藍芽協議分析 基本概念

2021-06-29 05:50:59 字數 2842 閱讀 1732

自2023年由愛立信推出至今,藍芽技術已經走過了20個歲月。從最初的bluetooth v1.0,到如今的bluetooth v4.0(最新的為v4.1,2023年底發布),經歷了近9個版本的修訂後,發展為當前的狀況。

說實話,如今的藍芽4.0,簡直是乙個大雜燴:br/edr沿用舊的藍芽規範;le抄襲802.15.4;amp直接使用802.11。而這一切的目的,就是以相容性和易用性為基礎,在功耗和傳輸速率之間左右為難。蝸蝸以為,這並不是優雅的設計。

不過沒關係,存在即合理。因此蝸蝸就開出了這樣乙個專題,希望能夠將藍芽技術上上下下的知識,整理出來,以便在加深自己對藍芽技術的理解的同時,能夠給從事藍芽相關工作的讀者一點啟發。

本文是這個專題的第一篇文章,主要基於藍芽4.0規範(core_v4.0.pdf),描述藍芽技術的基本概念。

2.藍芽技術的概述

2.1 兩種藍芽技術:basic rate(br)和low energy(le)

藍芽協議包括兩種技術:basic rate(簡稱br)和low energy(簡稱le)。這兩種技術,都包括搜尋(discovery)管理、連線(connection)管理等機制,但它們是不能互通的!這也是蝸蝸抱怨藍芽協議不優雅的原因之一。

廠商要麼實現這兩種技術中的一種,這時就只能和同樣實現了這個技術的裝置互通,而不能和實現另外一種技術的裝置互通。如果廠商要確保能和所有的藍芽裝置互通,那麼就只能同時實現兩種技術,而不去管是否真的需要,這樣就能碰到什麼人說什麼話了!

2.1.1 basic rate(br)

basic rate是正宗的藍芽技術,可以包括可選(optional)的edr(enhanced data rate)技術,以及交替使用的(alternate)的mac(media access control)層和phy層擴充套件(簡稱amp)。說著真拗口,不過通過背後的應用場景,就好理解了:

藍芽誕生之初,使用的是br技術,此時藍芽的理論傳輸速率,只能達到721.2kbps。在那個年代,56kbps的modem就是高大上了,這個速度可以說是驚為天人了啊!但是科技變化太快了,br技術轉眼就過時了。那怎麼辦呢?縫縫補補一下,增強速度唄,enhanced data rate就出現了。

使用edr技術的藍芽,理論速率可以達到2.1mbps。這一次的公升級換代,還算優雅,因為沒有改變任何的硬體架構、軟體架構和使用方式上的改變。

也許你也猜到了,edr又落伍了,看看人家wifi(wlan),幾十mbps,上百mbps,咱們才2.1mbps,也太寒酸了吧!那怎麼辦呢?藍芽組織想了個壞主意:哎,wifi!把你的物理層和mac層借我用用唄!這就是amp(alternate mac and phy layer extension)。艾瑪,終於鬆口氣了,我們可以達到24mbps了。

不過呢,由於藍芽自身的物理層和amp技術差異太明顯了,這次擴充套件只能是交替使用(alternate)的,也就是說,有我(br/edr)沒你(amp)。嗯!不優雅!

埋個問題:只能交替使用,那它們怎麼切換呢?蝸蝸會在後續的內容中,根據主流藍芽晶元的解決方案,來**一下該問題。

【注1:細心的讀者可能會注意到,這裡特別強調了optional和alternate這兩個字眼,這是藍芽spec的原話。它意味著,br和edr是可以同時存在的,但br/edr和amp只能二選一。】

2.1.2 low energy(le)

上面所講的br技術的進化路線,就是傳輸速率的加快、加快、再加快。但能量是守恆的,你想傳的更快,代價就是消耗更多的能量。而有很多的應用場景,並不關心傳輸速率,反而非常關心功耗。這就是bluetooth le(稱作藍芽低功耗)產生的背景。

le技術相比br技術,差異非常大,或者說就是兩種不同的技術,湊巧都加乙個「藍芽」的字首而已。後面我們會詳細的解釋這種差異,以及le的行為特徵。

2.2藍芽系統的組成

藍芽系統的組成, 我們需要注意如下特點:

4)在乙個系統中,host只有乙個,但controller可以乙個,也可以有多個。如:單獨的le controller;單獨的br/edr controller;單獨的le+br/edr controller;在單獨的br/edr controller或le+br/edr controller基礎上,增加乙個活多個額外的amp controller。

3.br/edr vs le vs amp

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