viewtool 发表于 2017-12-6 11:47:40

一分钟读懂低功耗蓝牙连接数据包

一分钟读懂低功耗蓝牙(BLE)连接数据包

1.概述
   BLE 连接过程中有三个重要的数据包:SCAN_REQ, SCAN_RSP 和 CONNECT_REQ。
   SCAN_REQ: 扫描请求,由主设备(MASTER DEVICE)向从设备(SLAVE DEVICE)发出,目的是为了获得从设备的响应以得到更多的从设备
            广播数据信息(包括设备名字,或者服务UUID,及其它如厂家特定格式的信息(如硬件版本,软件版本号,设备系列号等等)
   SCAN_RSP:从设备对就主设备发起的SCAN_REQ的响应,作为广播包的补充,从设备可以给主设备更多的广播数据,比如说,有些设备在广播
            包里面没有设备名字,这个时候就可以把设备名字放在这个包里面发给主设备
   CONNECT_REQ:主设备向从设备发出连接请求。至此连接建立完成(从设备不会响应这个请求),如果从设备没有连接上面的问题的话,以后
            主从双方会开始相互交换有效数据(基于GAP,GATT及SMP协议)或者交换空包。
   以下对这三个数据包进行详细解读

2.关键字:Hollong BLE 侦听仪,低功耗蓝牙嗅探器, BLE 分析仪,BLE 数据抓取
Keyword: Hollong BLE Sniffer, BLE Data Analyzer,BLE Capture

3.抓取连接数据包的准备工作
* 硬件:一个BLE设备(从设备)及对应的主设备(如智能手机里面的相关应用程序,或者通用BLE 工具软件);
         一台HOLLONG BLE SNIFFER (Hollong BLE 侦听仪)
* 软件:Hollong 蓝牙4.0/4.1 BLE协议监控分析仪 软件
      下载链接:
      http://www.viewtool.com/index.ph ... hollong-4-0-4-1-ble

4. SCAN_REQ 包
   1)完整包
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110312lf1052vrr0023g5n.png
2) 存取地址 (Access Address)   对于广播包,这是一个固定长度(4个字节)及固定内容(0x8e89bed6)的主从设备识别广播包的存取地址。
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102586bgd9dos4hg0hof6.png
3)头信息 (Header Info)   固定为2个字节:分解为16个位来使用
   位:P广播包(PDU) 类型,总共有6个类型:

      PDU Type
      b3b2b1b0 Packet Name
      0000 ADV_IND: 可连接通用连接广播
      0001 ADV_DIRECT_IND:可连接定向连接(指定设备)广播
      0010 ADV_NONCONN_IND:不可连接通用广播
      0011 SCAN_REQ:扫描请求
      0100 SCAN_RSP:扫描响应
      0101 CONNECT_REQ:连接请求
      0110 ADV_SCAN_IND:可扫描通用广播
      0111-1111 Reserved

   位:保留
   位:RxAdd
   位:TxAdd
   位:广播数据长度 (最大为37 字节)
   位:保留
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110301dgcspcgku0qkmkd2.png
4) 主设备地址
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110302b97nb0nuub7z334c.png
5)从设备地址
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110303egu0nz7egezyekxc.png
6)CRC
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110259qoqmf0dnafp7znl5.png
4. SCAN_RSP 包
    1)存取地址
          定义同上
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/125433298sxz89sg88g8b9.png
2)头信息
          定义同上
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1254347ddyfkdm767kx778.png
3)从设备地址
         固定6个字节的从设备地址(MAC ADDRESS)
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110311yopooqpaxy2yqqht.png

    4)响应数据(广播数据)
      格式同广播数据格式(详见文“1分钟读懂低功耗蓝牙广播数据”), 在这个包里面,数据为0(没有数据)
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110308xxxmzvxualay4uxo.png
    5)CRC
    固定为3个字节
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110307vsgktjd5ga8daydd.png

5. CONNECT_REQ 包
   1)存取地址
      固定4个字节和内容(0x8e89bed6)的存取地址,BLE 芯片使用这个固定的地址作为广播通道的BLE数据接收。
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110239gbgljnh7jwmw1bff.png

    2)头信息
      二个字节的头信息(解析格式同上)
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102465tfasifnjnl03l0c.png

    3)主设备地址
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110250yvwv7ibpwvbnn9f7.png

   4)从设备地址
    http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110251rbpsbz15iqzlsju0.png

   5)存取地址
          在此指定连接后使用的存取地址(BLE 数据通道),这个地址是由内部指定的非确定的4个字节长度的地址,不像广播数据通道使用固定内容的存取地址。
       http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110245pt2pm9rr2928w9o5.png

   6)CRC INIT
          初始化的CRC 值,以后被使用于数据CRC 校验
   http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110243t2sthstt4s242f22.png

   7)窗口时间 (Win Size)
         http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102550s46yi8ywzy8pd6i.png

   8) 窗口偏移
         http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110254qi49i9zcdvznbsce.png

   9)数据间隔时间 (CONNECTION INTERVAL)
          发送两个数据包(或者空包)的间隔时间。
          计算公式为:24 (0x18) * 1.25ms = 30ms, 在抓取的数据包中可以看到,每两个包之间的间隔是30MS。 下载此数据包需要注册。
         http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102423kcjlqelkpr3x2kl.png

      10)时延(Latency)
       http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110249rt8edgu00o8gpyrc.png
   
       11) 中断连接最大时延(TIME OUT)
          当主从双方有一方在大于此时间后没有接收到任何数据包或者空包,则由连接状态转为非连接状态(主设备可以重新开始
扫描, 从设备也可以重新开始广播,具体做什么由应用程序决定)。
          计算方法: 最大时延 = TIME_OUT * 10MS, 在此为:72 (0X48) * 10 = 720 MS, 也就是说,如果双方在0.72秒期间没有收到任何数据包或者空包,则视为连接中断,由连接状态转为非连接状态,开始做应用程序要求做的事情。
       http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110253eepmzr55fuszsseu.png

       12)跳频通道图(CHANNEL MAP)
         这个跳频图是由BLE 芯片根据周围环境中可以使用的BLE 通道而制定出来,根据扫描测试的环境不同(指被占用的频谱资源不同)而不同,当这个图(表)通过CONNECT_REQ 包发送给从设备后,主从双方都会根据这个图来同步跳频(HOPPING),低功耗蓝牙设备通过这个方法能够有效避开拥堵的频道,使用比较“干净”,无(少)干扰的频道来交换数据,从而大幅提升传输数据的稳定可靠性。
      http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110241owv3roo36eolmr63.png
       由于这个是在比较干净(周围几乎没有任何BLE 设备或者其它工作在2.4G频段,类似频道的强信号设备)的环境下面工作的主从设备,所以可以看出,它使用了所有频道(除了广播专用频道37,38,39)作为跳频图。
   
      13) HOP 及CLOCK
       0xAF (10101111)
       HOP: 10101
  CLOCK: 111 => 对应晶体精度 为0-20PPm
       一个字节的前5个位指定HOP(跳频)算法中需要的数据(HOPINCREMENT),另外三个位指定晶体的精度等级(可以有多少PPM的误差)
       SCA masterSCA, 三个位对应的晶体精度等级如下:       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
      
http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110248xg75riz7ya2an59n.png

   14)CRC
      同上



原文链接:
http://www.viewtool.com/bbs/foru ... e=1&extra=#pid71204
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