BLE 连接和通信 的实现

为了创建和维护一个BLE连接，引入角色这一概念。
一个BLE设备不是主机Master（集中器）角色，就是从机Slave（外围设备）角色。

这是根据是谁发起这个连接来确定的：
主机Master设备总是连接的发起者，而从机Slave总是被连接者。

这个访问与连接过程，都在通用访问规范（GAP）进行实现的。

1、从机广播

从机要被主机连接，它就必须先被主机发现。这个时候，从机设备把自身信息，以广播形式发射出去。
比如，设备A（Advertiser）需要先进行广播，设备A（Advertiser）不断发送 广播信号，T 为广播间隔。每发送一次广播包，称为一次广播事件（Advertising Event），因此 T 也称为广播间隔。

广播间隔，它的范围是20ms到10.24s。广播间隔影响建立连接的时间。

当广播发出的时候，每一个广播事件包含三个广播包，即分别在 37/38/39 三个信道上，同时广播相同的信息。

下图 Observer 为主机观察者，Advertiser 就是从机广播。

2、主机扫描

设备A（Advertiser）不断发送广播信号给主机（Observer），如果手机不开启扫描窗口，主机是收不到设备A的广播的。
如下图所示，不仅手机要开启射频接收窗口，而且只有主机的射频接收窗口跟广播发送的发射窗口 匹配成功，手机才能收到设备A的广播信号。

由于这种匹配成功是一个概率事件，因此手机扫到设备A也是一个概率事件。
也就是说，主机有时会很快扫描到设备A，比如只需要一个广播事件；
主机有时又会很慢才能扫到设备A，比如需要10个广播事件甚至更多。

下面图表示了 主机主动扫描广播的过程：
控制器收到扫描数据包后，将向主机发送一个广播报告事件（adv_report），该事件同样包括了 链路层数据包的广播类型。因此，主机能够判断 对端设备 是否可以连接或者扫描，并且区分出广播数据包和扫描响应数据包。

3、建立连接

如图所示，手机在收到A1广播包ADV_IND后，以此为初始点，T_IFS 后给Advertiser 发送一个Connection Request命令，即A2数据包，告诉Advertiser，我将要过来连你，请你做好准备。

Advertiser 根据Connect_req命令信息，做好接收准备。
Connect_req其实是在告诉 Advertiser，手机将在 Transmit Window 期间发送第一个同步包（P1）给你，请在这段时间里把你的射频接收窗口打开。

设备B收到P1后，在 T_IFS 时间后，将给手机回复数据包P2。

一旦手机收到数据包P2，连接即可认为建立成功。

后续手机将以P1为锚点（原点），Connection Interval 为周期，周期性地给设备B发送Packet。

4、发送与接收数据

连接成功后，Master和Slave在每一个 Connection Interval 开始的时候，都必须交互一次，即Master给Slave发一个包，Slave再给Master发一个包，整个交互过程称为一个 Connection Event。
蓝牙芯片只有在 Connection Event 期间才把射频模块打开，此时功耗比较高，其余时间蓝牙芯片都是处于Idle状态的。因此蓝牙芯片平均功耗就非常低。

Master不可能时时刻刻都有数据发给Slave，所以Master大部分时候发的都是空包（Empty Packet）给Slave。
同样 Slave 也不是时时刻刻都有数据给 Master，因此Slave回复给Master的包，大部分时候也是空包。

另外在一个 Connection Event 期间，Master 也可以发多个包给 Slave，以提高吞吐率。

综上所述，连接成功后的通信时序图，应该如下所示：

图中，主从数据发送的数据包TX和RX表示方向性的数据通道，也就是蓝牙的空中属性，空中操作时间都是采用蓝牙操作句柄来进行的，因此句柄能够唯一表示各个属性。

空中特性的性质包括：
1、主机RX，从机TX方向
（1）通知：从机 上传数据给 主机，不需要主机回复一个响应
（2）指示：从机 上传数据给 主机，需要主机发一个确认给服务器
通知和指示之间不同点 在于指示有应用层上的确认，而通知没有。

2、主机TX，从机RX方向
（1）写
（2）没有回应的写
（3）读