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1. General Description (总体描述)

1.1 Link Layer States (链路层状态机)

链路层的操作可以描述为一个包含以下 7 种状态的状态机：

• Standby State(待机状态)
• Advertising State(广播状态)
• Scanning State(扫描状态)
• Initiating State(发起状态)
• Connection State(连接状态)
• Synchronization State(同步状态)
• Isochronous Broadcasting State(等时广播状态)

关键规则：

• 链路层状态机在同一时间只能处于一种状态。
• 设备必须至少拥有一台支持 Advertising 或 Scanning 状态的状态机，但可以有多个状态机实例。
• Connection State (连接状态)包含两种角色：
  • Central Role (中心角色)：从 Initiating 状态进入，负责定义传输时序，可与一个处于外围角色的设备通信。
  • Peripheral Role (外围角色)：从 Advertising 状态进入，与单一的中心角色设备通信。
• 同步接收者 (Synchronized Receiver)：在 Synchronization 状态下接收等时数据包 (BIG) 的设备。
• 等时广播者 (Isochronous Broadcaster)：在 Isochronous Broadcasting 状态下传输等时数据包的设备。

1.1.1 允许的状态和角色组合

设备可以支持多个状态机，支持扫描周期性广播的设备至少需要两个状态机。
如果设备支持表 A 中的组合，则必须同样支持表 B 中的组合：

1.2 Bit Ordering (比特序)

• 链路层规范中的数据包或 PDU 内字段采用小端序 (Little-endian)格式。
• 最低有效位 (LSB, Least Significant Bit)对应b0b_0b0​，且最先在空中传输。
• 举例：3-bit 参数X=3X=3X=3对应二进制0b0110\text{b}0110b011，发送顺序为 1、1、0。文档中写作110。
• 多字节字段 (Multi-octet fields)：除 CRC (循环冗余校验) 和 MIC 外，均需最低有效字节 (Least significant octet) 先传。每个字节内部以 LSB 优先传输。
• 二进制字段 (如 0b10101010) 或多字节值 (如初始 CRC 0x112233445566) 书写时 MSB 位于左侧。

1.3 Device Address (设备地址)

设备通过48位的设备地址和地址类型进行标识，类型分为公有地址 (Public)和随机地址 (Random)。
设备的 Identity Address 是其在发送数据包时使用的公有地址或随机静态地址。

1.3.1 Public Device Address (公有设备地址)

• 除非用作 BR/EDR 控制器的 BD_ADDR，否则没有 LAP 值的限制。

1.3.2 Random Device Address (随机设备地址)

由最高两位决定具体子类型：

1. 静态设备地址 (Static device address)

• 要求：地址的随机部分至少包含一个0和一个1。
• 格式：[ 随机部分 ] + [ 1 1 ](MSB)
• 生命周期：设备可以在电源循环后重新初始化静态地址，但在下一次掉电前不可改变。

2. 私有设备地址生成 (Private device address generation)

• 不可解析私有地址：随机部分至少一个0，至少一个1，且不能等于公有地址。格式为[ 随机部分 ] + [ 0 0 ](MSB)。
• 可解析私有地址 (RPA)：使用 Identity Resolving Key (IRK) 和一个 24-bit 随机数 (prandprandprand) 生成。
  • prandprandprand的随机部分必须至少有一个0和一个1，最高两位为1 0。
  • hashhashhash生成公式（使用 ah 哈希函数）：
    hash=ah(IRK,prand)hash = ah(IRK, prand)hash=ah(IRK,prand)
  • 地址拼接（最低有效字节为 hash 的最低字节，最高有效字节为 prand 的最高字节）：
    randomAddress=prand∥hashrandomAddress = prand \parallel hashrandomAddress=prand∥hash

3. 私有设备地址解析
接收端通过提取 RPA 中的prandprandprand并使用已知的IRKIRKIRK计算本地哈希值来进行验证：
localHash=ah(IRK,prand)localHash = ah(IRK, prand)localHash=ah(IRK,prand)
如果localHashlocalHashlocalHash与 RPA 中提取的hashhashhash匹配，则设备身份解析成功。

