蓝牙规范由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称 Bluetooth SIG / SIG）维护。

核心规范是 Bluetooth Core Specification 6.3，有多个版本。

BLE（Bluetooth Low Energy）是蓝牙核心规范里的低功耗子集，从 4.0 开始引入，向下兼容。

蓝牙版本#

蓝牙 5.x 为目前消费物联网量产主力

协议栈架构#

BLE 协议栈分两层：主机（Host） 和 控制器（Controller），中间通过 HCI（Host Controller Interface）通信。

参考：Part A. Architecture

角色（Role）#

手机通常是 Central，智能设备通常是 Peripheral。

广播信道 PDU#

Advertising Channel PDU

┌──────────────────────────┬───────────────────────────┐
│ Header (2 bytes)         │ Payload (1~37 bytes)      │
└──────────────────────────┴───────────────────────────┘

Header 字段#

bit15 ~ bit0

1. PDU Type (bit 15~12) 4 bits，决定PDU 的种类：

   值	类型	用途
   0b0000	ADV_IND	可连接、可扫描广播（最常用）
   0b0001	ADV_DIRECT_IND	定向可连接广播（指定设备）
   0b0010	ADV_NONCONN_IND	不可连接、不可扫描（纯 beacon）
   0b0011	SCAN_REQ	扫描请求
   0b0100	SCAN_RSP	扫描响应
   0b0101	CONNECT_REQ	连接请求
   0b0110	ADV_SCAN_IND	可扫描、不可连接
   0b0111-0b1111	Reserved	保留

2. TxAdd / RxAdd (bit 11 / bit 10) 地址类型标志位，决定设备地址是 Public 还是 Random：

   Bit	值	含义
   TxAdd (bit 11)	0	发送方地址是 Public
   TxAdd (bit 11)	1	发送方地址是 Random
   RxAdd (bit 10)	0	接收方地址是 Public
   RxAdd (bit 10)	1	接收方地址是 Random

   不同类型的 PDU Type 的 Payload ，可能会有 6 字节的发送方或（和）接收方地址，这两个 bit 就是告诉 LL 解析器地址该用哪种类型解。

3. 保留位 (bit 9 ~ 8)

4. Length (bit 7 ~ 2)

   6 bits，Payload 字节数，有效范围 1 ~ 37（5.x 之后最大可到 255，取决于 PDU 类型）。

5. 保留位 (bit 1 ~ 0)

Payload 结构#

• ADV_IND Payload

┌──────────────────┐
│   AdvA (6B)      │ 
│   AdvData (≤31B) │
└──────────────────┘

详见：Volume 6. Low Energy Controller/Part B. Link Layer Specification/2.3.1. Advertising PDUs

• SCAN_REQ Payload

┌──────────────────┐
│   ScanA (6B)     │
│   AdvA (6B)      │
└──────────────────┘

• SCAN_RSP Payload

┌──────────────────────┐
│   AdvA (6B)          │
│   ScanRspData (≤31B) │
└──────────────────────┘

详见：Volume 6. Low Energy Controller/Part B. Link Layer Specification/2.3.2. Scanning PDUs

• CONNECT_REQ Payload

Offset  Size   字段                        说明
──────────────────────────────────────────────────────────
0       6B     InitA                      发起者（Central）地址
6       6B     AdvA                       接收者（Peripheral）地址
12      4B     AA (Access Address)        连接通道接入地址（固定 0x8E89BED6）
16      3B     CRCInit                    CRC 初始化值
19      1B     WinSize                    传输窗口大小
20      1B     WinOffset                  传输窗口偏移
21      2B     Interval                   连接间隔（1.25ms 单位）
23      2B     Latency                    从机延迟（连接事件数）
25      2B     Timeout                    监控超时（10ms 单位）
27      3B     ChM (Channel Map)          37 个数据频道使用位图
30      2B     Hop (Hop Increment + Sleep) 跳频增量 + CSA #2 标志
32      1B     SCA                        Central 时钟精度
──────────────────────────────────────────────────────────
                                       总 34 字节

关键参数：

超时必须满足： Timeout > (1 + Latency) × Interval × 2

详见：Volume 6. Low Energy Controller/Part B. Link Layer Specification/2.3.3. Initiating PDUs

广播行为#

1. 在LL层，广播在 37/38/39 三个广播频道上循环发送
   • Channel 37 (2402 MHz) → 发送 ADV_IND
   • Channel 38 (2426 MHz) → 发送 ADV_IND
   • Channel 39 (2480 MHz) → 发送 ADV_IND
2. 然后短暂进入扫描窗口，等待扫描请求并响应

从设备（Peripheral）对外发送广播包，包含：

• 设备地址（MAC）
• 广播数据（厂商 ID、设备名称等，可自定义）

主设备（Peripheral）发送扫描帧，从设备回复：

• 扫描响应数据（更长，可按需填写）

主设备收到从设备的广播数据和扫描响应数据后，通知主设备的应用层。

Data 格式#

每一帧的长度最大31个字节，每帧数据可以包含多个字段，每个字段的格式为 Length(1B), Type(1B), Data(nB)。

具体格式见：Advertising and Scan Response data format

关于 Type 的枚举见 Assigned Numbers Document 的2.3 Common Data Types

GATT 模型#

GATT 是 BLE 应用开发最核心的部分，定义了一套树形数据结构：

Server（从设备）
 └── Profile（配置文件 — 预定义的功能集合）
      └── Service（服务 — 完整的功能模块）
           ├── Characteristic（特征值）— 最小的数据单元
           │    ├── Properties（读写/通知/指示等）
           │    ├── Value（数据值）
           │    └── Descriptor（描述符，可选）
           └── Characteristic
      └── Service

Example — 心率服务：

Heart Rate Service (0x180D)
 └── Heart Rate Measurement (0x2A37)  ← Characteristic
      ├── Properties: Notify
      ├── Value: 心率数值
      └── CCCD Descriptor (使能通知)

ATT 协议#

ATT 是 GATT 的底层传输协议，将所有数据抽象为 Attribute（属性）：

Attribute = Handle（句柄） + Type（UUID） + Permissions（权限）

每个 Attribute 有：

• Handle：16-bit 句柄，像内存地址，唯一标识
• Type：UUID，区分是 Service、Characteristic 还是 Descriptor
• Value：实际数据
• Permissions：读/写/加密等权限

通用 UUID#

SIG（蓝牙技术联盟）定义了大量标准 Service/Characteristic UUID：

私有服务用自定义 16-bit 或 32-bit UUID。

参考资料#

• Bluetooth Core Specification
• Assigned Numbers
• GATT Specification Supplement