藍牙核心技術概述（三）： 藍牙協議規範（射頻、基帶鏈路控制、鏈路管理）

藍牙協議是藍牙設備間交換信息所應該遵照的規則。與開放系統互聯（OSI）模型同樣，藍牙技術的協議體系也採用了分層結構，從底層到高層造成了藍牙協議棧，各層協議定義了所完成的功能和使用數據分組格式，以保證藍牙產品間的互操做性。
1、射頻協議
射頻位置如上圖紅色部分。
一、工做頻率
藍牙工做在2.4GHz ISM頻段上，藍牙採用跳頻擴譜技術主動的避免工做頻段受干擾（微波爐的工做頻率也是2.4GHz）。

我國的藍牙頻率在2.402GHz～2.483GHz,藍牙每一個頻道的寬度爲1MHz，爲了減小帶外輻射的干擾，保留上、下保護爲3.5MHz和2MHz，79個跳頻點中至少75個僞隨機碼跳動，30S內任何一個頻點使用時長不能超過0.4S。    
二、跳頻技術、發射功率、時隙
（1）、發射功率：藍牙發射功率分三級：一級功率100mW(20dBm)；二級功率2.5mW(4dBm)；三級功率1mW(0dBm)；
（2）、物理信道：藍牙物理信道有僞隨機序列控制的79個跳頻點構成，不一樣跳頻序列表明不一樣的信道。

（3）、時隙：藍牙跳頻速率爲1600次/s,每一個時間爲625uS(1S/1600)稱爲一個時隙；

2、基帶與鏈路控制協議

藍牙發送數據時，基帶部分未來自高層的數據進行信道編碼，向下發給射頻進行發送；接收數據時，將解調恢復空中數據並上傳給基帶，基帶進行信道編碼傳送給上層。

做用：跳頻選擇、藍牙編址、鏈路類型、信道編碼、收發規則、信道控制、音頻規範、安全設置。

一、藍牙分組編碼爲小端模式；

二、藍牙地址

BD_ADDR：BluetoothDevice Address；

LAP:LowerAddress Part 低地址部分；

UAP: UpperAddress Part 高地址部分；

NAP: Non-significantAddress Part 無效地址部分。

三、藍牙時鐘
每一個藍牙設備都有一個獨立運行的內部系統時鐘，稱爲本地時鐘（Local Clock），決定定時器的收發跳頻。爲了與其餘設備同步，本地時鐘要加一個偏移量（offset），提供給其餘設備同步。
藍牙基帶四個關鍵週期：312.5uS、625uS、1.25mS、1.28S。

CLKN：本地時鐘：
CLKE:預計時鐘，掃描尋呼過程當中用到；
CLK：設備實際運行的時鐘頻率。
CLKE、CLK由CLKN加上一個偏移量獲得的。

四、藍牙物理鏈路：
通訊設備間物理層的數據鏈接通道就是物理鏈路。
ACL（Asynchronous Connectionless）異步無鏈接鏈路；對時間要求不敏感的數據通訊，如文件數據、控制信令等。
SCO（Synochronous Connection Oriented）同步面向鏈接鏈路；對時間比較敏感的通訊，如：語音；最多隻支持3條SCO鏈路，不支持重傳。
ACL用於數據傳輸；
五、藍牙基帶分組：
基帶分組至少包括：接入碼、分組頭、有效載荷；

（1）、接入碼用於同步、直流、載頻泄漏偏置補償標識；
（2）、分組頭包含鏈路信息，確保糾正較多的錯誤。
分組類型以下：

ACL分組形式爲：D(M|H)（1|3|5）,D表明數據分組，M表明用2/3比例的FEC的中等速率分組；H表明不使用糾錯碼的高速率分組；一、三、5分別表明分組所佔用的時隙數目；
DM一、DM三、DM五、DH一、DH三、DH5
SCO分組形式爲：HV(1|2|3)。HV表明高質量語言分組，一、二、3有效載荷所採用的糾錯碼方法。1爲1/3比例FEC，設備2個時隙發送一個單時隙分組；2爲2/3比例FEC，設備4個時隙發送一個單時隙分組；3爲不使用糾錯碼，設備6個時隙發送一個單時隙分組
HV一、HV二、HV3
ALC 分組：

 

 SCO分組：

 

註釋：D 只對數據段有用，DV分組包含數據段，也包含語言段。
（3）、有效載荷
分語言有效載荷、數據有效載荷。
六、藍牙的邏輯信道
鏈路控制信道：LinkControl  LC
鏈路管理信道：Link Manage LM
用戶異步數據信道：User AsynchronizationUA
用戶同步數據信道：UserSynchronization US
用戶等時數據信道：UserIsochronous UI  UI
七、藍牙的收發規則

