蓝牙广播 连接资料整理 2_window size 蓝牙

3 BLE连接过程

总体流程大致为：发现设备->配对/绑定设备->建立连接->数据通信
具体过程：
主设备(连接过程中实际是一个client）通过扫描到从设备(连接过程中实际是一个server)广播的的数据信息，其中的address作为目标目标蓝牙设备的MAC地址，通过调用连接方法获取设备连接。

3.1 广播间隔：

图中AdvInterval是0.625ms的倍数，在20ms – 10.24s 之间。如果广播类型是非定向扫描事件或者非定向不可连接广播事件，这个值不能100ms。如果广播时间类型是非定向可连接事件，这个值只需大于20ms即可；
AdvDelay是一个随机数，在0ms – 10ms 之间，在每个广播事件中都有，由于设备的时钟会有不同程度的漂移，所以这个随机延时的作用不但能消除设备之间时钟漂移，还能避免相同信道及时间点上的冲突。
广播间隔时序：

3.2 三信道切换时间间隔：

除广播事件之间有时间间隔，广播本身里面有3个信道进行数据传输，在蓝牙协议中规定，两个连续的通用广播之间的时间必须小于等于10ms。
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3.3 扫描与应答

如果广播者接收到Scan_Req，广播者需要在通一信道发送Scan_Rsp， 应答报文的时间一定是150±2us完成。

3.4 建立连接

根据蓝牙spec规定，advertiser发送完一个广播包之后150us（T_IFS），advertiser必须开启一段时间的射频Rx窗口，以接收来自observer的数据包。Observer就可以在这段时间里给advertiser发送连接请求。如下图所示，主机在扫到了从机后，并发出了连接请求CONNECT_REQ。

3.4.1 概念补充

3.4.1.1 锚点

事件开始的点叫做锚点(The start of a connection event iscalled an anchor point)。在连接状态下锚点由从机接收的第一个连接事件报文决定，并决定了将来的锚点。

3.4.1.2 CONNECT_REQ 数据包

主要结构如下。
Access Address + Packet Header + Initator Address(主设备) + Advertising Address(从设备) + Link Layer Data
Link Layer Data 主要结构如下：
Access Address + CRC Init + Window Size + Window Offset + Interval(数据间隔时间) + Latency(时延) + Timeout(中断连接最大时延) + Channel Map(跳频通道图) + HOP及CLOCK + CRC
（1）Transmit window offset 传输窗口偏移的时间，范围：[0, connInterval]
transmitWindowOffset = WinOffset * 1.25 ms
（2）Transmit window size它为传输窗口的时间，范围：[1.25ms,MIN(10ms, connInterval - 1.25 ms)]
transmitWindowSize = WinSize * 1.25 ms
（3）connect_Interval 这个就是传说中的连接间隔时间，范围：[7.5ms,4.0S]
connInterval = Interval * 1.25 ms
（4）Latency 从机潜伏次数
范围：[0, MIN(((connSupervisionTimeout / connInterval) - 1),500)]
（5）timeout 连接超时，范围[100ms – 30s]
如果连接状态下，很长时间都没有连接事件发生，或者连接事件发送总是得不到从机的应答,称为连接超时，
Timeout > (1 + connSlaveLatency) *connInterval超时时间一定要大于此表达式才行

3.4.2具体连接过程

如上图所示，Observer在收到Advertiser的ADV_IND（A1）后，以此为初始锚点(这个锚点不是连接的锚点)，T_IFS后给Advertiser发送一个CONNECT_REQ命令（A2），CONNECT_REQ其实是告诉Advertiser，主机将在Transmit window 期间发送第一个同步包（P1）给你，从机需在这段时间内，奖射频接收窗口打开，从机收到P1后，T_IFS后将给主机回复数据包P2，一旦主机接收到了数据包P2，即认为建立连接成功，后续将以P1为连接锚点，以Connection_Interval周期，周期性给从机发送Packet.
Packet除了充当数据传送功能，它还有如下两个非常重要的功能：

1. 同步连接发起者和设备的时钟，也就是说，设备每收到连接发起者发来的一个包，都会把自己的时序原点重新设置，以跟连接发起者同步。
2. 告诉设备你现在可以传数据给我了。连接成功后，BLE通信将变成主从模式，因此把连接发起者（手机或网关）称为Master或者Central，把被连接者（之前的Advertiser）称为Slave或者Peripheral。BLE通信之所以为主从模式，是因为Slave不能“随性”给Master发信息，它只有等到Master给它发了一个packet后，然后才能把自己的数据回传给Master。

3.4.3 连接后数据交互时序

Connection events
连接成功后，master和slave在每一个connection interval开始的时候，都必须交互一次，即master给slave发一个包，slave再给master发一个包，整个交互过程称为一个connection event。蓝牙芯片只有在connection event期间才把射频模块打开，此时功耗比较高，其余时间蓝牙芯片都是处于idle状态的，因此蓝牙芯片平均功耗就非常低。Master不可能时时刻刻都有数据发给slave，所以master大部分时候都是发的空包（empty packet）给slave。同样slave也不是时时刻刻都有数据给master，因此slave回复给master的包大部分时候也是空包。另外在一个connection event期间，master也可以发多个包给slave，以提高吞吐率。
连接成功后的通信时序图（每个connection event只发一个包）

连接成功后的通信时序图（每个connection event可能发多个包）

Connection event 细节图

Slave latency
在每一个connection interval开始的时候，Master和Slave必须交互一次，哪怕两者之间交互的是empty packet（空包），但如果slave定义了slave latency，比如slave latency = 9，此时slave可以每9个connection interval才回复一次master，也就是说slave可以在前面8个connection interval期间一直睡眠，直到第9个connection interval到来之后，才回复一个packet给master，这样将大大节省slave的功耗，提高电池续航时间。当然如果slave有数据需要上报给master，它也可以不等到第9个connection interval才上报，直接像正常情况进行传输即可，这样既节省了功耗，又提高了数据传输的实时性。

3.4.4 连接失败原因

有如下几种典型的连接失败情况：

1. 如上图所示，如果slave在transmit window期间没有收到master发过来的P1，那么连接将会失败。此时应该排查master那边的问题，看看master为什么没有在约定的时间把P1发出来。
2. 如果master在transmit window期间把P1发出来了，也就是说master按照connect_req约定的时序把P1发出来了，但slave没有把P2回过去，那么连接也会失败。此时应该排查slave这边的问题，看一看slave为什么没有把P2回过去
3. 如果master把P1发出来了，slave也把P2回过去了，此时主机还是报连接失败，这种情况有可能是master软件有问题，需要仔细排查master的软件。
4. 还有一种比较常见的连接失败情况：空中射频干扰太大。此时应该找一个干净的环境，比如屏蔽室，排除干扰后再去测试连接是否正常。