从客户端登陆服务器的配置文件,BLE模式和配置文件

BLE模式和配置文件(原文)

本文档探讨了BLE如何工作，特别是如何将两种BLE模式(连接和广告)用于不同的目的。

外围设备和中央设备vs服务器和客户端

当我们通过BLE连接设备时，我们将它们视为外设(从设备)设备或中央(主设备)设备。蓝牙标准建立了该区分方式以匹配设备上可用的资源：

主设备/中央

通常将具有更多的计算资源和可用能量 - 例如计算机或平板电脑。

从设备/外设

一个mbed设备 - 将在计算资源和能源两个方面受限制。

目前，mbed的BLE_API支持创建外设。我们计划尽快将其扩展到中央设备。

BLE使用两个附加术语来描述连接实体 - 服务器和客户端：

服务器

该设备具有希望共享的信息，且对于BLE而言通常是外设(如mbed板子)。

客户端

需要信息和服务的设备，且对于BLE而言通常是中央设备 - 例如电话。

在讨论信息交流时，我们使用术语服务器和客户端。我们使用中央和外设来表示BLE连接的起点和目标。中央作为客户端连接，外围设备作为服务器并不罕见。

服务器和客户端

mbed板是服务器或外设;手机是客户端和中央设备“)

启动连接

中央启动，控制和结束连接 - 外设不能强制中央执行(扫描BLE设备，查看其信息，连接等)。中央还决定询问外围设备的频度。然而，外设可以向中央推荐一些东西。有关这些决定的更多信息，请参阅连接参数部分。

广告和连接模式

BLE使用的两种模式是：

广告模式

外设会发出该区域任何设备可以接收到的信息。这是中央设备如何知道周围有外围设备的方式。

连接模式

外设和中央设备建立一对一的对话。这就是他们如何交换复杂的信息的方式。

中央设备必须知道外围设备存在才能与之连接。因此，外设将使用BLE 广告模式发布其存在。在这种模式下，设备使用通用访问配置文件 (GAP)以稳定的速率发送一些信息 —— 一个广告。这个广告是其他设备，像你的手机，接收到的。它告诉他们附近有一个BLE设备存在，以及该设备是否愿意与他们交谈。

广告模式是一对多的，而连接模式是一对一的。

广告模式数据包大小非常有限。 GAP广播的一般数据包格式如下图所示：

BLE协议栈占用了47B数据包的一部分，直到我们的数据只有26B

每个BLE包可以包含最多47个字节(这不是很多)，我们不能使用它们的全部：

为了自己的目的，BLE协议栈需要8个字节(1 + 4 + 3)。

因此，广告分组数据单元(PDU)最多具有39个字节。但是BLE栈再次需要一些开销，占用8个字节(2 + 6)。

PDU的广告数据字段剩下31个字节，分为广告数据(AD)结构。然后：

GAP广播必须包含告诉设备有关我们发送的广告类型的标志。标志结构总共使用三个部分(一个用于数据长度，一个用于数据类型，一个用于数据本身)。我们需要前两个字节(数据长度和类型指示)的原因是帮助解析器来使用我们的标志信息正常工作。我们还剩下28个字节。

现在我们终于用自己的数据结构发送自己的数据了 - 但是它也需要一个长度和类型的指示(总共两个字节)，所以我们只剩下26个字节。

所有这些意味着我们只有26B用于通过GAP发送的数据。

如果您想查看AD的示例，请参阅自定义GAP广告部分中的扩展说明。

对于许多应用，广告可能是需要的一切。这可能是：

外围设备只想周期性地广播可以适应广告的少量信息。

无论身份验证如何，这些数据都可用于范围内的任何中央设备。

但是，有时候，您需要提供比单向数据传输更多的信息或更复杂的交互。为此，您需要在BLE设备和用户的手机，平板电脑或计算机之间设置“对话”。该会话基于连接模式，其描述了仅两个设备之间的关系：BLE外围设备和中央设备。

目前，广告和连接模式还不能共存。这是因为BLE外围设备一次只能连接到一个中央设备(如移动电话)。连接建立的时刻，BLE外设将停止广告。在这一点上，没有其他中央设备能够连接到它，因为如果它不广告，他们不能发现该设备在那里。只有在第一个连接终止并且BLE外围设备再次开始广告之后，才能建立新的连接。

注意：最新的蓝牙标准允许广告并行连接，这将在2015年底之前成为mbed的BLE_API的一部分。

服务和配置文件(GATT)

