Bluetooth Packet Format 및 Connection 절차

Packet Format 및 Advertising 방법

Preamble

• Receiver에서 Frequency 동기화
• Symbol timing estimation
• AGC(Automatic Gain Control)
• 10101010b, 01010101b로 구성
• Access Address의 LSB Address가 1이면 01010101b, 이외에는 모두 10101010b

Access Address

• Advertising Packet은 10001110100010011011111011010110b (0x8E89BED6)
• Data Packet은 두 Device의 Link layer connection에 따라서 변경

PDU

• Protocol Data Unit

CRC

• Cyclic Redundancy Check

Advertising Packet Size :

• Header : Advertising Header 1Byte, Payload Length 1 Byte
• Payload: Advertiser Address : 6Byte, Advertising Data : 0-31Byte

Data Packet Size :

• Header : Data Header 1Byte, Payload Length 1Byte
• Payload : L2CAP Length 2Byte, L2CAP CID 2Byte, Data 0-21Byte, MIC(Message Integrity Check) 3Byte
• Data Payload Size는 암호화 여부에 따라서 차이 발생
• 암호화를 진행하면 MIC를 포함, 암호화하지 않으면 MIC를 포함하지 않음
• 암호화하지 않는 경우 Data Payload size : 0-27Byte
• 암호화하는 경우 Data Payload size : 0-31Byte

Advertising 작동 방식

Advertising Interver예

• Advertising Interval Min : 20ms
• Advertising Interval Max : 80ms

Passive Scan : Central Device에서 Slave에서 보내는 기본 Advertising Packet을 수신하고 추가적인 정보를 요청 하지 않음.

Active Scan : Central Device에서 Slave에서 보내는 기본 Advertising Packet을 수신하고 추가적인 정보를 요청.

Advertisement packet 포함 정보

• Device 상태 정보 : Discoverability and connectability mode
• Advertiser Address
• TX Power level
• Support Service
• Application data

Scan Response packet 포함 정보

• Device name
• Support service(Profiles)

Advertising PDU 종류

• ADV_IND : connectable undirected advertising event
• ADV_DIRECT_IND : connectable directed advertising event
• ADV_NONCONN_IND : non-connectable undirected advertising event
• ADV_SCAN_IND : scannable undirected advertising event
• SCAN_REQ
• SCAN_RSP
• CONNECT_REQ

Data PDU 종류

• LL Data PDU
• LL Control PDU
  • LL_CONNECTION_UPDATE_REQ
  • LL_CHANNEL_MAP_REQ
  • LL_TERMINATE_IND
  • LL_ENC_REQ
  • LL_ENC_RSP
  • LL_START_ENC_REQ
  • LL_START_ENC_RSP
  • LL_UNKNOWN_RSP
  • LL_FEATURE_REQ
  • LL_FEATURE_RSP
  • LL_PAUSE_ENC_REQ
  • LL_PAUSE_ENC_RSP
  • LL_VERSION_IND
  • LL_REJECT_IND

Bluetooth Specification Version 4.0 Volume 6 Part B 2.4 참조

Connection Process

BLE Module 구매

블루투스5 Long Range

Bluetooth 5는 이전 Bluetooth 4.2 버전보다 약 4배 향상된 통신 거리를 지원합니다.LE Coded PHY의 통신 속도 감소와 최대 출력의 향상으로 지원합니다.● 최대 출력 : 10dBm에서 20dBm으로 향상● 통신 속도 : LE Coded PHY PDU를 이용하여 125Kbps으로 감소.

Bluetotoh Module : http://storefarm.naver.com/wirelessmd

블루투스 5 속도 향상 - 2

Bluetooth LE Advertising Extension은 3개의 Advertising channel을 이용할 때 저속 125Kbps 처럼 저속을 지원하는 경우 발생할 수 있는 Channel의 혼잡 및 대용량 Data 전송의 점유 시간을 완화하기 위하여 도입되었습니다.
Extended Advertising PDU (Broadcast only event)
● ADV_EXT_IND : Primary channel을 이용, Advertising Data 없이
   AUX_ADV_IND Packet의 Secondary channel number와 Timing offset 정보
   Broadcast하여 수신자가  AUX_ADV_IND Packet을 정확하게 수신 할 수 있도록 지원.
● AUX_ADV_IND : 처음 Advertisement data를 포함하고, 추가 Data가 존재하면
   AUX_CHAIN_IND Packet의 이 존재하면, Timing과 Channel 정보 표시.
● AUX_CHAIN_IND : Broadcast data 전송을 완료할 때까지 계속되며, 다음 
   AUX_CHAIN_IND Packet의 , Timing과 Channel 정보 표시.
● AUX_SYNC_IND : 고정된 주기로 Data 전송하며, 압축된  Audio 전송에 이용

