Bluetooth MESH探究 --- (6) BLE core spec之广播信道防冲突与数据信道选择

我们知道BLE有3个广播信道，37个数据信道。那么，如果多个临近的BLE节点都在同一个广播信道发送广播消息，就可能会造成冲突。BLE的链路层是如何解决不同BLE节点的冲突问题呢？

 

在节点进入advertising state时，它会广播advertising events，协议中规定每个event的时间为：

T_advEvent = advInterval +advDelay
 

其中，advInterval是0.625ms的整数倍，取值范围在20ms与10.24s之间。

advDelay是一个伪随机数，它的取值范围是0到10ms。

 

从上面的公式可以看出，如果advInterval取值较大，将会降低出现冲突的概率，也降低了节点的功耗，但是，同时也会加大连接建立的时延。反之，如果advInterval取值较小，将会增加冲突概率和节点功耗，好处就是降低连接建立时延。

 

随机数advDelay可以在一定程度上降低advInterval相同的两个节点所发送的广播包的冲突概率。

 

下图是广播事件消息的时序示意图(图片来源于BLE协议规范)：



一个节点发送完广播消息之后，如果接收到广播消息的节点希望建立连接。此时，它们之间是如何选择并确定数据信道的呢？

 

BLE链路层信道选择的算法流程如下：

(1) 首先，Master node在收到Slave node的广播消息之后，会发送CONNECT_REQPDU，其中，携带channel map用于通知slave node哪些信道可以用于数据连接，哪些信道不可以用于数据连接；

 

(2) 节点根据如下公式首先计算unmappedChannel：

unmappedChannel =(lastUnmappedChannel + hopIncrement) mod 37
其中，如果本次发送的event是数据连接的第一个connection event，上式中的lastUnmappedChannel为0；

hopIncrement的值在CONNECT_REQ PDU中指定，它是一个跳信道间隔值，影响两次数据传输信道的间隔。

当一个连接event结束时，unmappedChannel值被赋予lastUnmappedChannel。

 

(3) 得到unmappedChannel值之后，将该值与channelmap中可以使用的信道列表进行对比，如果在可以使用的数据信道列表中，找到了unmappedChannel，则使用该unmappedChannel作为本次连接event的信道。

(4) 如果unmappedChannel存在于不可用信道列表中，那么，需要将unmappedChannel重新映射到可用信道列表。使用如下公式：

remappingIndex =unmappedChannel mod numUsedChannels
其中，numUsedChannels表示channel map中可用信道的数量。
 

算法的流程图如下图所示(图片来源于BLE协议规范)：



下面以一个例子解释信道选择算法：

(1) 假设hopIncrement = 2，channel map中可用信道列表包含：24,25,26,27;

(2) 某次连接的第一个连接event所选择的信道应该计算为：

unmappedChannel = (0 + 2)mod 37 = 2；

在可用信道列表中(24,25,26,27)没有2，那么需要重映射;

remappingIndex = 2 mod 3 = 2；

那么，第一次选定的信道应该为25.