¿Qué es la pila de protocolos Bluetooth Low Energy (BLE)?

- Feb 14, 2020-

El protocolo Bluetooth es un tipo de protocolo de comunicación. La pila de protocolos BLE es el código que implementa el protocolo Bluetooth de baja energía. La premisa de la pila de protocolos BLE.

El protocolo Bluetooth actual se divide en dos tipos de tecnología: velocidad básica / velocidad de datos mejorada (BR / EDR) y bajo consumo de energía (LE). Este artículo se centrará en BLE (Bluetooth Low Energy).

 

1. Marco de pila de protocolo de baja energía BLE Bluetooth

 

Para implementar una aplicación BLE, primero necesita un chip que admita la frecuencia de radio BLE, luego también debe proporcionar una pila de protocolos BLE que admita este chip y, finalmente, desarrollar su propia aplicación en la pila de protocolos. Se puede ver que la pila de protocolos BLE es un puente que conecta el chip y la aplicación, y es la clave para realizar toda la aplicación BLE. ¿Qué características contiene la pila de protocolos BLE? En términos simples, la pila de protocolos BLE se usa principalmente para encapsular los datos de su aplicación capa por capa para generar un paquete de datos aéreos que cumpla con el protocolo BLE, es decir, para envolver los datos de la aplicación en una serie de encabezado y cola.

El protocolo Bluetooth especifica dos niveles de protocolos, el protocolo Bluetooth Core y el protocolo de capa de aplicación Bluetooth. El protocolo central Bluetooth se centra en la descripción y especificaciones de la tecnología central Bluetooth. Solo proporciona mecanismos básicos y no le importa cómo usar estos mecanismos. El protocolo de capa de aplicación Bluetooth se basa en el protocolo central de Bluetooth. Defina una variedad de políticas, como FTP, transferencia de archivos, LAN, etc.

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El protocolo Bluetooth Core incluye el controlador BLE y el host BLE. Estas dos partes tienen roles ligeramente diferentes en diferentes tecnologías Bluetooth (BR / EDR, AMP, LE), pero las funciones generales son las mismas. El controlador es responsable de definir las especificaciones específicas del hardware, como RF y banda base, y abstrae los enlaces lógicos para la comunicación (enlace lógico); El host es responsable de una encapsulación más amigable sobre la base de enlaces lógicos. Los detalles de la tecnología Bluetooth se pueden proteger para que la aplicación Bluetooth sea más cómoda de usar.

 

2. Descripción detallada de la capa de protocolo de núcleo de Bluetooth de baja potencia BLE

 

1. Capa física (PHY): la capa PHY se utiliza para especificar la banda de frecuencia inalámbrica, los métodos de modulación y demodulación y los métodos utilizados por BLE. Es una frecuencia de radio GFSK de salto de frecuencia adaptativa de 1Mbps, y funciona en la banda de frecuencia ISM (Industrial, Científica y Médica) de 2.4GHz sin licencia. Si la capa PHY se hace bien o no, determina directamente los indicadores de RF, como el consumo de energía, la sensibilidad y la selectividad de todo el chip BLE.

 

2. Capa de enlace (LL abreviado): la capa LL es el núcleo de toda la pila de protocolos BLE y también la dificultad y el enfoque de la pila de protocolos BLE. La capa LL tiene muchas cosas que hacer, como la cantidad de canales de radiofrecuencia que se seleccionan para la comunicación, cómo identificar paquetes de datos en el aire, cuándo enviar paquetes de datos, cómo garantizar la integridad de los datos, cómo recibir ACK y cómo la retransmisión, y cómo gestionar y controlar el enlace, etc. La capa LL solo es responsable de enviar o recuperar los datos, y cómo analizar los datos se transfiere al GAP o ATT anterior.

3. Interfaz de controlador de host (HCI): HCI es opcional. HCI se usa principalmente cuando dos chips implementan la pila de protocolos BLE para regular el protocolo de comunicación y los comandos de comunicación entre los dos.

4. Perfil de acceso genérico (GAP): GAP es una de las dos formas de analizar la carga útil de la capa LL (paquete de datos efectivo), y es la más simple. GAP simplemente hace algunas especificaciones y definiciones para la carga útil de LL, por lo que las funciones que GAP puede implementar son extremadamente limitadas. GAP se usa actualmente para transmitir, escanear e iniciar conexiones.

5 Control de enlace lógico y protocolo de adaptación (L2CAP): L2CAP encapsula LL una vez. LL solo se preocupa por los datos en sí. L2CAP debe distinguir entre canales encriptados y ordinarios. También gestione el intervalo de conexión.

6. Administrador de seguridad (SM): SMP se utiliza para administrar el cifrado y la seguridad de la conexión BLE. Cómo garantizar la seguridad de la conexión sin afectar la experiencia del usuario, estas son las tareas que SMP debe considerar.

7. Protocolo de atributo (ATT abreviado): en resumen, la capa ATT se usa para definir comandos de usuario y datos de operación de comandos, como leer ciertos datos o escribir ciertos datos. En la pila de protocolos BLE, el desarrollador tiene el mayor contacto con ATT. BLE introduce el concepto de atributo, que se utiliza para describir los datos uno por uno. El atributo no solo define datos, sino que también define los comandos ATT que se pueden usar para estos datos. Por lo tanto, esta capa se llama capa ATT.

8. Perfil de atributo genérico (GATT para abreviar): GATT se utiliza para estandarizar el contenido de los datos en los atributos, y utiliza el concepto de grupo para agrupar y gestionar atributos. Sin GATT, la pila de protocolos BLE puede ejecutarse, pero ocurrirán problemas de interconexión e interoperabilidad. Precisamente debido a GATT y a varios perfiles de aplicación, BLE elimina el dilema de compatibilidad de los protocolos inalámbricos como ZigBee y se convierte en un envío. La mayor cantidad de productos de comunicación inalámbrica 2.4G.