Laird Technology 자료 인용 : http://www.summitdata.com/blog/whats-new-with-bluetooth-5-0/

Bluetooth 5 지원 모듈 구매 정보 : http://storefarm.naver.com/wirelessmd

블루투스 5 속도 향상 - 1

Bluetooth 5는 기존의 Physical Layer(PHY)에 2개의 형태를 추가하여 고속과 장거리를 지원합니다.

• LE 1M PHY : 기존 Bluetooth 4
• LE 2M PHY : Bluetooth 5 추가 - 고속 지원
• LE Coded PHY : Bluetooth 5 추가 - 장거리 지원
  • With S = 8 (125kbit)
  • With S = 2(500Kbit)

아래 그래프에서 표시하는 속도는 각 Physical Layer의 대역폭에 따른 속도입니다.

Fig. 1 Bluetooth 5 data packet size/throughput chart
      (원본 : Nordic Semiconductor homepage : https://www.nordicsemi.com/eng/Products/Bluetooth-5)

와이어리스엠디 : 네이버쇼핑 스토어팜

블루투스, Bluetooth, BLE, WiFi, 와이파이, RF등 무선 관련 솔루션을 제공합니다.

storefarm.naver.com

Bluetooth Module 구매 : 

nRF52840/nRF52832 bluetooth 5.0 지원 기능

nRF52840/nRF52832 Chip은 Bluetooth 5 지원 Chip 입니다.

Bluetooth 5에 추가된 새로운 기능별로 지원여부는 표와 같습니다.

​

Bluetooth 5 기능	nRF52840	nRF52832
Long range	O	X
Higher throughput	O	O
Increased broadcast capacity	O	O

nRF52832 Chip base module

지원 모듈 구매 정보 : http://storefarm.naver.com/wirelessmd/products/466089421

MDBT42 Bluetooth 4.2 Module : 와이어리스엠디

Bluetooth 4.2 Low Energy Module

storefarm.naver.com

Bluetooth 5.0 새로운 기능

2016년 12월 7일 Bluetooth 5.0 기능이 정식으로 릴리즈되었습니다

Bluetooth 5.0의 새로운 기능은 다음과 같습니다.

   - Bluetooth 4.2 보다 BLE 2배 속도 지원     Bluetooth 5.0은 대역폭을 2Mbps 증가시켜, 무선 디바이스의 Firmware update 기능을 

     좀더 신뢰할 수 있도록 구현할 수 있는 기능을 지원합니다.   - Bluetooth 4.2 보다 4배 증가한 송 수신 거리 지원     대역폭을 늘림으로 소비전력을 비슷한 수준으로 유지하며 송수신 거리를 4배 증가된 

     거리를 지원합니다.  - 8배의 Advertising Packet size 지원    31 옥텟에서 255옥텟으로 8배 증가한 브로드캐스팅 메시지 용량을 제공합니다.    3개의 광고 채널에서 최대 37개의 광고 채널로 광고 데이터를 오프로드하는 기능을 지

    원합니다.

Bluetooth 4.2 Data Length Extension : Throughput 확대

Length 확대 : 5bit – 8bit

Bluetooth Version 4.1에서 Bluetooth Version 4.2로 변경되며 Data Protocol Unit의 Header 필드에서 3Bit RFU 필드를 모두 Length 필드로 사용하여 총 8Bit를 이용하여 Maximum Payload가 기존 27Byte에서 251Byte로 변경되었습니다.

DLE Process

DLE 장점

• 저전력 구현 : 전송횟수 감소
• 속도 증가 : 250% 증가

DLE Application

• 안정적인 OTA Application
• IPv6