：SMP 用來管理BLE連接的加密和安全的，如何保證連接的安全性，同時不影響用戶的體驗，這些都是 SMP 要考慮的工作。
• ATT（Attribute Protocol）：所有資料傳輸經過這層實現，定義了Client 和 Server 屬性，Client 就傳 Request，Server 傳 response。每個屬性都有一個唯一的 UUID，屬性將以characteristics and services的形式傳輸。
• L2CAP層（Logic link control and adaptation protocol）。L2CAP 對 LL 進行了一次簡單封裝，LL 只關心傳輸的資料本身，L2CAP 就要區分是加密通道還是普通通道，同時還要對連接間隔進行管理。
• HCI（Host controller interface）：HCI 是可選的（具體請參考文章： 三種藍牙架構實現方案（藍牙協議棧方案）），HCI 主要用於 2顆晶片實現 BLE 協定棧的場合，用來規範兩者之間的通信協定和通信命令等。
• PHY層（Physical layer 實體層）：PHY 層用來指定 BLE 所用的無線頻段，調製解調方式和方法等。PHY 層做得好不好，直接決定整個BLE晶片的功耗，靈敏度以及 selectivity 等射頻指標。
• LL層（Link Layer 鏈路層）。LL層是整個BLE協議棧的核心，也是 BLE 協議棧的難點和重點。LL層要做的事情非常多，比如具體選擇哪個射頻通道進行通信，怎麼識別空中資料包，具體在哪個時間點把資料包發送出去，怎麼保證資料的完整性，ACK 如何接收，如何進行重傳，以及如何對鏈路進行管理和控制等等。LL層只負責把資料發出去或者收回來，對資料進行怎樣的解析則交給上面的 GAP 或者 GATT。

藍牙協定分為四個層次：

• 實體層：負責提供資料傳輸的物理通道(通常稱為通道)
• 邏輯層：在實體層的基礎上，提供兩個或多個設備之間，和物理無關的邏輯傳輸通道
• L2CAP：L2CAP 是邏輯鏈路控制和適配協議的縮寫，負責管理邏輯層提供的邏輯鏈路
• 應用層：基於 L2CAP 提供的 channel，實現各種各樣的應用功能

BLE 協定棧（Protocol Stack）

2023年 1月 24日（Tue）天氣報告

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天氣：多雲