1.4 Physical Channel (物理信道)

在 2.4 GHz ISM 频段内划分为40 个 RF 信道。

• Primary advertising channels (主广播信道)：3 个，用于初始广播和所有传统广播活动。
• General-purpose channels (通用信道)：37 个，用于绝大多数通信。

四个 LE 物理信道：Advertising (广播)、Periodic (周期性)、Isochronous (等时)、Data (数据)。只有广播物理信道同时使用主广播信道和通用信道（次级广播信道），其余仅使用通用信道。

物理信道索引映射 (节选)：

• 2402 MHz -> Index 37 (主广播)
• 2404 MHz -> Index 0 (通用)
• 2426 MHz -> Index 38 (主广播)
• 2480 MHz -> Index 39 (主广播)

2. Air Interface Packets (空中接口数据包)

2.1 Packet format for the LE Uncoded PHYs (LE 1M & 2M)

LE Uncoded PHY 的数据包结构如下（各阶段依次传输，保持 1 Msym/s 或 2 Msym/s 符号率）：

(注：不含 CTE 的数据包传输耗时介于 44 至 2128μs\mu\text{s}μs之间)

2.1.2 Access Address (接入地址) 规范

• 长度为 32-bit，不得存在连续 6 个以上的 0 或 1，不得超过 24 次跳变。
• 广播物理信道接入地址固定为：0x8E89BED6(二进制：0b10001110_10001001_10111110_11010110)。
• 等时广播 (Isochronous Broadcasting)会为每个 BIG 随机生成种子接入地址SAA (Seed Access Address)，满足：
  • SAA19=SAA15SAA_{19} = SAA_{15}SAA19​=SAA15​
  • SAA22=SAA16≠SAA15SAA_{22} = SAA_{16} \neq SAA_{15}SAA22​=SAA16​=SAA15​
  • SAA25=0SAA_{25} = 0SAA25​=0
  • SAA23=1SAA_{23} = 1SAA23​=1
  • 对于同一个设备发射的 BIG 对，SAA15−0SAA_{15-0}SAA15−0​的值必须至少有两位不同。
• BIS 的 Access Address由 SAA 与该逻辑传输的 Diversifier Word (DWDWDW) 按位异或得出。DWDWDW派生公式为：
  • D=((35×n)+42)(mod128)D = ((35 \times n) + 42) \pmod{128}D=((35×n)+42)(mod128)(其中 n 为 BIS_Number)
  • DW=0bD0D0D0D0D0D0D1D6_D10D5D40D3D20DW = \text{0b}D_0D_0D_0D_0D_0D_0D_1D_6\_D_10D_5D_40D_3D_20DW=0bD0​D0​D0​D0​D0​D0​D1​D6​_D1​0D5​D4​0D3​D2​0

2.2 Packet format for the LE Coded PHY (编码物理层包格式)

所有物理信道使用的 LE Coded PHY 数据包结构如下 (1 Msym/s)：

1. Preamble (80μs\mu\text{s}μs)：无编码。
2. FEC Block 1 (前向纠错块1)：
   • 采用S=8S=8S=8编码。
   • 包含字段：Access Address (256μs\mu\text{s}μs), Coding Indicator (CI, 16μs\mu\text{s}μs), TERM1 (24μs\mu\text{s}μs)。
   • CI (编码指示器)：决定 FEC Block 2 采用哪种编码方案。
3. FEC Block 2 (前向纠错块2)：
   • 采用S=2S=2S=2或S=8S=8S=8编码。
   • 包含字段：PDU (N×8×S μsN \times 8 \times S\ \mu\text{s}N×8×Sμs), CRC (24×S μs24 \times S\ \mu\text{s}24×Sμs), TERM2 (3×S μs3 \times S\ \mu\text{s}3×Sμs)。