蓝牙数据包结构

介绍

蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）为不同的应用场景定义了两种蓝牙数据结构，经典蓝牙（Bluetooth Classic）与低功耗蓝牙（BLE）。

经典蓝牙

Bluetooth Classic无线电，也被称为Bluetooth 基本速率/增强数据速率（BR/EDR），是一种低功率无线电，在2.4GHz非授权工业、科学和医疗（ISM）频段的79个频道上进行数据流。支持点对点设备通信，Bluetooth Classic主要用于实现无线音频流，已成为无线扬声器、耳机和车载娱乐系统背后的标准无线电协议。Bluetooth Classic无线电还能实现数据传输应用，包括移动打印。

低能耗蓝牙

Bluetooth 低能耗（LE）无线电是为非常低的功率操作而设计的。Bluetooth LE无线电在2.4GHz非授权ISM频段的40个信道上传输数据，为开发者提供了巨大的灵活性，以构建满足其市场独特连接要求的产品。Bluetooth LE支持多种通信拓扑结构，从点对点扩展到广播，最近又扩展到广播。 mesh，使Bluetooth 技术能够支持创建可靠的、大规模的设备网络。虽然最初以其设备通信功能而闻名，但Bluetooth LE现在也被广泛用作设备定位技术，以满足对高精度室内定位服务日益增长的需求。Bluetooth LE现在包括一些功能，使一个设备能够确定另一个设备的存在、距离和方向。

低功耗蓝牙数据包结构

蓝牙LE未编码物理层（Uncoded PHY）

数据包包含四个必选字段Preamble(前导码)， AccessAddress(接入地址)，PDU(数据)，CRC。其中Constant Tone Extension是可选的。
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前导码（Preamble）：前导码是0，1交替的位数据，如01010101（0x55）或者10101010（0xAA），长度为1字节或者2个字节，由传输模式确定。LE 1M PHY 模式前导码为1个字节，LE 2M PHY前导码分别为2字节。
这段序列之所以非常重要，是因为芯片必须能够应对输入信号强度的可能范围。接收机需要应付 -10dBm到-90dBm的信号强度，也就是80dB的动态范围。从接收机的角度讲，也就是1pW到0.1pW的能量。自动增益控制器必须检测出输入信号的能量等级，并调整增益，使得信号刚好处于接收机能够轻容工作的范围之中。
访问地址（Access address）：接入地址的第一个比特决定了前导是01010101还是10101010。如果接入地址的第一个比特为0，则使用01010101序列；如果是1则使用10101010序列。这保证了任一报文的前9个比特都是交替的，即要么为101010101要么为010101010。
LL层使用接入地址来区分当前发送的数据是广播包还是数据包，广播包接入地址固定为0x8E89BED6，数据包使用是在连接时生成的接入地址。

连接时主设备分配一个32位的随机数并发送给从设备，这就是接入地址。
接入地址被用来表示一个连接，在连接期间保持不变。
对于同一个从设备，断开从新连接接入地址也会重新生成。

协议数据单元（PDU）：根据使用的通道不同可以分为广播报文和数据报文。广播报文在广播通道上传输(37, 38, 39), 数据报文在数据通道上传输(0到36)。
协议上对于BLE4.0/BLE4.1 上层协议（LL）最大可以包含39字节，但是更新后的BLE4.2/BLE5.0 直接升级硬件，将这一长度扩展到257。但是默认了兼容BLE4.0/4.1还是采用了上面的39设计。
注意：PDU的最大长度直接由硬件决定，也是限制我们BLE 数据包大小的根本原因。
CRC：校验

广播通道PDU

下图为广播通道数据格式
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数据包由16位的头和1~255字节的载荷组成

PDU Type(4bit) 广播报文类型

ADV_IND，通用广播，外设发出的一般称为通用广播，广播中包含mac地址设备名字等信息。
ADV_DERECT_IND，定向广播，某个外设在工作的时候就希望某个主设备来连接它，就可以向这个中央设备发起一个定向广播。
ADV_NONCONN_IND，不可连接的广播，比如货架上的广告机，会不断的向外发送广播信息。
SCAN_REQ，扫描请求，当中央设备发现通用广播中包含的信息并不全，这个时候主设备可以发一个扫描请求。
SCAN_RSP，外设响应主设备的扫描请求，返回给中央设备更多的信息。
CONNECT_REQ，连接请求，当主设备得到足够的信息之后就可以发送一个连接请求。来建立连接。
ADV_SCAN_IND，可发现广播，包含了比通用广播更加丰富的信息。
ADV_EXT_IND, 通用扩展广播
AUX 开头的广播类型和ADV_EXT_IND是蓝牙5.0新引入的，暂且不表。

数据通道PDU

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包头（header）

LLID(2bit)，逻辑链路标识符，用来判断数据报文属于下列哪种类型
0b00，保留
0b01，来自L2CAP的延续帧，或者是一个空包。
0b10，来自L2CAP的开始帧，或者是一个完整的报文。
0b11，控制报文。
NESN(1bit),预期序列号
SN(1bit),序列号
MD(1bit),更多数据
CP(1bit),是否包含CTEinfo
RFU(3bit),保留
length(8bit),长度
CTEinfo(8bit), 指明Constant Tone Extension的类型和长度

数据载荷（Payload）
消息完整性检查（message integrity check，MIC）