2.3 连接过程-清晰的图文讲解

目录

可收获

一、连接的发起

二、连接间隔与连接事件

三、连接参数

3.1 超时参数

3.2 外围设备延迟

3.3 最大传输单元

可收获

1.BLE连接的基本概念 -连接如何发起？ -连接间隔是什么？ -连接事件是什么？做了什么？ 2.BLE连接的相关参数 -超时参数 -外围设备延迟 -最大传输单元(MTU) -通道数据包

注：Bluetooth LE 5.0 引入扩展广播特性以后， Legacy ADV 和 Extended ADV 对应的连接建立过程略有差异，下以 Legacy ADV 对应的连接建立过程为例

一、连接的发起

当扫描者在某一个广播信道接收到一个广播数据包时，若该广播者是可连接的，那么扫描者可以在同一广播信道发送连接请求 (Connection Request)。

对于广播者来说，它可以设置 接受列表 (Filter Accept List) 以过滤不受信任的设备，或接受任一扫描者的连接请求。随后，广播者转变为外围设备，扫描者转变为中央设备，两者之间可以在数据信道进行双向通信。

如 <扫描与响应> 所述，广播者在每一个信道的广播结束以后，都会短暂进入 RX 模式，以接收可能的扫描请求。实际上，这个 RX 过程中还可以接受连接请求。所以对于扫描者来说，发送连接请求的时间窗口和发送扫描请求的时间窗口是类似的。

二、连接间隔与连接事件

在连接中，中央设备与外围设备会周期性地进行数据交换，这个数据交换的周期被称为连接间隔 (Connection Interval)。连接间隔作为连接参数之一，在连接请求中被首次确定，后续也可以进行修改。连接间隔的取值步长 (Step Size) 为 1.25 ms ，取值范围为 7.5 ms (6 steps) – 4.0 s (3200 steps) 。

一次数据交换的过程被称为连接事件 (Connection Event)。一次连接事件中，存在一次或多次数据包交换（数据量比较大时需要分包发送）；

一次数据包交换的过程是，中央设备先给外围设备发送一个数据包，随后外围设备给中央设备发送一个数据包。即便连接中任意一方在连接间隔开始时无需发送数据，也必须发送空数据包以维持连接。

连接间隔与连接事件在连接中的时序关系可以参考下图。

若一次连接事件中需要发送的数据很多，导致连接事件时长超过了连接间隔，那么必须将一次连接事件拆分成多次连接事件；这意味着，假如连接间隔的剩余时间不足以完成下一次数据包交换，那么下一次数据包交换必须等到下一次连接间隔开始时才能进行。

当需求的数据交换频率比较低时，可以设定较长的连接间隔；在连接间隔中，设备可以在除连接事件以外的时间休眠，以降低能耗。

三、连接参数

连接间隔是一种连接参数，其初始值由中央设备在连接请求中给出，也支持在后续的连接中进行修改。除此以外，连接中还存在许多其他的连接参数，下面我们挑选其中的一些重要参数进行讲解。

3.1 超时参数

连接超时参数 (Supervision Timeout) 规定了两次成功连接事件之间的最长时间。若在一次成功的连接事件之后，经过了连接超时时间却仍没有完成另一次成功的连接事件，则可以认为连接已断开。

这个参数对于连接状态的维护是非常重要的，例如连接中的其中一方突然意外断电，或离开了通信范围，那么连接中的另一方可以通过判断连接是否超时，决定是否需要断开连接以节省通信资源。

3.2 外围设备延迟

外围设备延迟 (Peripheral Latency) 规定了外围设备在无需发送数据的前提下，最多可忽略的连接事件数量。

为了理解这个连接参数的作用，让我们以蓝牙鼠标为例。

用户在使用键盘的过程中，鼠标并没有需要发送的有效数据，此时最好降低数据包发送的频率以节省电量；在使用鼠标的过程中，我们希望鼠标能够尽可能快地发送数据，以降低使用延迟。也就是说，蓝牙鼠标的数据发送是间歇性高频率的。此时，如果仅靠连接间隔参数进行连接调节，则那么较低的连接间隔会导致高能耗，较高的连接间隔会导致高延迟。

在这种场景下，外围设备延迟机制将是一个完美的解决方案。为了降低蓝牙鼠标的延迟，我们可以将连接间隔设为一个较小的值，例如 10 ms ，那么在密集使用时数据交换频率可达 100 Hz ；随后，我们将外围设备延迟设定为 100 ，那么蓝牙鼠标在不使用的状态下，实际的数据交换频率可降低至 1 Hz 。通过这种设计，我们在不调整连接参数的前提下，实现了可变的数据交换频率，在最大程度上提升了用户体验。

3.3 最大传输单元

最大传输单元 (Maximum Transmission Unit, MTU) 指的是单个 ATT 数据包的最大字节数。在介绍 MTU 参数之前，有必要先对数据通道数据包 (Data Channel Packet) 的结构进行说明。

数据通道数据包和广播数据包的最外层结构一致

回顾一下广播数据包格式:

数据通道数据包和广播数据包区别在于 PDU 的结构。数据 PDU 可以分为三部分，如下

数据 PDU 的有效负载可以分为两部分，如下

// MTU暂时了解到这里，后续单独一章讲：从协议栈的最底层出发，抽丝剥茧地解析MTU的实现原理