Каналы BLE

Система BLE действует в 2.4 полосах GHz ISM на уровне 2400 - 2483.5 МГц. Это использует сорок каналов RF (каждый канал 2 МГц шириной). Рисунок ниже показывает отображение между каналами BLE и частотами. Каждый из этих, RF образовывает канал, выделяется уникальный индекс канала (помеченный как "Канал BLE" на рисунке).

BLE классифицирует эти сорок каналов RF в три рекламных канала (индексы канала: 37, 38, 39) и тридцать семь каналов данных (индексы канала: от 0 до 36). Обратите внимание на то, что рекламные каналы распространены через спектр на 2,4 ГГц. Цель этого широкого интервала состоит в том, чтобы избежать интерференции от других устройств, действующих в том же спектре, таких как WLAN. Каналы рекламы в основном используются для передачи рекламных пакетов, сканируют пакеты запроса/ответа и пакеты индикации связи. Каналы данных в основном используются для обмена пакетами данных.

Быстрое переключение каналов

Быстрое переключение каналов используется в Bluetooth, чтобы уменьшать интерференцию и улучшить пропускную способность. Стандарт Bluetooth задает правила для переключения между каналами и алгоритмами, используемыми при выполнении быстрого переключения каналов.

Использование нелицензированной полосы ISM на 2.4 ГГц несколькими причинами беспроводных технологий увеличило интерференцию и результаты в повторных передачах, чтобы откорректировать ошибки в полученных пакетах. Поскольку BLE является ориентированным протоколом низкой энергии, это более восприимчиво к интерференции. BLE использует быстрое переключение каналов, чтобы бороться с ударом интерференции. Когда один канал полностью блокируется из-за интерференции, устройства могут все еще продолжить связываться друг с другом на других каналах.

В классическом Bluetooth быстрое переключение каналов ограничивается 1 600 транзитными участками/секунда частоты. Для BLE была пересмотрена спецификация быстрого переключения каналов. Различные правила касаются рекламы и подключенных устройств, и заданы два алгоритма выбора канала.

Рекламное устройство передает рекламные пакеты на трех рекламных каналах циклическим способом (начинающий с индекса 37 канала). Та же процедура используется, сканировать/инициировать устройство, слушающее на трех рекламных каналах циклическим способом.

Подключенное устройство превращается в новый канал данных для каждого события связи. Событие связи является последовательностью пакетных обменов данных между двумя подключенными устройствами. События связи периодически имеют место с названным интервалом связи интервала. Все пакеты в событии связи передаются на том же канале данных. Новое событие связи использует новый канал данных.

Два альтернативных алгоритма выбора канала заданы спецификацией ядра Bluetooth (см. Раздел 4.5.8, Часть-B, Vol-6 [1]), может использоваться, чтобы выбрать каналы данных для каждого события связи:

Два алгоритма выбора канала избегают каналов, которые подвержены ошибкам передачи. Картой канала обмениваются между ведущими и ведомыми устройствами. Эта карта указывает на каналы хороших и неправильных данных. Классификация каналов хороших и неправильных данных является зависящей от реализации и может быть сделана на основе различных параметров как ОСШ (Отношение сигнал-шум), PER (Пакетный Коэффициент ошибок), и т.д. Только хорошие каналы данных используются для связи между устройствами. Карта канала будет обновлена ведущим устройством, если это распознает какие-либо каналы неправильных данных. Два алгоритма выбора канала используют карту канала, чтобы определить, хорошо ли выбранный канал данных использовать. Если выбранный канал данных оказывается плохим, новый канал данных выбран с помощью процедуры переотображения канала (см. Раздел 4.5.8, Часть-B, Vol-6 [1]), который повторно сопоставляет канал неправильных данных с одним из хороших каналов данных. Каждый алгоритм имеет собственную процедуру переотображения.

