连接的基本概念

连接的发起

 

在蓝牙核心规范 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。

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 扫描请求与扫描响应 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。

 

 

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。

 

 

值得一提的是，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。

 

连接参数

前文提到，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。

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。

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。

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，区别在于 PDU 的结构。数据 PDU 可以分为三部分，如下

 

序号	名称	字节数	备注
1	头 (Header)	2
2	有效负载 (Payload)	0-27 / 0-251	在蓝牙核心规范 4.2 以前，有效负载最大值为 27 字节； 蓝牙核心规范 4.2 引入了数据长度扩展 (Data Length Extension, DLE) 特性，有效负载的最大值可达 251 字节
3	消息完整性检查 (Message Integrity Check, MIC)	4	可选

数据 PDU 的有效负载可以分为两部分，如下

序号	名称	字节数
1	L2CAP 头 (L2CAP Header)	4
2	ATT 数据 (ATT Header + ATT Data)	0-23 / 0-247

MTU 的默认值为 23 字节，恰为蓝牙核心规范 4.2 之前单个数据 PDU 的最大可承载 ATT 数据字节数。

MTU 可以设定为更大的值，例如 140 字节。在蓝牙核心规范 4.2 以前，由于有效负载中最多只有 23 字节可以承载 ATT 数据，所以必须将完整的一包 ATT 数据包拆分成若干份，分散到多个数据 PDU 中。在蓝牙核心规范 4.2 以后，单个数据 PDU 最多可以承载 247 字节 ATT 数据，所以 MTU 为 140 字节时仍然可以使用单个数据 PDU 承载。