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一分钟读懂低功耗蓝牙(BLE)连接数据包
日期:2024-08-25 12:18
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摘要: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
...
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.php/22-2016-07-29-02-11-32/205-hollong-4-0-4-1-ble
4. SCAN_REQ 包
1)完整包
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。
3) 头信息 (Header Info) 固定为2个字节:分解为16个位来使用
位[0:3]: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[4:5]:保留
位[6]:RxAdd
位[7]:TxAdd
位[8:13]:广播数据长度 (极限为37 字节)
位[14:15]:保留
4) 主设备地址
5)从设备地址
6)CRC
4. SCAN_RSP 包
1)存取地址
定义同上
2)头信息
定义同上
3)从设备地址
固定6个字节的从设备地址(MAC ADDRESS)
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)
5)CRC
固定为3个字节
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。
2)头信息
二个字节的头信息(解析格式同上)
3)主设备地址
4)从设备地址
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。
6)CRC INIT
初始化的CRC 值,以后被使用于数据CRC 校验
7)窗口时间 (Win Size)
8) 窗口偏移
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。
10)时延(Latency)
11) 中断连接极限时延(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: 极限时延 = 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。
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。
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
14)CRC
同上
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.php/22-2016-07-29-02-11-32/205-hollong-4-0-4-1-ble
4. SCAN_REQ 包
1)完整包
![扫描请求完整包.png 扫描请求完整包.png](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。
![SCAN_REQ_ACCESS_ADDRESS.png SCAN_REQ_ACCESS_ADDRESS.png](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[0:3]: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[4:5]:保留
位[6]:RxAdd
位[7]:TxAdd
位[8:13]:广播数据长度 (极限为37 字节)
位[14:15]:保留
![SCAN_REQ_header_info.png SCAN_REQ_header_info.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110301dgcspcgku0qkmkd2.png)
4) 主设备地址
![SCAN_REQ_master_address.png SCAN_REQ_master_address.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110302b97nb0nuub7z334c.png)
5)从设备地址
![SCAN_REQ_slave_address.png SCAN_REQ_slave_address.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110303egu0nz7egezyekxc.png)
6)CRC
![SCAN_REQ_crc.png SCAN_REQ_crc.png](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
![SCAN_RSP_access_address.png SCAN_RSP_access_address.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/125433298sxz89sg88g8b9.png)
2)头信息
定义同上
![SCAN_RSP_header_info.png SCAN_RSP_header_info.png](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)
![SCAN_RSP_slave_address.png SCAN_RSP_slave_address.png](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)
![SCAN_RSP_data.png SCAN_RSP_data.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110308xxxmzvxualay4uxo.png)
5)CRC
固定为3个字节
![SCAN_RSP_crc.png SCAN_RSP_crc.png](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。
![CON_REQ_access_address.png CON_REQ_access_address.png](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)
![CON_REQ_header_info.png CON_REQ_header_info.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102465tfasifnjnl03l0c.png)
3)主设备地址
![CON_REQ_master_address.png CON_REQ_master_address.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110250yvwv7ibpwvbnn9f7.png)
4)从设备地址
![CON_REQ_slave_address.png CON_REQ_slave_address.png](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。
![CON_REQ_data_access_address.png CON_REQ_data_access_address.png](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
![CON_REQ_crc_init.png CON_REQ_crc_init.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110243t2sthstt4s242f22.png)
7)窗口时间 (Win Size)
![CON_REQ_win_size.png CON_REQ_win_size.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102550s46yi8ywzy8pd6i.png)
8) 窗口偏移
![CON_REQ_win_offset.png CON_REQ_win_offset.png](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。
![CON_REQ_conn_interval.png CON_REQ_conn_interval.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/1102423kcjlqelkpr3x2kl.png)
10)时延(Latency)
![CON_REQ_latency.png CON_REQ_latency.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110249rt8edgu00o8gpyrc.png)
11) 中断连接极限时延(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: 极限时延 = 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。
![CON_REQ_timeout.png CON_REQ_timeout.png](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。
![CON_REQ_channel_map.png CON_REQ_channel_map.png](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
![CON_REQ_hop_clock.png CON_REQ_hop_clock.png](http://www.viewtool.com/bbs/data/attachment/forum/201707/26/110248xg75riz7ya2an59n.png)
14)CRC
同上