Проверяйте на установку пакета поддержки

% Check if the 'Communications Toolbox Library for the Bluetooth Protocol'
% support package is installed or not.
commSupportPackageCheck('BLUETOOTH');

Симуляция алгоритма № 1

Можно использовать bleChannelSelection Системный объект, чтобы выбрать новый индекс канала. Этот Системный объект конфигурирует поля, требуемые для выбора индекса канала.

Создайте Системный объект для 'Алгоритма № 1'

Чтобы выбрать индекс канала, создайте bleChannelSelection Системный объект с Algorithm установите на 1.

csa = bleChannelSelection('Algorithm', 1);

Сконфигурируйте поля.

csa.HopIncrement = 8;
csa.UsedChannels = [0, 5, 13, 9, 24, 36]

csa = 

  bleChannelSelection with properties:

       Algorithm: 1
    HopIncrement: 8
    UsedChannels: [0 5 9 13 24 36]
    ChannelIndex: 0
    EventCounter: 0

Выберите индекс канала для следующего транзитного участка

Вызовите объект csa как функция, чтобы определить следующий канал скачкообразно двигаются и выбрать новый канал для каждого нового события связи.

nextChannel = csa();
fprintf('Selected channel for connection event %d using ''Algorithm #1'' is: %d\n', csa.EventCounter, nextChannel);

Selected channel for connection event 0 using 'Algorithm #1' is: 9

Симуляция алгоритма № 2

Можно использовать bleChannelSelection Системный объект, чтобы выбрать новый индекс канала. Этот Системный объект конфигурирует поля, требуемые для выбора индекса канала.

Создайте Системный объект для 'Алгоритма № 2'

Чтобы выбрать индекс канала, Создайте bleChannelSelection Системный объект с Algorithm установите на 2.

csa = bleChannelSelection('Algorithm', 2);

Сконфигурируйте поля.

csa.AccessAddress = 'E89BED68';
csa.UsedChannels = [9, 10, 21, 22, 23, 33, 34, 35, 36]

csa = 

  bleChannelSelection with properties:

                   Algorithm: 2
               AccessAddress: 'E89BED68'
    SubeventChannelSelection: 0
                UsedChannels: [9 10 21 22 23 33 34 35 36]
                ChannelIndex: 0
                EventCounter: 0

Выберите индекс канала для следующего транзитного участка

Вызовите объект csa как функция, чтобы определить следующий канал скачкообразно двигаются и выбрать новый канал для каждого нового события связи.

nextChannel = csa();
fprintf('Selected channel for connection event %d using ''Algorithm #2'' is: %d\n', csa.EventCounter, nextChannel);

Selected channel for connection event 0 using 'Algorithm #2' is: 22

Графический интерфейс пользователя для анализа Алгоритмов выбора Канала

Функция helperBLEChannelHopSelectionUI обеспечивает графический интерфейс пользователя, чтобы сгенерировать желаемое количество транзитных участков канала для анализа алгоритма. Оба алгоритма выбора канала могут анализироваться с помощью этого графический интерфейса пользователя. Это может использоваться, чтобы построить шаблон быстрого переключения каналов алгоритма и также строит соответствующую гистограмму.

helperBLEChannelHopSelectionUI()

Верификация алгоритма с выборочными данными

Выборочные данные обеспечиваются, чтобы проверить Алгоритм № 2 (см. Раздел 3, Vol 6, Часть C в [1]). Однако нет никаких выборочных данных, доступных для проверки Алгоритма № 1.

Выборочные данные 1 (тридцать семь хороших каналов данных)

Когда вышеупомянутые входные параметры будут использоваться, Алгоритм № 2, как ожидают, выберет следующие каналы согласно Разделу 3.1, Часть-B, Vol-6 [1]

Следующий код выбирает три канала для первых трех событий связи.

% Create a System object for 'Algorithm #2'
csa = bleChannelSelection('Algorithm', 2);

Сконфигурируйте поля с выборочными данными № 1.

