低功耗蓝牙BLE协议栈简介

BLE,blooth low power，即蓝牙低功耗技术。

该技术具有低成本、短距离、可互操作的特性，工作在免许可的24GHz ISM射频频段。

蓝牙系统核心包括射频收发器，基带和协议栈。核心系统协议包括射频(RF)协议、链路控制(LC)协议、链路管理(LM)协议、逻辑链路的控制和适配(L2CAP)协议。 蓝牙核心系统最底三层是射频，链路控制，链路管理协议，通常会把这三者归为一个子系统——蓝牙控制器。把往上的其他层一起称为为蓝牙主机。在蓝牙控制器和蓝牙主机之间实现通信通常需要有主机-控制器接口，Host to Controller Interface(HCI)。蓝牙系统的具体应用apps，就是建立在蓝牙主机之上。而host部分由蓝牙软件厂商开发和维护，control部分由蓝牙的硬件厂商提供，两部分通过hci(主机控制器接口)进行通信和数据交互。

厂商提供的测试模块，可以通过HCI或者串口直接控制蓝牙的物理层来让它收发数据包

负责数据和语音的发送和接收，特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻，属于微带天线。

1Mbps自适应跳频GFSK（高斯频移键控），运行在免费的工业频段24GHz。

LL层为RF控制器，控制设备处于准备（standby）、广播、监听/扫描（scan）、初始化、连接，这五种状态中一种。

五种状态切换描述为：未连接时，设备广播信息，另外一个设备一直监听或按需扫描，两个设备连接初始化，设备连接上了。

发起聊天的设备为主设备，接受聊天的设备为从设备，同一次聊天只能有一个意见领袖，即主设备和从设备不能切换。

HCI层为接口层，向上为主机提供软件应用程序接口（API），对外为外部硬件控制接口，可以通过串口、SPI、USB来实现设备控制。

L2CAP层提供数据封装服务，允许逻辑上的点对点通讯。

基于包的协议，将包传输到HCI，对于无主机系统，就将包传给链路管理器LM。支持多路复用，包的分割和重组，以及向上层协议提交服务质量信息。

SM层提供配对和密匙分发，实现安全连接和数据交换。

ATT层负责数据检索，允许设备向另外一个设备展示一块特定的数据称之为属性，在ATT环境中，展示属性的设备称之为服务器，与它配对的设备称之为客户端。链路层的主机从机和这里的服务器、客服端是两种概念，主设备既可以是服务器，也可以是客户端。从设备毅然。

GATT层定义了使用 ATT 的服务框架和配置文件（profiles）的结构。BLE 中所有的数据通信都需要经过GATT。

它定义两个 BLE 设备通过叫做 Service 和 Characteristic 的东西进行通信。GATT 就是使用了 ATT（Attribute Protocol）协议，ATT 协议把 Service, Characteristic遗迹对应的数据保存在一个查找表中，次查找表使用 16 bit ID 作为每一项的索引。

GAP直接与应用程序或配置文件（profiles）通信的接口，处理设备发现和连接相关服务。另外还处理安全特性的初始化。对上级，提供应用程序接口，对下级，管理各级职能部门，尤其是指示LL层控制室五种状态切换，指导保卫处做好机要工作。

GAP给设备定义了若干角色，其中主要的两个是：外围设备（Peripheral）和中心设备（Central）。

外围设备 ：这一般就是非常小或者简单的低功耗设备，用来提供数据，并连接到一个更加相对强大的中心设备。例如小米手环。

中心设备 ：中心设备相对比较强大，用来连接其他外围设备。例如手机等

“蓝牙FTP”的功能是将手机作为FTP终端，从而使其他手机可通过FTP软件连接到手机，访问手机中的文件资源。

简单来讲就是用蓝牙搭建一个虚拟网络，把你的手机当作服务器，可以把你手机里面的、音乐、文档等文件共享让别人下载。

5G最擅长的是室内定位，因为5G的穿透力比较差，大范围定位不是5G的强项。自主代客泊车的地下停车场定位是最具备优势的，和完全依靠概率算法的摄像头方案比，通讯的物理定位准确度、稳定性和鲁棒性强之百倍。地下停车场照度低，光线变化剧烈，非常不适合基于摄像头的方案。还有基于物流仓库的室内定位，水平与垂直都要求精度是5-10厘米，远不是摄像头能做到的，UWB方案则成本较高，也有频谱问题。

5G定位技术

在3GPP 23273中定义了5G定位的相关架构。5G定位由UE终端、5G无线接入网、5G核心网组成。运营商依托5G基础网络建设优势，可同步部署5G定位网络，实现通信定位一张网，从而形成统一的5G定位基础设施网络和5G定位中台能力，为第三方客户提供5G网络通信及定位服务。

蓝牙定位：蓝牙定位基于RSSI（Received Signal Strength Indication，信号场强指示）定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备，然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。

根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为主动定位和被动定位和主被动一体定位。

1主动定位-基于蓝牙Beacon的终端侧室内定位方案

主动定位，又叫终端侧蓝牙定位系统。采用高性能蓝牙定位算法，基于低功耗ibeacon蓝牙基站，定位精度在2米以内，支持多种移动终端室内高精度定位导航，具备实时定位、路径规划、反向寻车等功能，可集成到微信公众号、小程序、APP之中。此蓝牙定位系统偏重于室内路径规划和导航应用。

