LV04-天猫蓝牙Mesh项目-02-进阶开发-02-蓝牙架构介绍
本文主要是天猫蓝牙Mesh项目——进阶开发 蓝牙架构介绍 的相关笔记,若笔记中有错误或者不合适的地方,欢迎批评指正😃。
点击查看使用工具及版本
Windows版本 | windows11 |
Ubuntu版本 | Ubuntu22.04的64位版本 |
VMware® Workstation 16 Pro | 16.2.3 build-19376536 |
终端软件 | MobaXterm(Professional Edition v23.0 Build 5042 (license)) |
点击查看本文参考资料
分类 | 网址 | 说明 |
官方网站 | 阿里云 | 阿里云官网主页 |
阿里生活物联平台 | 生活物联网平台(飞燕平台)主页 | |
AliGenie | 天猫精灵开放平台AliGenie主页 | |
阿里物联网平台 | 阿里物联网平台主页 | |
Bluetooth 技术网站 | 蓝牙协议规范什么的可以来这里找 | |
Telink | Telink | Chips for a Smarter IoT (telink-semi.com) Telink中文官网 | |
开发手册 | AliOS Things开发指南 | AliOS Things开发指南,这里是最新版本,可以直接从官网找到 |
AliOS Things开发指南 | AliOS Things应用开发指南,这里应该是3.3版本的完整开发文档 | |
AliOS Things开发指南(3.0) | AliOS Things应用开发指南,这里应该是3.0版本的完整开发文档 | |
生活物联网平台开发文档 | 生活物联网平台(飞燕平台)开发文档 《设备端开发指南》 | |
Wi-Fi IoT品类定义与功能开发 | 天猫精灵IoT开放平台——Wi-Fi IoT品类定义与功能开发 | |
硬件平台 | mk3080 WiFi开发板 | WiFi开发板使用指南-阿里云开发者社区 |
esp8266开发板 | 一个教程:ESP8266-NodeMCU开发板详解-太极创客 (taichi-maker.com) | |
TLSR8258 Datasheet | Datasheet for Telink BLE + IEEE802.15.4 MultiStandard Wireless SoC TLSR8258 | |
参考资料 | AliOS Things 3.0 应用开发指南 | 这个只是一篇参考文章,里面是一些环境搭建相关的,可以参考 |
IP知识百科 - 华为 (huawei.com) | IP的一些相关知识点 |
点击查看相关文件下载
分类 | 网址 | 说明 |
蓝牙规范相关文档 | Core Specification 5.2 | 核心规格 5.2,该规范定义了创建可互操作的Bluetooth 设备所需的技术。 《Core_v5.2.pdf》 |
Mesh Model(v1.1) | 本Bluetooth 规范定义了模型(以及它们所需的状态和消息),这些模型用于在mesh 网络中的节点上执行基本功能,超出了Bluetooth Mesh 配置文件 规范中定义的基础模型。 本规范包括定义跨设备类型标准功能的通用模型,以及支持关键mesh 场景的模型,如照明控制、传感器、时间和场景。 《MshMDL_v1.1.pdf》 | |
Mesh Profile(v1.0.1) | 该Bluetooth 规范定义了基本要求,以实现可互操作的mesh 网络解决方案,用于Bluetooth 低能量无线技术。 《MshPRFv1.0.1.pdf》 | |
Mesh Device Properties | 本规范包含Bluetooth Mesh 配置文件 和Bluetooth Mesh 模型规范所要求的设备属性的定义。 但是跟之前的有些区别,我主要看的之前的版本:《MMeshDeviceProperties_v1.2.pdf》 | |
GATT Specification Supplement | GATT Specification Supplement | Bluetooth® Technology Website。 好像可以在线看:《GATT Specification Supplement》 | |
Assigned Numbers | GATT的一些类型定义可以在这里找。 | |
AliOS Things | alios-things/AliOS-Things | Gitee上的AliOSThings SDK源码仓库 |
alibaba/AliOS-Things | GitHub上的AliOSThings SDK源码仓库 | |
天猫精灵蓝牙Mesh协议栈 | alibaba-archive/genie-bt-mesh-stack | GitHub上的天猫精灵蓝牙Mesh协议栈源码仓库。 之前是在alibaba/genie-bt-mesh-stack这个仓库。 写笔记的时候最新提交为faf523618a6a2560090fc423222b9db80984bb7a |
