Core_v4.2_低功耗蓝牙_链路层规范_空中接口报文

 

Core_v4.2_低功耗蓝牙_链路层规范_空中接口报文

 

 

文件版本说明

版本	撰写日期	内容	做者
V1.0.0	2018.07.02	初次整理11	黄俊嘉

 

 

第二章 空中接口报文(Air Interface Packetcs)

 

本章介绍低功耗蓝牙再空中发送的数据包格式。基于蓝牙规范core_v4.2.pdf。

2.1 报文格式

低功耗蓝牙规范中，有两类报文：广播报文和数据报文。

（1）设备利用广播报文发现、链接其它设备。一旦链接创建以后，则开始使用数据报文。

（2）低功耗蓝牙规定了3个广播信道(37,38,39)和37个数据信道(0~36)。

 

不管是广播报文仍是数据报文，链路层只使用一种数据包格式：

注：报文是一比特一比特传输的，且从最低位开始。

1字节的前导，4字节的接入地址，2~257本身的的协议数据单元PDU，3本身的CRC检验。

 

2.1.1 Preamble前导

报文前导是最开始的8位数据。接收机能够用它来：

（1）perform frequency synchronization -- 肯定"0"、"1"比特所使用的频率

（2）symbol timing estimation -- 时序估计

（3）Automatic Gain Control (AGC) training -- 配置自动增益控制

广播信道报文前导：10101010b。数据信道报文前导依赖Access Address 的最低bit，1-- 01010101b，0 -- 10101010b。

 

2.1.2 Access Address接入地址

（1）什么是接入地址？

 

（2）广播信道报文的接入地址

全部广播信道报文的接入地址为：10001110100010011011111011010110b (0x8E89BED6)

 

（3）数据信道报文接入地址

每一个两个设备的链路层链接之间数据信道报文接入地址是不相同的。处于初始化状态的设备，并按照定链接请求定义。

数据信道报文接入地址为：32bits随机数，有以下限制：

1. 不能出现6个连续的"0"或"1"；
2. 不等于0x8E89BED6；
3. 与"0x8E89BED6"不能只有一位不一样；
4. 4个字节不能相等；
5. 不能有超过24次比特翻转；
6. 最后6比特至少有2次比特翻转。

   符合规则的大概有231个。

    

   2.1.3 PDU协议数据单元

   PDU有广播的报文和数据信道的报文两种。后边有详细介绍。

   2.1.4 CRC

   CRC为3字节，计算PDU的校验值。后边有详细介绍。

    

   2.2 RFU(预留)

   2.3 广播信道报文

   仅发生在广播信道上的数据交互协议报文。报文整体格式以下：

   Advertising channel PDU header:

   PDU Type:

   PDUType(b3 b2 b1 b0)	PackeName
   0000	ADV_IND
   0001	ADV_DIRECT_IND
   0010	ADV_NONCONN_IND
   0011	SCAN_REQ
   0100	SCAN_RSP
   0101	CONNECT_REQ
   0110	ADV_SACN_IND
   0111-1111	Reserved

       RFU : 保留

       TxAdd : 发送地址类型

       RxAdd : 接收地址类型

       长度 ：6~37字节

    

   2.3.1 Advertising PDUs(广播报文)

   广播报文有如下4种：

   （1）ADV_IND ：可链接的无定向广播事件。

   （2）ADV_DIRECT_IND: connectable directed advertising event

   （3）ADV_NONCONN_IND: non-connectable undirected advertising event

   （4）ADV_SCAN_IND: scannable undirected advertising event。

   这些PUDs的数据流向为 advertiser->scanner/initiator。

    

   2.3.1.1 ADV_IND PUD

   可链接非定向广播。Payload包含广播地址和广播数据。主要代表本身是能够被链接的，其余设备能够经过扫描获取。

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：根据应用不一样具体设计(0~31字节)。

    

   2.3.1.2 ADV_DIRECT_IND PDU

   可链接定向广播事件。Payload包含广播地址和接收地址。用于向特定设备创建链接的数据包。

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址；TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   发起者地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址，RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   Note: This packet does not contain any Host data

    

   2.3.1.3 ADV_NONCONN_IND

   不可链接非定向广播事件，仅用于广播信息，其余设备扫描接收。

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：广播信息。

    

   2.3.1.4 ADV_SCAN_IND

   可扫描的非定向广播事件。

   注: ADV_DISCOVER_IND was renamed to ADV_SCAN_IND

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：广播信息。

    

   2.3.2 Scanning PDUs（扫描报文）

   扫描报文有两种报文：

   （1）SCAN_REQ: sent by the Link Layer in the Scanning State, received by a Link Layer in the Advertising State

   （2）SCAN_RSP: sent by the Link Layer in the Advertising State, received by a Link Layer in the Scanning State

   这两个报文都是用在链接过程当中请求广播者获取信息的。有发起链接发出SCAN_REQ，广播者SCAN_RSP。

   2.3.2.1 SCAN_REQ 扫描请求

   SCAN_REQ报文包含请求方的地址和指定回应方的地址。用于创建链接是请求获取被链接方的设备信息。

   扫描地址字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。

   广播地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   Note: This packet does not contain any Host Data.

