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[开源教程] 一分钟读懂低功耗蓝牙(BLE)连接数据包

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    2018-10-8 14:31
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    [LV.1]初来乍到

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    发表在  2018-10-8 14:34:54  | 显示全部楼层 | 阅读模式

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    1.概述
       BLE 连接过程中有三个重要的数据包:SCAN_REQ, SCAN_RSP 和 CONNECT_REQ。
       SCAN_REQ: 扫描请求,由主设备(MASTER DEVICE)向从设备(SLAVE DEVICE)发出,目的是为了获得从设备的响应以得到更多的从设备
                  广播数据信息(包括设备名字,或者服务UUID,及其它如厂家特定格式的信息(如硬件版本,软件版本号,设备系列号等等)
       SCAN_RSP:  从设备对就主设备发起的SCAN_REQ的响应,作为广播包的补充,从设备可以给主设备更多的广播数据,比如说,有些设备在广播
                  包里面没有设备名字,这个时候就可以把设备名字放在这个包里面发给主设备
       CONNECT_REQ:主设备向从设备发出连接请求。至此连接建立完成(从设备不会响应这个请求),如果从设备没有连接上面的问题的话,以后
                  主从双方会开始相互交换有效数据(基于GAP,GATT及SMP协议)或者交换空包。
       以下对这三个数据包进行详细解读

    2.关键字:Hollong BLE 侦听仪,低功耗蓝牙嗅探器, BLE 分析仪,BLE 数据抓取
      Keyword: Hollong BLE Sniffer, BLE Data Analyzer,BLE Capture

    3.抓取连接数据包的准备工作
      * 硬件:一个BLE设备(从设备)及对应的主设备(如智能手机里面的相关应用程序,或者通用BLE 工具软件);
               一台HOLLONG BLE SNIFFER (Hollong BLE 侦听仪)
      * 软件:Hollong 蓝牙4.0/4.1 BLE协议监控分析仪 软件
            下载链接:
            http://www.viewtool.com/index.php/22-2016-07-29-02-11-32/205-hollong-4-0-4-1-ble

    4. SCAN_REQ 包
       1)完整包


                                   
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      2) 存取地址 (Access Address)   对于广播包,这是一个固定长度(4个字节)及固定内容(0x8e89bed6)的主从设备识别广播包的存取地址。

                                   
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      3)  头信息 (Header Info)   固定为2个字节:分解为16个位来使用
       位[0:3]:P广播包(PDU) 类型,总共有6个类型:

            PDU Type
            b3b2b1b0 Packet Name
            0000 ADV_IND: 可连接通用连接广播
            0001 ADV_DIRECT_IND:可连接定向连接(指定设备)广播
            0010 ADV_NONCONN_IND:不可连接通用广播
            0011 SCAN_REQ:扫描请求
            0100 SCAN_RSP:扫描响应
            0101 CONNECT_REQ:连接请求
            0110 ADV_SCAN_IND:可扫描通用广播
            0111-1111 Reserved

       位[4:5]:保留
       位[6]:RxAdd
       位[7]:TxAdd
       位[8:13]:广播数据长度 (最大为37 字节)
       位[14:15]:保留

                                   
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      4) 主设备地址

                                   
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      5)从设备地址

                                   
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      6)CRC

                                   
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    4. SCAN_RSP 包
        1)存取地址
              定义同上

                                   
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        2)头信息
              定义同上

                                   
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        3)从设备地址
             固定6个字节的从设备地址(MAC ADDRESS)

                                   
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        4)响应数据(广播数据)
            格式同广播数据格式(详见文“1分钟读懂低功耗蓝牙广播数据”), 在这个包里面,数据为0(没有数据)

                                   
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        5)CRC
        固定为3个字节

                                   
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    5. CONNECT_REQ 包
         1)存取地址
          固定4个字节和内容(0x8e89bed6)的存取地址,BLE 芯片使用这个固定的地址作为广播通道的BLE数据接收。

                                   
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        2)头信息
          二个字节的头信息(解析格式同上)

                                   
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        3)主设备地址
       

                                   
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         4)从设备地址
       

                                   
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         5)存取地址
              在此指定连接后使用的存取地址(BLE 数据通道),这个地址是由内部指定的非确定的4个字节长度的地址,不像广播数据通道使用固定内容的存取地址。
          

                                   
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         6)CRC INIT
              初始化的CRC 值,以后被使用于数据CRC 校验
          

                                   
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         7)窗口时间 (Win Size)
             

                                   
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         8) 窗口偏移
             

                                   
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         9)数据间隔时间 (CONNECTION INTERVAL)
              发送两个数据包(或者空包)的间隔时间。
              计算公式为:24 (0x18) * 1.25ms = 30ms, 在抓取的数据包中可以看到,每两个包之间的间隔是30MS。 下载此数据包需要注册。
             

                                   
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          10)时延(Latency)
             

                                   
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           11) 中断连接最大时延(TIME OUT)
              当主从双方有一方在大于此时间后没有接收到任何数据包或者空包,则由连接状态转为非连接状态(主设备可以重新开始
    扫描, 从设备也可以重新开始广播,具体做什么由应用程序决定)。
              计算方法: 最大时延 = TIME_OUT * 10MS, 在此为:72 (0X48) * 10 = 720 MS, 也就是说,如果双方在0.72秒期间没有收到任何数据包或者空包,则视为连接中断,由连接状态转为非连接状态,开始做应用程序要求做的事情。
             

                                   
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           12)跳频通道图(CHANNEL MAP)
             这个跳频图是由BLE 芯片根据周围环境中可以使用的BLE 通道而制定出来,根据扫描测试的环境不同(指被占用的频谱资源不同)而不同,当这个图(表)通过CONNECT_REQ 包发送给从设备后,主从双方都会根据这个图来同步跳频(HOPPING),低功耗蓝牙设备通过这个方法能够有效避开拥堵的频道,使用比较“干净”,无(少)干扰的频道来交换数据,从而大幅提升传输数据的稳定可靠性。
          

                                   
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           由于这个是在比较干净(周围几乎没有任何BLE 设备或者其它工作在2.4G频段,类似频道的强信号设备)的环境下面工作的主从设备,所以可以看出,它使用了所有频道(除了广播专用频道37,38,39)作为跳频图。
         
          13) HOP 及CLOCK
           0xAF (10101111)
           HOP: 10101
      CLOCK: 111 => 对应晶体精度 为0-20PPm  
           一个字节的前5个位指定HOP(跳频)算法中需要的数据(HOPINCREMENT),另外三个位指定晶体的精度等级(可以有多少PPM的误差)
           SCA masterSCA, 三个位对应的晶体精度等级如下:       000: 251 ppm to 500 ppm
           001: 151 ppm to 250 ppm
           010: 101 ppm to 150 ppm
           011: 76 ppm to 100 ppm
           100: 51 ppm to 75 ppm
           101: 31 ppm to 50 ppm
           110: 21 ppm to 30 ppm
           111: 0 ppm to 20 ppm
          

                                   
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         14)CRC
          同上


                                   
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    Core_V4.0_LE.pdf (818.21 KB)

                                   
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