一分鐘讀懂低功耗藍牙（BLE)連接數據包

1.概述
   BLE 連接過程中有三個重要的數據包：SCAN_REQ, SCAN_RSP 和 CONNECT_REQ。
   SCAN_REQ： 掃描請求，由主設備．ｍａｓｔｅｒDEVICE）向從設備（SLAVE DEVICE）發出，目的是為了獲得從設備的響應以得到更多的從設備
              廣播數據信息（包括設備名字，或者服務UUID，及其它如廠家特定格式的信息（如硬件版本，軟件版本號，設備系列號等等）
   SCAN_RSP:  從設備對就主設備發起的SCAN_REQ的響應，作為廣播包的補充，從設備可以給主設備更多的廣播數據，比如說，有些設備在廣播
              包里面沒有設備名字，這個時候就可以把設備名字放在這個包里面發給主設備
   CONNECT_REQ：主設備向從設備發出連接請求。至此連接建立完成（從設備不會響應這個請求），如果從設備沒有連接上面的問題的話，以后
              主從雙方會開始相互交換有效數據（基于GAP,GATT及SMP協議）或者交換空包。
   以下對這三個數據包進行詳細解讀

2.關鍵字：Hollong BLE 偵聽儀，低功耗藍牙嗅探器, BLE 分析儀，BLE 數據抓取
  Keyword: Hollong BLE Sniffer, BLE Data Analyzer，BLE Capture

3.抓取連接數據包的準備工作
  * 硬件：一個BLE設備（從設備）及對應的主設備（如智能手機里面的相關應用程序，或者通用BLE 工具軟件）；
           一臺HOLLONG BLE SNIFFER （Hollong BLE 偵聽儀）
  * 軟件：Hollong 藍牙4.0/4.1 BLE協議監控分析儀 軟件
        下載鏈接：
        http://www.viewtool.com/index.ph ... hollong-4-0-4-1-ble

4. SCAN_REQ 包
   1）完整包



  2) 存取地址 （Access Address)   對于廣播包，這是一個固定長度(4個字節）及固定內容（0x8e89bed6)的主從設備識別廣播包的存取地址。


  3)  頭信息 (Header Info)   固定為2個字節：分解為16個位來使用
   位[0:3]：P廣播包（PDU) 類型，總共有6個類型：

        PDU Type
        b3b2b1b0 Packet Name
        0000 ADV_IND： 可連接通用連接廣播
        0001 ADV_DIRECT_IND：可連接定向連接（指定設備）廣播
        0010 ADV_NONCONN_IND：不可連接通用廣播
        0011 SCAN_REQ：掃描請求
        0100 SCAN_RSP：掃描響應
        0101 CONNECT_REQ：連接請求
        0110 ADV_SCAN_IND：可掃描通用廣播
        0111-1111 Reserved

   位[4:5]：保留
   位[6]：RxAdd
   位[7]：TxAdd
   位[8:13]：廣播數據長度 （最大為37 字節）
   位[14:15]：保留

  4) 主設備地址

 

  5）從設備地址


  6）CRC



4. SCAN_RSP 包
    1）存取地址
          定義同上


    2）頭信息
          定義同上


    3）從設備地址
         固定6個字節的從設備地址（MAC ADDRESS)


    4）響應數據（廣播數據）
        格式同廣播數據格式（詳見文“1分鐘讀懂低功耗藍牙廣播數據”）， 在這個包里面，數據為0（沒有數據）

    
    5）CRC
    固定為3個字節


5. CONNECT_REQ 包
     1）存取地址
      固定4個字節和內容（0x8e89bed6)的存取地址，BLE 芯片使用這個固定的地址作為廣播通道的BLE數據接收。


    2）頭信息
      二個字節的頭信息（解析格式同上）


    3）主設備地址
  

     4）從設備地址
    

     5）存取地址
          在此指定連接后使用的存取地址（BLE 數據通道），這個地址是由內部指定的非確定的4個字節長度的地址，不像廣播數據通道使用固定內容的存取地址。
      

     6）CRC INIT
          初始化的CRC 值，以后被使用于數據CRC 校驗
      

     7）窗口時間 （Win Size)
          

     8) 窗口偏移
          

     9）數據間隔時間 （CONNECTION INTERVAL)
          發送兩個數據包（或者空包）的間隔時間。
          計算公式為：24 (0x18) * 1.25ms = 30ms, 在抓取的數據包中可以看到，每兩個包之間的間隔是30MS。 下載此數據包需要注冊。
          

      10）時延（Latency)
          
     
       11) 中斷連接最大時延（TIME OUT)
          當主從雙方有一方在大于此時間后沒有接收到任何數據包或者空包，則由連接狀態轉為非連接狀態（主設備可以重新開始
掃描， 從設備也可以重新開始廣播，具體做什么由應用程序決定）。
          計算方法： 最大時延 = TIME_OUT * 10MS， 在此為：72 （0X48) * 10 = 720 MS， 也就是說，如果雙方在0.72秒期間沒有收到任何數據包或者空包，則視為連接中斷，由連接狀態轉為非連接狀態，開始做應用程序要求做的事情。
          

       12）跳頻通道圖（CHANNEL MAP)
         這個跳頻圖是由BLE 芯片根據周圍環境中可以使用的BLE 通道而制定出來，根據掃描測試的環境不同（指被占用的頻譜資源不同）而不同，當這個圖（表）通過CONNECT_REQ 包發送給從設備后，主從雙方都會根據這個圖來同步跳頻（HOPPING)，低功耗藍牙設備通過這個方法能夠有效避開擁堵的頻道，使用比較“干凈”，無（少）干擾的頻道來交換數據，從而大幅提升傳輸數據的穩定可靠性。
       
       由于這個是在比較干凈（周圍幾乎沒有任何BLE 設備或者其它工作在2.4G頻段，類似頻道的強信號設備）的環境下面工作的主從設備，所以可以看出，它使用了所有頻道（除了廣播專用頻道37,38,39)作為跳頻圖。
     
      13） HOP 及CLOCK
       0xAF (10101111)
       HOP: 10101
  CLOCK: 111 => 對應晶體精度 為0-20PPm  
       一個字節的前5個位指定HOP（跳頻）算法中需要的數據（HOPINCREMENT)，另外三個位指定晶體的精度等級（可以有多少PPM的誤差）
       SCA masterSCA， 三個位對應的晶體精度等級如下：       000： 251 ppm to 500 ppm
       001： 151 ppm to 250 ppm
       010： 101 ppm to 150 ppm
       011： 76 ppm to 100 ppm
       100： 51 ppm to 75 ppm
       101： 31 ppm to 50 ppm 
       110： 21 ppm to 30 ppm
       111： 0 ppm to 20 ppm
       
    

     14）CRC 
      同上