Texas Instruments 系列：CC2650 系列 (低功耗蓝牙)_（2）.低功耗蓝牙技术基础.docxVIP

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低功耗蓝牙技术基础

1.低功耗蓝牙概述

低功耗蓝牙（BluetoothLowEnergy,BLE）是一种用于构建短距离无线连接的无线技术，旨在提供低功耗、低成本的解决方案。BLE与经典蓝牙（ClassicBluetooth）不同，它主要应用于传感器网络、健康医疗设备、智能家居、可穿戴设备等领域，这些应用通常需要长时间运行而功耗非常低。

1.1BLE的主要特点

低功耗：BLE设备在连接状态下的功耗远低于经典蓝牙设备，使得电池寿命更长。

低延迟：BLE设备可以快速进入和退出连接状态，减少了数据传输的等待时间。

小数据量传输：BLE适合传输小数据量，如传感器数据、状态信息等。

多连接：一个BLE中央设备可以同时连接多个外围设备。

安全性：BLE支持多种安全措施，如数据加密、身份验证等，保证数据传输的安全性。

1.2BLE的应用场景

健康医疗：心率监测器、血压计、血糖仪等。

智能家居：智能灯泡、温湿度传感器、门锁等。

可穿戴设备：智能手表、健康手环等。

工业自动化：环境监测传感器、设备状态监控等。

消费电子：遥控器、键盘、鼠标等。

2.BLE协议栈

BLE协议栈分为多个层次，每个层次负责不同的功能。了解协议栈的结构有助于更好地设计和调试BLE应用。

2.1物理层（PhysicalLayer）

物理层负责定义无线电的频率、调制方式、数据速率等。BLE使用2.4GHzISM频段，共有40个频道，其中3个广播频道，37个数据频道。

2.2链路层（LinkLayer）

链路层负责设备之间的连接和数据传输。它包括以下主要功能：

广播：设备通过广播频道发送广告数据，用于发现和连接。

连接：中央设备与外围设备建立连接。

数据包处理：处理数据包的发送和接收。

2.3逻辑链路控制与适配协议（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol,L2CAP）

L2CAP层负责数据包的分段和重组，以及多路复用。它提供了一个通用的数据传输接口，使得上层协议可以更方便地使用BLE。

2.4属性协议（AttributeProtocol,ATT）

属性协议定义了如何访问设备的属性，如服务、特征等。它使用GATT（GenericAttributeProfile）协议来实现。

2.5通用访问配置文件（GenericAccessProfile,GAP）

GAP层定义了设备如何被发现和连接，以及设备的角色和行为。它包括以下主要角色：

广播者（Broadcaster）：仅发送广播数据，不接收数据。

观察者（Observer）：仅接收广播数据，不发送数据。

中心设备（Central）：可以连接多个外围设备，发起连接请求。

外围设备（Peripheral）：可以被中心设备连接，响应连接请求。

2.6通用属性配置文件（GenericAttributeProfile,GATT）

GATT层定义了如何通过属性协议访问设备的属性。它包括以下主要概念：

服务（Service）：一组相关的特征，用于表示设备提供的功能。

特征（Characteristic）：服务中的具体数据项，可以读取、写入或通知。

描述符（Descriptor）：用于描述特征的附加信息，如单位、格式等。

2.7安全管理器协议（SecurityManagerProtocol,SMP）

SMP层负责设备之间的安全连接，包括密钥交换、数据加密、身份验证等。

3.BLE设备角色

BLE设备在通信中可以担任不同的角色，这些角色决定了设备的功能和行为。

3.1广播者（Broadcaster）

广播者设备仅发送广播数据，不接收数据。它们通常用于广告设备的存在或状态信息。例如，一个心率监测器可以作为广播者，发送心率数据。

3.2观察者（Observer）

观察者设备仅接收广播数据，不发送数据。它们通常用于扫描周围的设备并收集信息。例如，一个手机应用可以作为观察者，扫描并显示周围的心率监测器。

3.3中心设备（Central）

中心设备可以连接多个外围设备，发起连接请求。它们通常用于管理多个设备的连接和数据传输。例如，一个健身追踪应用可以作为中心设备，连接多个心率监测器和运动传感器。

3.4外围设备（Peripheral）

外围设备可以被中心设备连接，响应连接请求。它们通常用于提供数据和服务。例如，一个智能手环可以作为外围设备，被手机应用连接并传输运动数据。

4.BLE服务和特征

4.1服务（Service）

服务是一组相关的特征，用于表示设备提供的功能。每个服务都有一个唯一的UUID（UniversallyUnique