上圖爲RX緩存。

上圖爲TX緩存。
新分組到達時，ACL鏈路的RX緩存器要流量控制，SCO數據不須要流量控制；
八、藍牙基帶信道和網絡控制
1）、鏈路控制器狀態：
待機、鏈接
尋呼page、尋呼掃描pagescan、查詢inquiry、查詢掃描inquiry scan、主設備相應Master Response、從設備相應Slave Response、查詢相應inquiry response
2） 、鏈接狀態
激活模式active、呼吸模式sniff、保持模式hold、休眠模式park。
3）、待機狀態
         待機狀態是藍牙設備缺省低功耗狀態，此狀態下本地時鐘以低精度運行。藍牙從待機轉入尋呼掃描狀態，對其餘尋呼進行響應成爲從設備；也能夠從待機狀態進入查詢掃描狀態，完成一個完整的尋呼，成爲主設備。
九、接入過程
註釋：
IAC Inquiry AccessCode 查詢接入碼；
GIAC:通用查詢接入碼 DIAC：專用查詢接入碼；
DAC：DeviceAccess Code 設備接入碼；
LAP：
         創建鏈接，必須使用查詢、尋呼；查詢過程使用IAC，發現覆蓋區域內的設備、設備的地址及其時鐘；鏈接過程使用DAC，創建鏈接的設備處理尋呼過程，成爲主設備。、（1）、查詢過程
藍牙設備經過查詢來發現通訊範圍內的其餘藍牙設備。查詢信息分爲GIAC、DIAC兩種。查詢發起設備收集全部相應設備的地址、時鐘信息。
一設備進入查詢狀態去發現其餘設備，查詢狀態下接二連三的在不一樣頻點發送查詢消息。查詢的跳頻序列有GIAC的LAP導出。
一設備想被其餘設備發現，就要週期性進入 查詢掃描狀態，以便相應查詢消息。如：咱們選擇設備多長時間可見，其實就是  進入查詢掃描狀態。
A、查詢掃描
查詢掃描狀態下，接收設備掃描接入碼的時間長度，足以完成對16個頻率的掃描。掃描區間長度Twindow inquiry scan。掃描在同一個頻率上進行，查詢過程用32跳專用查詢跳頻序列，此序列有通用查詢的地址決定，相位有本地時鐘決定，每隔1.28S變化一次。
B、查詢
與尋呼相似，TX用查詢跳頻序列、RX用查詢相應跳頻序列。
C、查詢相應
從設備響應查詢操做。每一個設備都有本身的時鐘，使用查詢序列相位相同的概率比較小。爲了不多個設備在同一查詢跳頻信道同時激活，從設備查詢響應規定：從設備收到查詢消息，產生0-1023只以爲額一個隨機數，鎖定當時相位輸入值進行跳頻選擇，從設備此後的RAND時隙中返回到鏈接或者待機狀態。
（2）、尋呼掃描
DAC：DeviceAccess Code 設備接入碼
尋呼掃描狀態下的設備掃描窗口Twindowpage scan內監聽本身的DAC。監聽只在一個跳頻點進行。Twindow page scan足夠覆蓋16個尋呼掃描頻點。
尋呼掃描狀態，掃描在同一個頻率上進行，持續1.28S，在選擇另外一個不一樣頻率。

（3）、尋呼
主設備使用尋呼發起一個主—從設備鏈接，經過在不一樣的跳頻點上重複發送從設備DAC來撲捉從設備，從設備在尋呼掃描狀態被喚醒，接收尋呼。
（4）、尋呼相應過程
3、鏈路管理器

如上圖紅色部分，負責完成設備：功率管理、鏈路質量管理、鏈路控制管理、數據分組管理、鏈路安全管理。 一、鏈路管理協議數據單元          藍牙鏈路管理器接收到高層的控制信息後，不是向自身的基帶部分分發控制信息，就是與另外一臺設備的鏈路管理器進行協商管理。這些控制信息封裝在鏈路管理協議數據單元LMP_PDU中，由ACL分組的有效載荷攜帶。 二、鏈路管理器協議規範 （1）、設備功率管理          RSSI保持模式、呼吸模式、休眠模式。 （2）、鏈路質量管理 QoSQuality of Service A、ACL鏈路。 B、SCO鏈路。 （3）、鏈路控制管理 設備尋呼模式、設備角色轉換、時鐘計時設置、信息交換:版本信息、支持特性、設備名稱；創建鏈接、鏈路釋放。 （4）、數據分組管理 ---------------------