BLE中GAP层中广播、扫描、连接等概念在LL层的具体实现

在spec中GAP的章节里对广播、扫描、连接的概念进行了说明。但缺乏具体实现的解释。

Vol 3: Core System Package [Host volume]

Part C: Generic Access Profile

而在LL层章节中则提供了相关GAP相关数据包交互的流程。

Vol 6: Core System Package [Low Energy Controller volume]

Part B: Link Layer Specification

4 Air Interface protocol

为了更好的理解BLE中GAP协议，对LL层相关基本流程进行分析是很有意义的。这里只对GAP中的传统（Legacy）广播、扫描连接进行基本分析。扩展广播和扫描连接在另外章节做分析。为了能更好的从LL层向GAP层过度，这里我们仍采用LL层中Physical channel的定义来做分类。

Advertising physical channel 的交互

广播

广播包解析

传统广播使用的基本广播包ADV_IND PDU结构如上，该PDU被包含在LL层的封包中。PDU结构包含

AdvA：广播地址，即MAC地址
AdvData：广播数据，0-31长度，格式有相关要求。

对于其他类型的广播，PDU结构会有区别。例如定向广播还会包含主机设备地址，用于指定哪个主机允许搜到该广播信号。具体情况需查询spec中的说明。

广播流程

广播流程如上图，广播设备连续在37、38、39三个广播信道上发送广播包，作为一个广播事件周期。

扫描

扫描流程

扫描流程为主机监听广播包后，发起扫描请求和接收扫描响应的过程。具体流程如下：

从机设备进行广播，周期性发送广播包ADV_IND
当主机监听到从机设备发送的广播包后，可以向从机设备发送扫描请求包SCAN_REQ
但从机听到主机发送的扫描请求包后，可以进行响应并发送扫描响应包

该过程用于主机设备在不与从机设备发生连接的情况下，能获取更多的信息。

需要注意的是，广播类型可以设置为不可扫描的（Non-scannable）。这样的广播主机发送扫描请求包将得不到从机的应答。

扫描请求包

基本的扫描请求包SCAN_REQ格式如上，包含：

ScanA：扫描设备的MAC地址
AdvA：广播设备的MAC地址

扫描响应包

基本的扫描响应包SCAN_RSP格式如上，包含：

AdvA：广播设备的MAC地址
ScanRspData：扫描响应数据，0-31字节。格式要求和广播数据意义。

连接

连接建立流程

连接建立流程如下：

从机发送广播包
主机收到广播包后，向从机发送连接请求包。
双方根据连接请求包中的内容，同步连接参数。然后在协商好的时间点进行连接事件（交换连接数据包）

这里的流程说明比较简略。具体的流程说明和参数解释需参考开头说的spec里的章节。

连接请求包

连接请求包内如如上，包含：

InitA：主机MAC地址
AdvA：从机MAC地址
LLData：连接建立参数

其中LLData中的参数包含：

AA：链路层的访问地址Access Address。即把LL包的AA又复制了一遍过来。
CRCInit：CRC校验的初始值
WinSize：发送窗口的大小
WinOffset：发送窗口的偏移
Interval：连接间隔
Latency：可以跳过的连接事件
Timeout：连接超时时间
ChM：可用连接数据信道图
Hop：跳频算法
SCA：休眠时钟精度

相关参数只做简单介绍，具体说明请参考spec。

Data Physical Channel 的交互

连接数据交互

数据通道的信息交互已经和GAP层无关了，GAP层类似于OSI中的网络层，负责将设备进行拓扑组网。现在连接已经建立，剩下的就是更高层次的通信需求。

连接数据交换过程

上图为连接事件中主从数据交换的过程示意图。相关过程如果要展开来讲会涉及高层次协议概念，这里读者只需了解它的本质只是简单的主从数据包交换即可。

连接数据PDU格式

数据交互部分的PDU内容与LL层和GAP层已经无关了，而是涉及L2CAP层概念，在L2CAP层中的PDU分为各种类型，例如上图是L2CAP中B帧类型的PDU结果。这里读者无需了解这个B帧是什么，只需要知道数据交互也还是以PDU形式进行的即可，而PDU中具体的内容则会在L2CAP层协议得解析文章中再做具体分析。