527
今天起進(jìn)入Vol 1的學(xué)習(xí)。Vol 1最主要的內(nèi)容是關(guān)于Architecture。我們先從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>入手，了解藍(lán)牙設(shè)備的工作流程。
01、BR/EDR的Piconet
藍(lán)牙中有一個(gè)很重要的術(shù)語叫做piconet，了解藍(lán)牙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必然要先知道這個(gè)術(shù)語的涵義。
Piconet：A collection of devices (up to eight devices in BR/EDR, exactly two devices in LE) occupying a shared physical channel where one of the devices is the Piconet Central and the remaining devices are connected to it.
Piconet：被定義為一組設(shè)備（在BR/EDR中最多八個(gè)設(shè)備，在LE中恰好兩個(gè)設(shè)備）占用一個(gè)共享的物理信道，其中一個(gè)設(shè)備是piconet中心設(shè)備，其余外圍設(shè)備與它連接。
與Piconet相關(guān)聯(lián)的另外兩個(gè)術(shù)語：
中心設(shè)備（Piconet Central）：對于在BR/EDR piconet中的中心設(shè)備，其時(shí)鐘和設(shè)備地址用于定義piconet物理信道的特性。對于LE來說，它是發(fā)起piconet創(chuàng)建的設(shè)備，選擇識(shí)別piconet的接入地址，并在每個(gè)連接事件中首先進(jìn)行傳輸。
外圍設(shè)備（Piconet Peripheral）對于BR/EDR piconet中，任何不是中心設(shè)備但與中心設(shè)備連接的設(shè)備。對于LE來說，是非中心設(shè)備但與其通信的設(shè)備。
上圖展示了一個(gè)藍(lán)牙BR/EDR示例拓?fù)?。在典型的操作過程中，一組設(shè)備共享一個(gè)物理信道，這些設(shè)備同步到一個(gè)共同的時(shí)鐘和跳頻模式。其中一臺(tái)設(shè)備提供同步基準(zhǔn)，也就是上面說的中心設(shè)備（Piconet Central），例如A、F、D、M。那么所有外圍設(shè)備（Piconet Peripheral）或者從設(shè)備，例如B、C、D、E、G、H、J、N，會(huì)與中心設(shè)備時(shí)鐘和跳頻模式同步。以這種方式同步的一組設(shè)備組成一個(gè)BR/EDR的piconet。這就是藍(lán)牙BR/EDR的基本無線通信形式，具體如下：
在 piconet A 中存在兩個(gè)物理信道。在藍(lán)色區(qū)域內(nèi)的B和C因?yàn)椴恢С肿赃m應(yīng)頻率跳頻（AFH：adaptive frequency hopping）所以使用基本物理信道。而紅色區(qū)域設(shè)備D和E以及設(shè)備A都支持AFH，并且A根據(jù)正在通信的從設(shè)備，在兩個(gè)物理信道上以時(shí)分復(fù)用（TDM）的方式進(jìn)行操作。
在設(shè)備D和J組成的piconet中盡管設(shè)備D支持AFH，但因?yàn)樵O(shè)備J不支持AFH，所以在此piconet D中也無法使用AFH。在F與H組成的piconet中也是類似的情況。
而Piconet M使用無連接從設(shè)備廣播（Connectionless Peripheral Broadcast）物理鏈路，通過自適應(yīng)物理信道，從設(shè)備M向多個(gè)接收設(shè)備（包括E和N）發(fā)送配置文件廣播數(shù)據(jù)（Profile Broadcast Data）。
設(shè)備K處于與其他設(shè)備相同的物理范圍內(nèi)，但目前不屬于任何piconet。它提供服務(wù)給其他藍(lán)牙設(shè)備，并正在其查詢掃描物理信道（inquiry scan physical channel）上監(jiān)聽，等待來自其他設(shè)備的查詢請求。
設(shè)備L也處于與其他設(shè)備相同的物理范圍內(nèi)，目前也不屬于任何piconet。它正在其同步掃描物理信道（synchronization scan physical channel）上監(jiān)聽，等待來自其他設(shè)備的同步訓(xùn)練信號。
