BLE连接建立与断开

2024-01-29 16:52:10

本文涉及如下问题：

如何建立连接
如何提高传输速率
异常时如何快速断开连接
如何跳频
BLE data的PDU如何展开分析

初始化连接是在广播通道上建立的，参考 BLE：广播channel上的PDU分析，本文将重点介绍BLE连接

1. 连接建立

当设备收接收到可以连接的广播(ADV_IND或者ADV_DIRECT_IND)后，则可以发起建立连接请求，连接请求数据包是通过发送CONNECT_REQ的PDU来实现的，CONNECT_REQ的PDU如下所示

2 连接参数

建立连接后，两个设备会在相等的连接间隔之间交换数据，每一次的数据交换称之为连接事件（connectionevent），数据的发送和接收都是通过连接事件完成的，在连接事件之外，BLE设备处于休眠状态，因此进一步降低了功耗。

广播的设备以一定的广播间隔周期性的广播数据，类似的，设备建立连接后，两个设备会以相等的时间间隔交换数据，这个间隔成为连接间隔（Connectioninterval）。

LL Data中参数解释：

1. AA：AccessAddress，链路层的接入地址，参考3.2中介绍；

2. CRCInit：初始化CRC的值；

3. 和发送数据窗口相关的参数：WinSize和WinOffset

4. 连接参数：

Interval：

Connection interval = sleep + connection event
master和slaver数据交换的间隔，当没有应用数据交互，两个设备链路层仍会交换数据(空PDU)来维持连接，当有应用数据时，数据通过连接间隔中的连接事件发送和接收.
范围是，连接间隔是1.25ms的整数倍，范围是 6 -3200，即7.5ms– 4s

Latency:

即Slave latency，
master每个tx数据，slave接到后都要回复，否则连接可能会被认为断开，Slave latency则定义了slave在没有数据要发的情况下，可以跳过一定数目的连接事件(Connection events), 在这些连接事件中不必回复Master（主设备）的包（空包），而不会被认为连接断开
取值范围是 0 - ((connSupervisionTimeout /(connInterval*2)) - 1)，并且要小于500；

timeout：

· 即Connection supervision timeout，

· 如果双方设备在超过timeout时间后，没有数据交互，则连接被认为已断开。

· 常用于异常断开流程，由于链路异常，BLE设备之间没有了数据，则在timeout时间到后，连接被断开，而不会一直保持，

· 10ms的整数倍，取值范围是 10 – 3200，即100ms – 32s,并且要大于(1+ connSlaveLatency) * connInterval * 2

例如Slavelatency = 2的情况下，可以忽略master的两个包，但第三个包则必须回应，否则，连接有可能被断开

这三个参数都是由master在发起连接时设定的，在连接建立后，slave可以发起更新连接参数的请求。

这几个参数是BLE连接中重要参数，直接决定了速率和异常情况的处理:

· Connection interval决定了传输速率，越小，发送数据越快，但功耗也会越大

· Slave Latency为0，数据发送速度回提高，增大，则会减小功耗

· Timeout：异常情况时能否尽快断开。

对与IOS设备的BLE相连接时，对这几个参数的设置有明确的要求：

https://developer.apple.com/hardwaredrivers/BluetoothDesignGuidelines.pdf

3. 跳频

在CONNECT_REQPDU包中，还有两个重要的字段ChM和Hop。

• ChannelMap:指出了在连接中使用的数据通道

• HopIncrement:：用于通道选择算法的一个5-16的随机值

那么BLE的跳频就是根据这几个参数协商出来的。

可以看到广播数据在首先37/38/39通道上发送(由于sniffer只监听37通道，其他通道上的数据没有显示),当连接建立后，master和slave分别经历了0x0C,0x18,0x24,0x0B,0x17,0x23等几个通道，并且后续数据交互扔在不断切换通道，即跳频。（参考Version 4.2 [Vol 6, Part B] 4.5.8）

在建立连接时，master会在连接的PDU里，指出哪些通道使用的通道，用于连接，哪些通道是不用于连接的通道，这就是channel map。

slave在接到这样的数据包后，双方根据channel selection algorithm（蓝牙规范定义）计算出data channel，如下：