芯耀
721
今天起進入Vol 1的學習。Vol 1最主要的內(nèi)容是關于Architecture。我們先從網(wǎng)絡拓撲入手，了解藍牙設備的工作流程。
01、BR/EDR的Piconet
藍牙中有一個很重要的術語叫做piconet，了解藍牙的拓撲結(jié)構必然要先知道這個術語的涵義。
Piconet：A collection of devices (up to eight devices in BR/EDR, exactly two devices in LE) occupying a shared physical channel where one of the devices is the Piconet Central and the remaining devices are connected to it.
Piconet：被定義為一組設備（在BR/EDR中最多八個設備，在LE中恰好兩個設備）占用一個共享的物理信道，其中一個設備是piconet中心設備，其余外圍設備與它連接。
與Piconet相關聯(lián)的另外兩個術語：
中心設備（Piconet Central）：對于在BR/EDR piconet中的中心設備，其時鐘和設備地址用于定義piconet物理信道的特性。對于LE來說，它是發(fā)起piconet創(chuàng)建的設備，選擇識別piconet的接入地址，并在每個連接事件中首先進行傳輸。
外圍設備（Piconet Peripheral）對于BR/EDR piconet中，任何不是中心設備但與中心設備連接的設備。對于LE來說，是非中心設備但與其通信的設備。
上圖展示了一個藍牙BR/EDR示例拓撲。在典型的操作過程中，一組設備共享一個物理信道，這些設備同步到一個共同的時鐘和跳頻模式。其中一臺設備提供同步基準，也就是上面說的中心設備（Piconet Central），例如A、F、D、M。那么所有外圍設備（Piconet Peripheral）或者從設備，例如B、C、D、E、G、H、J、N，會與中心設備時鐘和跳頻模式同步。以這種方式同步的一組設備組成一個BR/EDR的piconet。這就是藍牙BR/EDR的基本無線通信形式，具體如下：
在 piconet A 中存在兩個物理信道。在藍色區(qū)域內(nèi)的B和C因為不支持自適應頻率跳頻（AFH：adaptive frequency hopping）所以使用基本物理信道。而紅色區(qū)域設備D和E以及設備A都支持AFH，并且A根據(jù)正在通信的從設備，在兩個物理信道上以時分復用（TDM）的方式進行操作。
在設備D和J組成的piconet中盡管設備D支持AFH，但因為設備J不支持AFH，所以在此piconet D中也無法使用AFH。在F與H組成的piconet中也是類似的情況。
而Piconet M使用無連接從設備廣播（Connectionless Peripheral Broadcast）物理鏈路，通過自適應物理信道，從設備M向多個接收設備（包括E和N）發(fā)送配置文件廣播數(shù)據(jù)（Profile Broadcast Data）。
設備K處于與其他設備相同的物理范圍內(nèi)，但目前不屬于任何piconet。它提供服務給其他藍牙設備，并正在其查詢掃描物理信道（inquiry scan physical channel）上監(jiān)聽，等待來自其他設備的查詢請求。
設備L也處于與其他設備相同的物理范圍內(nèi)，目前也不屬于任何piconet。它正在其同步掃描物理信道（synchronization scan physical channel）上監(jiān)聽，等待來自其他設備的同步訓練信號。
上圖中黑色無箭頭實線代表物理鏈路，中心設備和一個或多個外設之間會形成一個物理鏈路。但查詢掃描和尋呼掃描物理信道除外，它們沒有相關的物理鏈路，例如K和L。物理鏈路在中心和外設之間提供雙向數(shù)據(jù)包傳輸。但對于圖中M而言，與N之間通過有箭頭的實線相連，屬于無連接外設廣播物理鏈路，在這種情況下，物理鏈路提供從中心到數(shù)量可能不受限制的外設之間的單向數(shù)據(jù)包傳輸。
由于一個物理通道可能包括多個外設，因此對哪些設備可以組成物理鏈路有一定的限制。每個外設和中心之間都有一個物理鏈路。在 piconet 中，外設之間不會直接形成物理鏈路。
藍牙設備可以同時參與兩個或多個piconet，其方式也是基于時分的方式。在BR/EDR模式下，由于piconet是通過同步到中心設備的藍牙時鐘來定義的，因此一個設備不可能同時作為兩個或多個piconet的中心設備。然而，藍牙設備可以作為多個獨立piconet的從設備。
Piconet 中的設備使用的基本跳頻模式是對ISM（工科醫(yī)）頻段中相隔1MHz的79個信道進行偽隨機排序；特定的跳頻模式，由藍牙地址和中央處理器時鐘中的某些字段通過算法確定。為了排除干擾設備使用的部分頻率，跳頻模式可根據(jù)每個外設進行調(diào)整。自適應的跳頻技術改善了藍牙與靜態(tài)（非跳頻）ISM系統(tǒng)在共址時的相互干擾。
物理信道在時間上又被細分為時隙。數(shù)據(jù)在藍牙設備之間以數(shù)據(jù)包的形式傳輸，數(shù)據(jù)包被放置在這些時隙中。在條件允許的情況下，可為單個數(shù)據(jù)包分配多個連續(xù)的時隙。在傳輸或接收數(shù)據(jù)包期間可能會發(fā)生跳頻。通過使用時分雙工（TDD）實現(xiàn)全雙工的傳輸效果。
02、LE的Piconet
再來看LE的Piconet拓撲，如下圖示例。