    

   2.3.2.1 SCAN_RSP扫描回应

   该报包含发送地址和接收地址+回应数据。即ScanRspData包含回应数据。

   广播者字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。

   RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   回应数据字段：?????，数据是怎么样的，ScanA怎么接收判断是本身想要的数据。

    

   2.3.3 Initiating PDUs（发起链接报文）

   发起者发起链接的报文有1个：

   CONNECT_REQ ：This PDU is sent by the Link Layer in the Initiating State and received by the Link Layer in the Advertising State.

    

   2.3.3.1 CONNECT_REQ链接请求报文

   该报文由(Initiating State)发起链接端的发出，Advertising State端接收。格式以下：

   包含有请求端地址InitA、接收端地址AdvA、数据域LLDate。

   地址InitA：TxAdd = 0，InitA地址公共地址。TxAdd = 1，InitA地址随机地址。

   地址AdvA：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   LLData数据定义以下：

   LLDate的10个字段：

   字段	描述
   Access Address	接入地址
   CRC校验	详细Section 3.1.1
   窗口长度	transmitWindowSize=WinSize*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
   窗口偏移	transmitWindowOffset=WinOffset*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
   链接间隔	connInterval = Interval * 1.25 ms，详细Section 4.5.1
   从机延时	connSlaveLatency = Latency，详细Section 4.5.1。
   链接超时	connSupervisionTimeout = Timeout * 10 ms，详细Section 4.5.2。
   ChM	信道地图映射，标记信道是否已经使用，每个信道由1个位表示一个信道index。 详细Section 1.4.1。 LSB在前，数据信道0~36(37~39预留)，值0表示没有被使用，值为1表示信道已经使用。
   Hop	hopIncrement和ChM来决定数据传输过程当中的跳频算法。Section 4.5.8.2定义有跳频算法。
   SCA	睡眠时钟精度，参照表2.2设置。

    

   2.4 数据信道报文

   数据信道的PUD有一个16bit的头部，一个长度可变的payload，还可能包含一个32bit的数据完整性检查MIC。格式以下：

7. 头部

   头部格式以下：

   Header
   LLID (2bits)	NESN (1bits)	SN (1bits)	MD (1bits)	保留 (3bits)	Length (8bits)

   字段以下：

   Field name	Description
   LLID	标志该报文类型：LL Data PDU or an LL Control PDU. 00b = Reserved(保留) 01b = LL Data PDU: Continuation fragment of an L2CAP message, or an Empty PDU. 10b = LL Data PDU: Start of an L2CAP message or a complete L2CAP message with no fragmentation. 11b = LL Control PDU
   NESN	Next Expected Sequence Number，下一个序列号，参考Section 4.5.9
   SN	Sequence Number序列号，参考Section 4.5.9
   MD	More Data，参考Section 4.5.6
   Length	数据长度：Payload + MIC，范围0~255字节。

   注意：MIC字段出如今：（1）加密的链路层链接中；（2）payload为0的数据信道PDU的加密链路层链接中。计算参考 [Vol. 6] Part E, Section 1。

   由头部的LLID决定Payload的数据格式。

   2.4.1 LL Data PDU

   头部LLID字段为01b or 10b时，使用来发送L2CAP数据。

   当LLID=01b，lenght=00000000b时，是一个空报文。主链路层能够发送空报文给从机，从机响应任意数据信道报文(包含空报文)。

   当LLID=11b时，lenght不能为00000000b，发送有数据的L2CAP数据。

   2.4.2 LL Control PDU

   头部LLID字段为11b时，表示这个数据包是用于控制、管理LL链接的LL control PDU。报文格式以下：

   控制报文数据lenght不能为0，全部控制报文都有数据域。

   其中Opcode指示控制&管理packet的类型，包括：

   Opcode	Control PDU Name
   0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C	LL_CONNECTION_UPDATE_REQ LL_CHANNEL_MAP_REQ LL_TERMINATE_IND LL_ENC_REQ LL_ENC_RSP LL_START_ENC_REQ LL_START_ENC_RSP LL_UNKNOWN_RSP LL_FEATURE_REQ LL_FEATURE_RSP LL_PAUSE_ENC_REQ LL_PAUSE_ENC_RSP LL_VERSION_IND
   0x0D 0x0E 0x0F 0x10 0x11 0x12 0x13 0x14 0x15 0x16-0xFF	LL_REJECT_IND LL_SLAVE_FEATURE_REQ LL_CONNECTION_PARAM_REQ LL_CONNECTION_PARAM_RSP LL_REJECT_IND_EXT LL_PING_REQ LL_PING_RSP LL_LENGTH_REQ LL_LENGTH_RSP Reserved for Future Use
   Opcode	Control PDU Name

    

   若是未使用LL Data PDU报文或者不支持，接收到LL Data PDU报文将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。

   若是接收到无效的Opcode,将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。

    

   2.4.2.1 LL_CONNECTION_UPDATE_REQ

   控制数据域格式以下：

8. WinSize 设置transmitWindowSize 值：transmitWindowSize = WinSize * 1.25 ms。

    

    

    

    

    

   ......(未完待续)