上圖中黑色無箭頭實(shí)線代表物理鏈路，中心設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)外設(shè)之間會(huì)形成一個(gè)物理鏈路。但查詢掃描和尋呼掃描物理信道除外，它們沒有相關(guān)的物理鏈路，例如K和L。物理鏈路在中心和外設(shè)之間提供雙向數(shù)據(jù)包傳輸。但對于圖中M而言，與N之間通過有箭頭的實(shí)線相連，屬于無連接外設(shè)廣播物理鏈路，在這種情況下，物理鏈路提供從中心到數(shù)量可能不受限制的外設(shè)之間的單向數(shù)據(jù)包傳輸。
由于一個(gè)物理通道可能包括多個(gè)外設(shè)，因此對哪些設(shè)備可以組成物理鏈路有一定的限制。每個(gè)外設(shè)和中心之間都有一個(gè)物理鏈路。在 piconet 中，外設(shè)之間不會(huì)直接形成物理鏈路。
藍(lán)牙設(shè)備可以同時(shí)參與兩個(gè)或多個(gè)piconet，其方式也是基于時(shí)分的方式。在BR/EDR模式下，由于piconet是通過同步到中心設(shè)備的藍(lán)牙時(shí)鐘來定義的，因此一個(gè)設(shè)備不可能同時(shí)作為兩個(gè)或多個(gè)piconet的中心設(shè)備。然而，藍(lán)牙設(shè)備可以作為多個(gè)獨(dú)立piconet的從設(shè)備。
Piconet 中的設(shè)備使用的基本跳頻模式是對ISM（工科醫(yī)）頻段中相隔1MHz的79個(gè)信道進(jìn)行偽隨機(jī)排序；特定的跳頻模式，由藍(lán)牙地址和中央處理器時(shí)鐘中的某些字段通過算法確定。為了排除干擾設(shè)備使用的部分頻率，跳頻模式可根據(jù)每個(gè)外設(shè)進(jìn)行調(diào)整。自適應(yīng)的跳頻技術(shù)改善了藍(lán)牙與靜態(tài)（非跳頻）ISM系統(tǒng)在共址時(shí)的相互干擾。
物理信道在時(shí)間上又被細(xì)分為時(shí)隙。數(shù)據(jù)在藍(lán)牙設(shè)備之間以數(shù)據(jù)包的形式傳輸，數(shù)據(jù)包被放置在這些時(shí)隙中。在條件允許的情況下，可為單個(gè)數(shù)據(jù)包分配多個(gè)連續(xù)的時(shí)隙。在傳輸或接收數(shù)據(jù)包期間可能會(huì)發(fā)生跳頻。通過使用時(shí)分雙工（TDD）實(shí)現(xiàn)全雙工的傳輸效果。
02、LE的Piconet
再來看LE的Piconet拓?fù)洌缦聢D示例。
LE的piconet由兩個(gè)設(shè)備組成。例如上圖中，設(shè)備A作為兩個(gè)piconet的中心設(shè)備，設(shè)備B和C分別作為相應(yīng)的從設(shè)備（Peripheral）。與 BR/EDR 的從設(shè)備不同，LE從設(shè)備不會(huì)共享同一個(gè)piconet或中心設(shè)備的公共物理信道。每個(gè)從設(shè)備都會(huì)在獨(dú)立的物理信道上與中心設(shè)備通信。
再來看設(shè)備K，注意箭頭的方向，它既是一個(gè)piconet的中心設(shè)備，例如L作為從設(shè)備，同時(shí)也是另一個(gè)piconet的從設(shè)備，例如設(shè)備M作為中心設(shè)備。所以我們說它處于一個(gè)scatternet中，這里又出現(xiàn)了一個(gè)術(shù)語：
Scatternet：Two or more piconets that have one or more devices in common. 兩個(gè)或多個(gè)piconet共享一個(gè)或多個(gè)共同設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。
一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備如果同時(shí)屬于兩個(gè)或多個(gè)piconet，則稱其參與了一個(gè)scatternet。雖然在LE的拓?fù)渲刑岬搅藄catternet，但它同樣適用于BR/EDR。參與scatternet并不一定意味著該藍(lán)牙設(shè)備具備任何網(wǎng)絡(luò)路由能力或功能。藍(lán)牙核心協(xié)議并不提供、也不旨在提供此類功能，網(wǎng)絡(luò)路由的實(shí)現(xiàn)由更高層協(xié)議負(fù)責(zé)，并不在藍(lán)牙規(guī)范的范圍之內(nèi)。
