Bluetooth Low Energy介紹

1. 介紹

Bluetooth low energy，也稱BLE(低功耗藍牙)，在4.0規範中提出

BLE分爲兩種設備

- 單模(single-mode): Logo爲「Bluetooth®Smart」
- 雙模(dual-mode):   Logo爲「Bluetooth®Smart Ready」

tip: 傳統藍牙的Logo爲「Bluetooth®」

BLE與傳統藍牙的兼容性如下圖所示

可以看出他們之間的通信規則如下(Bluetooth指代傳統藍牙,下同):

Smart Ready: Smart Ready、Bluetooth、Smart
Bluetooth:   Smart Ready、Bluetooth
Smart:       Smart Ready、Smart

2. 協議棧

BLE協議棧如下圖所示

BLE協議棧由Controller和Host兩部分組成
Profile和Service基於GAP和GATT
應用協議定義其使用的服務，說明是傳感器端還是接收端
定義GATT的角色(Server/Client)和GAP的角色(Peripheral/Central)

協議棧各層次介紹如下

PHY   - 1Mbps自適應跳頻GFSK，運行在2.4GHz頻段。
LL    - RF控制器, 控制設備的鏈路狀態
HCI   - 爲接口層, 向上爲主機提供軟件應用程序接口(API), 對外爲外部硬件控制接口, 可以通過串口、SPI、USB來實現設備控制
L2CAP - 爲上層提供數據封裝服務, 允許邏輯上的端到端數據通信
SM    - 提供配對和密鑰分發服務, 實現安全連接和數據交換
GAP   - 直接與應用程序或配置文件(Profiles)通信的接口, 處理設備發現和連接相關服務. 另外還處理安全特性的初始化
ATT   - 導出特定的數據(稱爲屬性)到其他設備
GATT  - 定義了使用ATT的服務框架和配置文件(Profiles)的結構. BLE中所有的數據通信都需要經過GATT

3. 實現方案

3.1 硬件實現方案

單芯片方案中，Controller和Host、Profile及應用都在同一芯片中
網絡控制器模式中，COntroller和Host運行在設備中，但是Profile和應用則在其他設備上，比如PC或者其他微控制器，可以通過UART、USB進行操作
雙芯片模式中，Controller運行在一個控制器，而Host、Profile和應用運行在另一個控制器上

3.2 軟件實現方案

Bluedroid從4.3開始支持BLE