蓝牙Mesh设备开发指南 | 阿里云生活服务平台开发手册——蓝牙设备开发一节中的内容 |
这一LV的笔记起始跟前面有所重叠,互相补充吧算是。
一、蓝牙开发解决方案
蓝牙开发的解决方案可以分为上图中的三种。
我们使用的泰凌微8258就属于上图中的单芯片解决方案,一块芯片中集成了蓝牙控制器和蓝牙主机,图中的外设就是I2C、SPI、SDIO等。
第二种蓝牙主机与控制器分开的,就是蓝牙的协议栈运行在MCU中,MCU通过UART、USB、SDIO等接口与蓝牙控制器进行通信,控制数据的传输。
第三种就是MCU+单芯片的解决方案,就像ESP32,它就是这种类型的,里面包含了蓝牙控制器和蓝牙主机,我们通过MCU,使用一些自定义的命令对蓝牙进行控制,比如AT指令等。
二、蓝牙整体框架介绍
蓝牙整体框架如上图所示,在之前其实已经有所了解了,图中的HCI中封装了很多的命令和事件,通过UART、USB、SDIO等硬件通信协议实现蓝牙主机和控制器的交互。
三、BLE控制器
1. 物理层
1.1 调制原理
1.2 无线射频信道
1.3 射频公差
1.4 传输距离的相关参数
发射功率、接收灵敏度、路径损耗、天线增益、接收信号强度(RSSI)。
1.4.1 发射功率
这里来学一点知识,说到dB,最常见的就是3 dB啦。3 dB在功率图或误码率图中经常出现。其实,没什么神秘的,下降3 dB就是指功率下降一半,3 dB点指的就是半功率点。+3 dB表示增大为两倍,-3 dB表示下降为1/2。这是怎么来的呢?我们一起看下dB的计算公式:
dB表示功率P1相对于参考功率P0的大小关系。如果P1是P0的2倍,那么:
如果P1是P0的一半,那么:
所以,当功率增大为10倍,用多少dB表示呢?
所以,口诀由此而来:
dB是个相对值,它的使命就是把一个很大或者很小的数,用一个简短的形式表达出来。
这可以极大的方便我们计算和描述。尤其是绘制表格的时候。那dBm呢?dBm、dBw就是把dB公式中的参考功率P0分别换成1 mW、1 W:
1 mW、1 W都是确定的值,因此dBm、dBw都可以表示功率的绝对值。所以按此计算44 dBm等于多少W?
这里我们需要注意,等式右侧除了30 dBm,其余的拆分项都要用dB表示。也就是说,用一个dBx减另一个dBx时,得到的结果用dB表示。
1.4.2 路径损耗(path loss)与距离公式
$$
path loss = 40+25*lg(d)
$$
例如,我们现在两个蓝牙设备相距100m,那么路径损耗就是
$$
pathloss=40+25lg(100)=40+252=90dB
$$
假设我们的发射功率为+20dBm,经过损耗之后,就只剩下 -70dBm ,我们的接收灵敏度就最少要设置为-70dBm,但是实际要设计10%-20%的余量,一般会设置为 -80dBm或者 -90dBm。
1.4.3 不同材料的衰减值
例如,我们发射功率为+10dBm,功率为10mW,穿过一个木门,衰减3dB,功率就只剩下5mW,当时当我们想要获得一个+dBm的蓝牙信号,那么它穿过木门之前就应该是+13dBm,也就是1x10x2mW=20mW,功率直接变为原来的2倍。
2. 链路层
2.1 链路层状态机
2.2 链路层比特流处理
2.3 比特流编码格式与速率
在《Core_v5.2.pdf》的Vol 6, Part B ,2 AIR INTERFACE PACKETS 一节有下面这些的说明:
LE 1/2M PHY数据包格式
LE Coded PHY数据包格式
我们看下面总结的:
LE Coded PHY数据包格式中的CI表示编码格式,即Coding Indicator 。它们都是啥意思,在《Core_v5.2.pdf》的Vol 1, Part A ,1.2 OVERVIEW OF BLUETOOTH LOW ENERGY OPERATION 中有这么一段话来解释:
This may use either of two coding schemes: S=2, where 2 symbols represent 1 bit therefore supporting a bit rate of 500 kb/s, and S=8, where 8 symbols represent 1 bit therefore supporting a bit rate of 125 kb/s.
翻译一下就是这可以使用两种编码方案中的一种:S=2,其中2个符号代表1位,因此支持500 kb/S的比特率。S=8,其中8个符号代表1位,因此支持125 kb/S的比特率。
拿访问地址来说,它是4字节,一共是32bit,对于1M的速率来说,每bit传输时间应该是1us,这里应该是32us,但是这里固定S=8,所以值256us。