从物理层到应用层：蓝牙协议栈分层设计及BLE低功耗演进之路

目录

一、蓝牙协议架构（Bluetooth Protocol Stack）

1.物理层（PHY - Physical Layer）

2.链路层（LL - Link Layer）

3.逻辑链路控制与适配协议（L2CAP - Logical Link Control and Adaptation Protocol）

4.高层协议

4.1 通用访问协议（GAP - Generic Access Profile）

4.2 通用属性协议（GATT - Generic Attribute Profile）

4.3 属性协议（ATT - Attribute Protocol）

4.4 安全管理协议（SM - Security Manager）

5.应用层（Application Layer）

二、蓝牙协议架构对比（BLE vs. 经典蓝牙 BR/EDR）

总结

蓝牙协议架构采用 分层结构，从底层的物理通信到上层的应用数据传输，涵盖了多个协议组件。蓝牙协议栈适用于 经典蓝牙（BR/EDR） 和 低功耗蓝牙（BLE - Bluetooth Low Energy），它们的基本架构相似，但 BLE 针对低功耗优化，适用于 IoT 设备、智能家居、可穿戴设备等。

 

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一、蓝牙协议架构（Bluetooth Protocol Stack）

蓝牙协议分为以下 五层（从底层到高层）：

1.物理层（PHY - Physical Layer）

• 负责 无线电波传输，采用 2.4 GHz ISM 频段（工业、科学和医疗用途）。

• 调制方式：

  • 经典蓝牙（BR/EDR）：GFSK（1 Mbps）+ π/4 DQPSK、8DPSK（最高 3 Mbps）。

  • 低功耗蓝牙（BLE）：GFSK（1 Mbps / 2 Mbps，BLE 5.0 支持长距离模式 Coded PHY）。

• 信道划分：

  • BR/EDR：79 个信道（1 MHz 间隔）。

  • BLE：40 个信道（2 MHz 间隔，其中 3 个用于广播）。

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2.链路层（LL - Link Layer）

• 负责 设备发现、连接建立和维护，控制数据包的传输。

• BLE 主要通信模式：

  • 广播（Advertising）：从设备（Peripheral）发送广播包，主设备（Central）可监听和连接。

  • 扫描（Scanning）：主设备监听广播包，确定是否连接。

  • 连接（Connection）：主设备与从设备建立连接，开始数据交互。

  • 数据传输：采用主从模式，数据按连接间隔传输。

• BLE 低功耗特性：

  • 设备可以进入 睡眠模式，降低功耗。

  • BLE 5.0 以上支持 扩展广播（Extended Advertising） 和 周期性广播（Periodic Advertising），提高吞吐量和稳定性。

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