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  • 1- Bluetooth

    任何技术都有应用场景的限制

    传感器负责感知,蓝牙、WIFI等负责通信,嵌入式系统负责控制,那产品的智能则需要后端云、大数据、深度学习等去实现。

    蓝牙技术是一种短距离、低功耗无线传输技术,主要用于解决便携式设备的近距离无线互联,具有功耗小、成本低等优点。

    蓝牙的发展:

     

    低功耗蓝牙BLE(Bluetooth Low Energy)与传统蓝牙BT(Bluetooth)、WIFI相比的优势: 

    (1)它们都工作在2.4GHz的工作频段之间;

    (2)低功耗蓝牙有40个频段,每个频段有2MHz;40个频段又分为3个广播频段和37个链接频段

    (3)广播频段都避开了WIFI使用的频段,避免冲突,所以BLE和WIFI共存性非常好

    BLE电池:只需要一个纽扣电池即可,电压低至2.1V

    BLE的数据吞吐量低至1Mbps

    蓝牙分为经典蓝牙(BR/EDR)和低功耗蓝牙(BLE,单模),二者信号不兼容。同时支持经典蓝牙和低功耗蓝牙叫做双模

    Bluetooth Smart设备 只和 Bluetooth Smart Ready设备进行连接, 而Classic Bluetooth只能跟自己或Bluetooth SMart Ready进行连接

    单模蓝牙Bluetooth Smart适用场景:

    诸如手表bai、运动传感器等这样小型的设备会基于单模蓝牙低功耗。为了实现极低的功耗,硬件和软件上都做了优化。这样的设备只能支持BLE。单模蓝牙芯片往往是一个带有单模蓝牙协议栈的产品,这个协议栈是芯片商免费提供的。

    双模蓝牙Bluetooth Smart Ready适用场景:

    在双模设备中,这两个技术使用同一个射频前端和天线。典型的双模设备有智能手机、平板电脑、PC和Gateway。这些设备可以收到通过BLE或者蓝牙BR/EDR设备发送过来的数据,这些设备往往都有足够的供电能力。双模设备和BLE设备通信的功耗低于双模设备和蓝牙BR/EDR设备通信的功耗。双模解决方案需要一个外部处理器才足以实现蓝牙协议栈。

    BLE协议栈结构:

    蓝牙协议栈是由蓝牙SIG发布的全球统一的蓝牙应用协议规范,是蓝牙应用的基础,主要包括设计准则和互操作准则两部分。

    一般而言,我们把某个协议的实现代码称为协议栈(protocol stack),BLE协议栈就是实现低功耗蓝牙协议的代码,理解和掌握BLE协议是实现BLE协议栈的前提。在深入BLE协议栈各个组成部分之前,我们先看一下BLE协议栈整体架构。

    BLE协议栈是连接芯片和应用的桥梁,是实现整个BLE应用的关键。那BLE协议栈具体包含哪些功能呢?

    简单来说,BLE协议栈主要用来对你的应用数据进行层层封包,以生成一个满足BLE协议的空中数据包,也就是说,把应用数据包裹在一系列的帧头(header)和帧尾(tail)中。具体来说,BLE协议栈主要由如下几部分组成:

    • PHY(Physical layer物理层)。PHY层用来指定BLE所用的无线频段,调制解调方式和方法等。PHY层做得好不好,直接决定整个BLE芯片的功耗,灵敏度以及selectivity等射频指标。
    • LL(Link Layer链路层)。LL层是整个BLE协议栈的核心,也是BLE协议栈的难点和重点。像Nordic的BLE协议栈能同时支持20个link(连接),就是LL层的功劳。LL层要做的事情非常多,比如具体选择哪个射频通道进行通信,怎么识别空中数据包,具体在哪个时间点把数据包发送出去,怎么保证数据的完整性,ACK如何接收,如何进行重传,以及如何对链路进行管理和控制等等。LL层只负责把数据发出去或者收回来,对数据进行怎样的解析则交给上面的GAP或者GATT。
    • HCI(Host controller interface)。HCI是可选的(具体请参考文章: 三种蓝牙架构实现方案(蓝牙协议栈方案)),HCI主要用于2颗芯片实现BLE协议栈的场合,用来规范两者之间的通信协议和通信命令等。
    • GAP(Generic access profile)。GAP是对LL层payload(有效数据包)如何进行解析的两种方式中的一种,而且是最简单的那一种。GAP简单的对LL payload进行一些规范和定义,因此GAP能实现的功能极其有限。GAP目前主要用来进行广播,扫描和发起连接等
    • L2CAP(Logic link control and adaptation protocol)。L2CAP对LL进行了一次简单封装,LL只关心传输的数据本身,L2CAP就要区分是加密通道还是普通通道,同时还要对连接间隔进行管理。
    • SMP(Secure manager protocol)。SMP用来管理BLE连接的加密和安全的,如何保证连接的安全性,同时不影响用户的体验,这些都是SMP要考虑的工作。
    • ATT(Attribute protocol)。简单来说,ATT层用来定义用户命令及命令操作的数据,比如读取某个数据或者写某个数据。BLE协议栈中,开发者接触最多的就是ATT。BLE引入了attribute概念,用来描述一条一条的数据。Attribute除了定义数据,同时定义该数据可以使用的ATT命令,因此这一层被称为ATT层。
    • GATT(Generic attribute profile )。GATT用来规范attribute中的数据内容,并运用group(分组)的概念对attribute进行分类管理。没有GATT,BLE协议栈也能跑,但互联互通就会出问题,也正是因为有了GATT和各种各样的应用profile,BLE摆脱了ZigBee等无线协议的兼容性困境,成了出货量最大的2.4G无线通信产品。

    这是TI的一个软件解决方案:

    https://www.sohu.com/a/338065231_404276

    https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/107462426

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/darren-pty/p/13341670.html
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