% Connection access address
csa.AccessAddress = '8E89BED6';
% Use 37 good data channels as used channels according to the sample data
csa.UsedChannels = (0:36);

Выберите индексы канала для первых 3 событий связи. Проверьте сгенерированные выходные параметры с упомянутой выше таблицей.

numConnectionEvents = 4;
for i = 1:numConnectionEvents
    channel = csa();
    fprintf('Event Counter: %d, selected Channel: %d\n', csa.EventCounter, channel);
end

Event Counter: 0, selected Channel: 25
Event Counter: 1, selected Channel: 20
Event Counter: 2, selected Channel: 6
Event Counter: 3, selected Channel: 21

Выборочные данные 2 (девять хороших каналов данных)

Когда вышеупомянутые входные параметры будут использоваться, Алгоритм № 2, как ожидают, выберет следующие каналы согласно Разделу 3.2, Часть-B, Vol-6 [1]. Поскольку карта канала содержит плохие каналы, процедура переотображения канала, используемая в алгоритме, также проверяется.

Следующий код выбирает восемь каналов для первых восьми событий связи.

% Create a System object for 'Algorithm #2'
csa = bleChannelSelection('Algorithm', 2);

Сконфигурируйте поля с выборочными данными № 2.

% Connection access address
csa.AccessAddress = '8E89BED6';
% Use 9 good data channels as used channels according to the sample data
csa.UsedChannels = [9, 10, 21, 22, 23, 33, 34, 35, 36];

Выберите индексы канала для первых 8 событий связи. Проверьте сгенерированные выходные параметры с упомянутой выше таблицей.

numConnectionEvents = 9;
for i = 1:numConnectionEvents
    channel = csa();
    fprintf('Event Counter: %d, selected Channel: %d\n', csa.EventCounter, channel);
end

Event Counter: 0, selected Channel: 35
Event Counter: 1, selected Channel: 9
Event Counter: 2, selected Channel: 33
Event Counter: 3, selected Channel: 21
Event Counter: 4, selected Channel: 34
Event Counter: 5, selected Channel: 36
Event Counter: 6, selected Channel: 23
Event Counter: 7, selected Channel: 9
Event Counter: 8, selected Channel: 34

Постройте и анализируйте скачкообразно двигающийся шаблон - Алгоритм № 1 и Алгоритм № 2

Следующий код выбирает индексы канала для первой сотни событий связи с помощью 'Алгоритм № 1'. Выбранные каналы построены и по сравнению с теми 'из Алгоритма № 2'.

% Channel selection algorithm System object for 'Algorithm #1'
csa = bleChannelSelection;
% For 100 connection events
numConnectionEvents = 100;
hopSequence = zeros(1, numConnectionEvents);
% Generate channel hop sequence for 100 connection events
for i = 1:numConnectionEvents
    hopSequence(i) = csa();
end

helperBLEPlotChannelHopSequence графики функций скачкообразно двигающийся шаблон и также выводят гистограмму выбранных каналов.

helperBLEPlotChannelHopSequence(csa, hopSequence);

Следующий код генерирует индексы канала для первой сотни событий связи с помощью 'Алгоритм № 2'. Выбранные каналы построены и по сравнению с теми 'из Алгоритма № 1'.

% Channel selection algorithm System object for 'Algorithm #2'
csa = bleChannelSelection('Algorithm', 2);
% For 100 connection events
numConnectionEvents = 100;
hopSequence = zeros(1, numConnectionEvents);
% Generate channel hop sequence for 100 connection events
for i = 1:numConnectionEvents
    hopSequence(i) = csa();
end

helperBLEPlotChannelHopSequence графики функций скачкообразно двигающийся шаблон и также выводят гистограмму выбранных каналов.

helperBLEPlotChannelHopSequence(csa, hopSequence);

Алгоритм № 1 по сравнению с алгоритмом № 2

Вышеупомянутые графики показывают различие между этими двумя алгоритмами.

Заключение

Этот пример продемонстрировал поведение алгоритмов выбора канала, заданных в спецификации [1] ядра Bluetooth.

Приложение

Пример использует эту функцию:

Пример использует этих помощников:

Выбранная библиография