3.0 BLE使用指南

Mynewt系统提供了世界上第一个完全开源的蓝牙低功耗（BLE）或蓝牙智能栈，完全兼容蓝牙5规范，支持蓝牙mesh网络，项目叫做NimBLE。

BLE技术运行在大多数国家都可以使用的2.4到2.485GHz，这是一个免授权的工业、科学和医学（ISM）频段。它使用扩频、跳频、全双工信号。BLE FHSS拥有40个2MHz带宽的信道，以确保远距离的可靠性。它支持0dBm（1mW）功率输出，可以达到50米的最大距离。基于蓝牙5规范，距离可以增加4倍，速度可以提升2倍。

注意：BLE与标准蓝牙并不兼容。

NimBLE特性

NimBLE遵循蓝牙5.0核心规范，这将使它成为物联网（IoT）的理想无线技术。

  • LE广播扩展
  • 2Msym/s的物理层，支持更大的吞吐量
  • 支持低功耗远距离的编码物理层
  • 高负载循环非连接广播（High Duty Cycle Non-Connectable Advertising）
  • 通道选择算法#2，以最高效方式利用信道
  • LE Privacy 1.2支持频繁更改设备地址，防止外部人员跟踪
  • LE安全连接特性，FIPS兼容算法
  • LE数据长度扩展，支持更高吞吐量
  • 即将添加：为蓝牙设备分配互联网协议（IP）地址（兼容IPv6或6LoWPAN标准），支持Internel Protocol Support Profile（IPSP）

蓝牙5.0向后兼容之前的蓝牙版本4.2，同样在Apache Mynewt系统中支持。

蓝牙Mesh特性

蓝牙Mesh是一个对蓝牙协议的一个很好的补充，它为物联网互联空间提供了更大的可能性。NimBLE完整支持以下蓝牙Mesh特性：

  • 广播和GATT持票人（bearers）
  • PB-GATT和PB-ADV供应
  • 基础模型（服务器角色）
  • 转播支持（Relay）
  • GATT代理

组件

一个低功耗蓝牙协议栈（包含NimBLE）包含两个组件，每个组件又包含一些子组件。

  • 控制器（Controller）
    • 物理层，自适应跳频GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying，高斯频移键控），使用40个射频通道（0-39），2MHz信道间隔。
    • 链路层，包含五种状态（待机状态、广播状态、扫描状态、初始化状态、连接状态）。
  • 主机（Host）
    • 逻辑链路控制和自适应协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP），提供叫做L2CAP的逻辑通道，复用一个或多个逻辑链接，提供数据包分割与重组，流控制、错误控制、数据流、QoS等。
    • 安全性管理器（SM），使用安全管理协议（Security Manager Protocol, SMP）进行配对和特定密钥分配，以确保无线电通信安全。
    • 属性协议（Attribute Protocol，ATT），允许设备（Server，服务器）向其他设备（Client，客户端）公开一些称为属性的数据。
    • 通用属性配置文件（GATT），使用ATT协议进行封装为特征或服务的属性的交换框架。
    • 通用访问配置文件（GAP），所有蓝牙设备都实现的基本配置。在BLE中，定义了物理层，链路层，L2CAP，安全管理器，属性协议（ATT）和通用配置文件（GATT）。
    • 主机控制接口（HCI），主机与控制器之间的接口，软件API或硬件接口如SPI、UART、USB。

NimBLE项目

Mynewt包含了两个内建项目，允许用户尝试NimBLE。

  • btshell，一个简单的shell应用，提供了最初的BLE协议栈接口
  • bleprph，一个基础的外设，无用户接口。启动后自动广播，一旦连接中止，它将继续广播，最多支持一个连接。
  • blemesh，使用蓝牙mesh节点的on/off模型的简单应用。