为了使上述通信的功耗较低，BLE规范在连接模式下交换数据的方式施加了特定的结构。它依赖于BLE外设维护客户端可以访问的状态变量数据库(如电池电量，温度和时间)的能力。我们可以根据功能将状态变量分组到服务中。例如，心率服务是状态变量的集合，包括心率测量和身体传感器位置。这些状态变量的技术术语是“特征(Characteristics)”。为了互操作性，每个特征(Characteristics)也包含了值类型的描述。这样客户端就可以解释这个值，即使它们没有被特别编程来识别它。

单一服务可以包含几个特征

服务，特征及其配套属性是连接方式的基本实体。服务使用通用属性配置文件(Generic Attribute Profile，GATT)根据特征来组织信息。我们将在下面更详细地探索特征。

我们将服务捆绑到一个配置文件中。例如，心率配置文件(Heart Rate Profile)包括两个服务 - 心率和设备信息(Heart Rate and Device Information)，血压配置文件(Blood Pressure Profile)包括血压和设备信息(Blood Pressure and Device Information)服务。

具有两个服务的示例配置文件

BLE已经有一段时间了，所以它有一些标准的服务，你可以进入。回到我们的心率监测器的例子，心率服务是完善的，易于使用。它可以从BLE心率监测器读取信息并将其发送到应用程序。你会在稍后的编码示例中看到。

在开始研究项目之前，值得看看是否已经有可以完成所需功能的服务了; 它会节省大量的编码和测试时间。您可以在这里找到可用的配置文件和服务列表。

特征和相互作用

服务将数据分解为特征。每个特征映射到单个数据点：它告诉你一件事，只有一件事。例如，设备信息服务具有以下特征：

制造商名称

型号

序列号

硬件版本

固件版本

软件版本

系统ID

IEEE 11073-20601监管认证资料清单(regulatory certification data list)

这些特征中的每一个应该只包含其标签所包含的信息。他们一起揭示设备的制造商信息，并组成一个完整的设备信息服务。此服务本身捆绑在不同的配置文件中。

在mbed上创建一个特征非常简单，因为BLE_API为涉及服务定义的实体提供C++抽象。例如，这里我们创建一个简单的特征，通知客户一个按钮的状态(按下/释放)：

//button initial state

bool buttonPressed = false;

//read-only characteristic of type boolean,

//accepting the buttonState’s UUID and initial value

ReadOnlyGattCharacteristic buttonState(BUTTON_STATE_CHARACTERISTIC_UUID,

&buttonPressed);

有关mbed的特征创建的完整展示，请参阅我们的输入服务模板。

特征完全由其声明，值和描述符定义：

声明包含有关特征的数据，例如其通用唯一标识符(UUID)。

值是特征的“有趣”部分：它是包含您正在查看和响应的数据的值。

** 描述符**不是强制性的; 您可以使用它来提供有关特征的更多信息或控制其行为。例如，在使用通知时使用描述符。

特征可以是静态的(如设备的制造商名称)或动态的。如果一个特征是动态的，当设备有新的信息时，您的设备可以为它生成一个新的值。例如，在心率服务中，当前心率是定期获得新值的特征。

以下是创建读/写特征(可以接收新值并显示其当前值的特征)的示例：

bool initialValueForLEDCharacteristic = false;

ReadWriteGattCharacteristic ledState(LED_STATE_CHARACTERISTIC_UUID,

&initialValueForLEDCharacteristic);

有关在mbed上创建读/写特征的信息，请参阅我们的执行器服务模板。

一些特征是双向实体。这意味着服务器(BLE外设)可以自己更新，也可以从客户端(手机)接收新的值。这种双向流量使BLE具有交互性：用户向一个或多个特征发送新值，并且设备响应这些新值。例如，当UriBeacon设备打开时，它进入临时配置模式(configuration mode) ，让我们有机会更新其特征的值(包含稍后公布的数据)。

对于每个特征，服务定义说明客户端是否有权写入该特征。这是在外设上设置GATT服务器时完成的。在我们的示例中，配置模式(configuration mode)指出广告信息是可读/写的，广告模式表示它是只读的。因此，根据设备的模式，相同的特征可以具有两种不同的权限。

UUID

每个服务和特征都需要一个普遍唯一的标识符(UUID)，它们在声明中列出(如上所述)。对于BLE官方实体，UUID为16位，BLE站点上提供了完整的列表，以获取服务和特性。对于您自己创建的服务和特征，您将需要128位UUID; 您可以在UTI网站上生成。

有关UUID分配的更多信息，请参见我们的服务创建示例。

配置文件，服务和特征的总结

因此，配置文件的完整拆分是：一个或多个服务，每个服务包含零个或多个特征，每个特征具有零个或多个描述符：