設(shè)備O也處于一個(gè)scatternet中，它是兩個(gè)piconet P和Q的從設(shè)備。在上圖中，實(shí)線箭頭表示從中心設(shè)備到從設(shè)備的通信方向。而同時(shí)，O與R之間有虛線箭頭相連，表示連接初始化，箭頭方向指向使用可連接廣播事件（connectable advertising event）進(jìn)行廣播的設(shè)備；正在廣播的設(shè)備R用星號標(biāo)注。設(shè)備D也作為廣播設(shè)備（advertiser），設(shè)備A作為連接發(fā)起設(shè)備（initiator）。
注意，又出現(xiàn)了兩個(gè)重要的藍(lán)牙LE的術(shù)語，Advertiser和Initiator。
Advertiser：A Bluetooth Low Energy device that broadcasts advertising packets during advertising events on advertising channels。廣播/廣告設(shè)備：在廣播信道上，通過廣播事件發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包的藍(lán)牙LE設(shè)備。
Advertising event：?A series of between one and three advertising packets on different advertising physical channels sent by an advertiser. ?廣播事件：由廣播設(shè)備在不同的廣播物理信道上發(fā)送的一個(gè)至三個(gè)廣播數(shù)據(jù)包組成的一系列傳輸。
Advertising Packet：?A packet containing an advertising PDU.?廣播數(shù)據(jù)包：包含廣播 PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）的數(shù)據(jù)包。
Initiator：From the perspective of an advertising bearer, a Bluetooth Low Energy device that listens on advertising physical channels for connectable advertising events to form connections. From the perspective of Channel Sounding, the device that transmits first within a Channel Sounding step.
連接發(fā)起設(shè)備（Initiator）：
從廣播承載的角度來看：指在廣播物理信道上監(jiān)聽可連接廣播事件并嘗試建立連接的藍(lán)牙BLE設(shè)備。從信道探測（Channel Sounding）的角度來看：指在信道探測步驟中首先發(fā)送信號的設(shè)備。
所以根據(jù)上圖，設(shè)備A、O、N都是連接發(fā)起設(shè)備（Initiator）；設(shè)備C、D、H、R、K是廣播/廣告設(shè)備（Advertiser）。例如：設(shè)備 D 在廣播物理信道上使用可連接廣播事件進(jìn)行廣播，而設(shè)備A作為連接發(fā)起設(shè)備，可以與設(shè)備D建立連接，從而形成一個(gè)新的piconet。設(shè)備C也在廣播物理信道上進(jìn)行廣播，使用的是任何類型的廣播事件，并被設(shè)備E作為掃描設(shè)備捕獲。設(shè)備C和D可能使用不同的廣播物理信道或不同的時(shí)序來避免碰撞。注意：設(shè)備E和設(shè)備I、J沒有連接線，因?yàn)樗鼈冋趶V播物理信道上接收廣播數(shù)據(jù)包，但還沒有連接或者無意連接到廣播設(shè)備，它們被稱為掃描設(shè)備（scanner）。Scanner：A Bluetooth Low Energy device that listens for advertising events on the advertising physical channels.掃描設(shè)備（Scanner）：?指在廣播物理信道上監(jiān)聽廣播事件的藍(lán)牙LE設(shè)備。
LE的物理信道也被細(xì)分為時(shí)間單位，稱為事件events。數(shù)據(jù)在LE設(shè)備之間以數(shù)據(jù)包的形式傳輸，數(shù)據(jù)包被放置在這些事件中。事件的類型非常多，其中6.0版本新增的Channel Sounding事件，也是其中之一。
（未完待續(xù)）
