Стек протокола Bluetooth
Этот рисунок сравнивает стек протокола BLE с эталонной моделью OSI.
Существует взаимно-однозначное отображение на физическом уровне (PHY)
Слой канала передачи данных (DLL) OSI сопоставляет с протоколом (L2CAP) управления и адаптации логической ссылки BLE и слоем ссылки (LL).
В стеке BLE более высокие слои предоставляют услуги прикладного уровня, роли устройства и режимы, управление связью и протокол системы защиты.
Фокусируясь на стеке протокола BLE, функциональность разделена между тремя основными слоями — Приложение, Хост и Контроллер.
Приложение (приложение) слой
Приложение (Приложение) является прямым пользовательским интерфейсом, и Bluetooth® SIG задает профили, которые предоставляют функциональную совместимость между различными приложениями. Спецификация Bluetooth также позволяет поставщикам задавать собственные профили для вариантов использования, не заданных профилями SIG.
Разместите слой
Как показано в изображении, слой хоста включает GAP, GATT, ATT, SMP, L2CAP и подуровней HCI стороны хоста
Типовой профиль доступа
Типовой профиль доступа (GAP) задает роли, режимы и процедуры устройства. GAP также справляется с установлением связи и безопасностью. Это взаимодействует через интерфейс непосредственно с Прикладным уровнем.
Типовой профиль атрибута
LE Bluetooth задает, как данные хранятся и обмененный между устройствами LE. Типовой профиль атрибута (GATT) служит ссылочной основой для всех основанных на GATT профилей. GATT инкапсулирует ATT и ответственен за координирование обмена профилями в ссылке BLE. Профили включают информацию и данные, такие как присвоение указателя, Универсально Уникальный идентификатор (UUID) и набор полномочий.
Для устройств, которые реализуют профиль GATT,
Клиент является устройством, которое инициирует команды и запросы к серверу, и может получить ответы, признаки и уведомления.
Сервер является устройством, которое принимает входящие команды и запрашивает от клиента и отправляет ответы, признаки и уведомления клиенту.
GATT использует клиент-серверную архитектуру. Роли не фиксируются и определяются, когда устройство инициирует заданную процедуру. Роли выпущены, когда процедура заканчивается.
Терминология GATT, используемая в GATT, включает
Сервис – Набор данных и сопоставленных поведений раньше выполнял конкретную функцию или функцию.
Характеристика – значение используется в сервисе наряду с его полномочиями.
Характеристический дескриптор – Описание связанного характеристического поведения.
Клиент GATT – Инициирует команды и запросы к серверу и может получить ответы, признаки и уведомления, отправленные сервером.
Сервер GATT – Принимает входящие команды и запрашивает от клиента и отправляет ответы, признаки и уведомления клиенту.
Припишите протокол
LE Bluetooth задает протокол атрибута (ATT), чтобы передать данные об атрибуте между клиентами и серверами в основанных на GATT профилях. ATT задает роли клиент-серверной архитектуры. Роли обычно соответствуют ведущему устройству и ведомому устройству, как задано в слое ссылки. В общем случае устройство могло быть клиентом, сервером или обоими, независимо от того, является ли это ведущим устройством или ведомым устройством. ATT также выполняет организацию данных в атрибуты.
Атрибуты устройств представлены как
Указатель атрибута является 16-битным значением идентификатора, присвоенным сервером позволить клиенту ссылаться на те атрибуты.
Тип атрибута является универсально уникальным идентификатором (UUID), заданный SIG Bluetooth. Например, UUID 0x2A37 представляет измерение сердечного ритма.
Значение атрибута является полем переменной длины. UUID, сопоставленный с ним и сервисный класс служебной книжки, содержащей его, определяют длину поля значения атрибута.
Полномочия атрибута являются наборами значений разрешения, сопоставленных с каждым атрибутом. Эти полномочия задают чтение и привилегии записи для атрибута и уровень безопасности, требуемый для разрешения записи и чтения.
Протокол менеджера безопасности
Протокол менеджера безопасности (SMP) применяет алгоритмы безопасности, чтобы зашифровать и дешифровать пакеты данных. Это задает инициатора и респондента, соответствуя ведущему устройству и ведомому устройству, когда-то связь устанавливается.
Управление логической ссылкой и протокол адаптации
Протокол (L2CAP) управления и адаптации логической ссылки инкапсулирует данные из BLE более высокие слои в стандартный формат пакета BLE для передачи (или извлекает данные из стандартного пакета BLE LL на приеме) согласно настройке ссылки, заданной в ATT и SMP.
Интерфейс хост-контроллера (HCI) стороны хоста
Интерфейс хост-контроллера (HCI) на стороне хоста обрабатывает интерфейс между хостом и контроллером. HCI задает набор команд и событий для передачи и приема пакетных данных. При передаче данных HCI переводит необработанные данные в пакеты, чтобы отправить их со слоя хоста на контроллер.
Слой контроллера
Как показано в изображении, слой контроллера включает HCI стороны контроллера, LL и PHY.
Интерфейс хост-контроллера (HCI) стороны контроллера
Интерфейс хост-контроллера (HCI) на стороне контроллера обрабатывает интерфейс между хостом и контроллером. HCI задает набор команд и событий для передачи и приема пакетных данных. При получении пакетов от диспетчера HCI извлекает необработанные данные в контроллере, чтобы отправить к хосту.
Соедините слой
Слой ссылки (LL) выполняет задачу, похожую на слой MAC модели OSI. В Bluetooth LL взаимодействует через интерфейс непосредственно с PHY и управляет состоянием ссылки радио, чтобы задать роль, которой устройство управляет в, такие как ведущее устройство, ведомое устройство, рекламодатель и сканер.
Физический уровень
Физический уровень (PHY) воздушный интерфейс действует в том же нелицензированном Промышленнике на 2,4 ГГц, Научном, и Медицинском (ISM) диапазон частот как Wi-Fi®. Другие характеристики воздушного интерфейса PHY Bluetooth включают
Операционный диапазон частот РФ от 2,4000 ГГц до 2,4835 ГГц.
Пропускная способность канала составляет 2 МГц. Операционная полоса разделена на 40 каналов, k = 0, …, 39. Центральные частоты каналов k 2402 + k × 2 МГц.
Пользовательские пакеты данных передаются с помощью каналов в области значений [0,36].
Рекламные пакеты данных передаются в каналах 37, 38, и 39.
Схема модуляции GFSK.
Спектр распространения скачкообразного движения частоты использования, чтобы уменьшать интерференцию и противостоять удару исчезающих каналов. Время между транзитными участками частоты может варьироваться от 7,5 мс до 4 секунд и установлено во время соединения для каждого ведомого устройства.
Поддержка пропускной способности на уровне 1 Мбит/с обязательна (для версии 4.x спецификации совместимые устройства). На скорости передачи данных 1 Мбит/с не закодирована передача.
Опционально, версия 5.0 спецификации совместимые устройства поддерживает эти дополнительные скорости передачи данных.
Закодированная передача при битрейтах 500 Кбит/с или 125 Кбит/с.
Незакодированная передача на небольшом уровне 2 Мбит/с.