系统构成：由已嵌入或下载好SDK软件包的智能终端设备（安卓iOS手机、平板电脑等）和ibeacon设备组成，也可以在线使用室内地图

工作原理：

在需要定位的区域内部署蓝牙beacon，一般至少需要铺设3个蓝牙beacon信标，定位算法要求至少知道三个点的RSSI值才能准确地计算定位

1）蓝牙Beacon会每隔100毫秒广播一个数据包到周围；

2）当人携带终端设备比如智能手机进入蓝牙beacon信号覆盖范围内，智能手机在执行扫描动作时，会间隔地接收到蓝牙Beacon广播出来的数据包

3）广播包会指示来自于哪一个蓝牙beacon从机的 MAC 地址和当前的接收发送信号强度指示值RSSI。RSSI值是确定蓝牙主机位置和蓝牙Beacon 之间远近距离的依据。

4）然后通过手机内置的定位算法，以及和地图引擎数据库的交互，就可以测算出蓝牙主机（智能手机）当前的具体位置。

3安装方式：蓝牙Beacon单独工作，纽扣电池供电，不需要联网，安装方便；在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙Beacon，电池供电，待机2-5年。

4应用场景：蓝牙终端侧室内定位一般用于超市室内定位导航和精准位置营销等用户终端，比如一些大型超市的室内定位导航和基于位置的推送商品优惠券等。室内定位、导航；营销路径规划、导航；反向寻车；基于位置的精准营销

2被动定位-基于蓝牙网关的网络侧定位方案

被动式蓝牙定位系统，又叫蓝牙探测定位系统。依托于精准的室内定位引擎算法和强大而丰富的蓝牙网关、蓝牙定位标签（手环、工卡、ibeacon等），可实现定位区域全天候不间断人或物的位置探测！此定位系统多用于后台定位监控前台人或物的使用，广泛应用于养老院老人定位、单位访客管理等场景。

系统构成：由蓝牙网关、蓝牙定位标签（蓝牙工卡，蓝牙Beacon，蓝牙手表等蓝牙标签）、终端(手机等带低功耗蓝牙的终端)、无线局域网及后端数据服务器构成。

工作原理：

1）蓝牙定位标签工作在iBeacon广播状态，将自身的MAC地址、电量、心率等信息进行广播；

2）蓝牙网关扫描到蓝牙定位标签的广播信息，将相关信息通过网线或者WiFi传输到后台服务器，后台服务器运行蓝牙定位算法，对有关信息进行计算，获取到蓝牙定位标签的位置信息；

3）终端显示应用软件将蓝牙定位标签的位置信息在显示屏上进行显示，可以实现实时位置跟踪、轨迹回放、电子围栏、心率监测等功能。

安装方式：在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙网关，为需要定位的人或者重要资产配置蓝牙定位标签，网关支持POE交换机和DC 5V直流供电，需要连接网络（有线/无线网络）；

应用场景：

1）与APP结合，可用于室内定位导航；

2）人员定位跟踪；

3）与客流分析软件结合，可用于会展客流统计分析；

4）O2O智能考勤和资产定位：与一些智能卡片结合，可用于资产管理和员工管理。

3主被动一体定位-同步实现定位和导航

主被动一体蓝牙定位系统采用微能信息先进的蓝牙定位引擎算法，蓝牙50网关、蓝牙定位标签和ibeacon等一系列硬件，可以最大限度减少蓝牙50网关的使用，节省用户部署定位硬件的成本，集主动定位的自主导航功能和被动定位的后台定位监测功能优势于一体。此定位方案广泛应用于贵重资产定位管理、景点、医院、停车场定位导航（反向寻车）、养老院智慧养老、展馆博物馆、访客管理等应用场景。

系统构成：由蓝牙Beacon，蓝牙网关，蓝牙工卡及蓝牙定位引擎算法，路由器和定位服务器，终端显示器构成。

工作原理：

1）Beacon工作在广播状态，将自身的MAC地址、电量等信息进行广播；

2）工卡扫描到Beacon的广播信息，将Beacon信息进行转发；

3）蓝牙网关收集工卡信息，将工卡转发出来的Beacon信息发送给定位服务器；

4）定位服务器根据工卡和Beacon信息，计算出工卡位置，终端显示软件将工卡的位置信息进行显示，可以实现实时位置跟踪、轨迹回放、电子围栏等功能。

安装方式：在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙Beacon，蓝牙网关，为需要定位的人或者重要资产配置蓝牙定位标签，网关支持POE交换机和DC 5V直流供电，需要连接网络（有线/无线网络）。

应用场景

展会分析：可实现全面数据统计，查看区域实时人员及设备数量、热力分布、实时电子围栏状况，进出时间等信息；

智慧博物馆：为参观游客提供导航服务的同时后台监控游客的实时位置；

智慧医疗：为来访人员提供导航服务的同时实施监控病院和来访人员的位置；

智慧养老院：通过设置虚拟电子围栏，可以防止老人走失，为老年人的安全提供保障。