LE的piconet由兩個設備組成。例如上圖中，設備A作為兩個piconet的中心設備，設備B和C分別作為相應的從設備（Peripheral）。與 BR/EDR 的從設備不同，LE從設備不會共享同一個piconet或中心設備的公共物理信道。每個從設備都會在獨立的物理信道上與中心設備通信。
再來看設備K，注意箭頭的方向，它既是一個piconet的中心設備，例如L作為從設備，同時也是另一個piconet的從設備，例如設備M作為中心設備。所以我們說它處于一個scatternet中，這里又出現(xiàn)了一個術語：
Scatternet：Two or more piconets that have one or more devices in common. 兩個或多個piconet共享一個或多個共同設備的網(wǎng)絡。
一個藍牙設備如果同時屬于兩個或多個piconet，則稱其參與了一個scatternet。雖然在LE的拓撲中提到了scatternet，但它同樣適用于BR/EDR。參與scatternet并不一定意味著該藍牙設備具備任何網(wǎng)絡路由能力或功能。藍牙核心協(xié)議并不提供、也不旨在提供此類功能，網(wǎng)絡路由的實現(xiàn)由更高層協(xié)議負責，并不在藍牙規(guī)范的范圍之內(nèi)。
設備O也處于一個scatternet中，它是兩個piconet P和Q的從設備。在上圖中，實線箭頭表示從中心設備到從設備的通信方向。而同時，O與R之間有虛線箭頭相連，表示連接初始化，箭頭方向指向使用可連接廣播事件（connectable advertising event）進行廣播的設備；正在廣播的設備R用星號標注。設備D也作為廣播設備（advertiser），設備A作為連接發(fā)起設備（initiator）。
注意，又出現(xiàn)了兩個重要的藍牙LE的術語，Advertiser和Initiator。
Advertiser：A Bluetooth Low Energy device that broadcasts advertising packets during advertising events on advertising channels。廣播/廣告設備：在廣播信道上，通過廣播事件發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包的藍牙LE設備。
Advertising event：?A series of between one and three advertising packets on different advertising physical channels sent by an advertiser. ?廣播事件：由廣播設備在不同的廣播物理信道上發(fā)送的一個至三個廣播數(shù)據(jù)包組成的一系列傳輸。
Advertising Packet：?A packet containing an advertising PDU.?廣播數(shù)據(jù)包：包含廣播 PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）的數(shù)據(jù)包。
Initiator：From the perspective of an advertising bearer, a Bluetooth Low Energy device that listens on advertising physical channels for connectable advertising events to form connections. From the perspective of Channel Sounding, the device that transmits first within a Channel Sounding step.
連接發(fā)起設備（Initiator）：
從廣播承載的角度來看：指在廣播物理信道上監(jiān)聽可連接廣播事件并嘗試建立連接的藍牙BLE設備。從信道探測（Channel Sounding）的角度來看：指在信道探測步驟中首先發(fā)送信號的設備。
所以根據(jù)上圖，設備A、O、N都是連接發(fā)起設備（Initiator）；設備C、D、H、R、K是廣播/廣告設備（Advertiser）。例如：設備 D 在廣播物理信道上使用可連接廣播事件進行廣播，而設備A作為連接發(fā)起設備，可以與設備D建立連接，從而形成一個新的piconet。設備C也在廣播物理信道上進行廣播，使用的是任何類型的廣播事件，并被設備E作為掃描設備捕獲。設備C和D可能使用不同的廣播物理信道或不同的時序來避免碰撞。注意：設備E和設備I、J沒有連接線，因為它們正在廣播物理信道上接收廣播數(shù)據(jù)包，但還沒有連接或者無意連接到廣播設備，它們被稱為掃描設備（scanner）。Scanner：A Bluetooth Low Energy device that listens for advertising events on the advertising physical channels.掃描設備（Scanner）：?指在廣播物理信道上監(jiān)聽廣播事件的藍牙LE設備。
LE的物理信道也被細分為時間單位，稱為事件events。數(shù)據(jù)在LE設備之間以數(shù)據(jù)包的形式傳輸，數(shù)據(jù)包被放置在這些事件中。事件的類型非常多，其中6.0版本新增的Channel Sounding事件，也是其中之一。
（未完待續(xù)）
