11.5. การเชื่อมต่อ

เมื่ออุปกรณ์ central เลือก peripheral จากสตรีมโฆษณาและส่ง คำขอเชื่อมต่อ ทั้งสองฝั่งจะออกจากโหมดโฆษณา/สแกน และเข้าสู่ การเชื่อมต่อ วิทยุจะกำหนดเวลาการทำงานบนช่องข้อมูลของ link layer โดยกระโดดสุ่มเทียมระหว่างช่องเหล่านั้นตามลำดับที่ตกลงกันเมื่อเชื่อมต่อ ทุกอย่างเหนือ link layer ไม่ว่าจะเป็น GATT, security, L2CAP ล้วนทำงานบนการเชื่อมต่อที่สร้างขึ้นที่นี่

11.5.1. เหตุการณ์การเชื่อมต่อ

อุปกรณ์สองตัวในการเชื่อมต่อ BLE ไม่ได้ส่งข้อมูลต่อเนื่องตลอดเวลา ทั้งคู่จะตกลงกันในเรื่อง ช่วงเวลาการเชื่อมต่อ และในทุกช่วงเวลา ทั้งสองฝั่งจะปลุกวิทยุ แลกเปลี่ยนแพ็กเกตที่อยู่ในคิว ยืนยันสิ่งที่ได้รับ แล้วก็กลับไปสแตนด์บาย การแลกเปลี่ยนแต่ละครั้งเรียกว่า เหตุการณ์การเชื่อมต่อ

A timeline with the central on the top track and the peripheral on the bottom track. At each connection interval boundary both tracks show a short pulse labelled "TX/RX". The gap between pulses is labelled "connection interval"; the duration of each pulse is "connection event". The peripheral has a few skipped events labelled "peripheral latency: peripheral may skip if idle".

วิทยุในแต่ละฝั่งจะตื่นเฉพาะในช่วงเหตุการณ์การเชื่อมต่อสั้นๆ โดยทุกอย่างอื่นจะอยู่ในโหมดสลีป peripheral อาจข้ามเหตุการณ์ได้ภายใต้ peripheral latency

ตัวเลขที่ควบคุมการทำงานเหล่านี้จะถูกเจรจาตอนเชื่อมต่อและ link layer จะบังคับใช้ ค่าเหล่านี้จะปรากฏต่อแอปพลิเคชันทั้งในรูปแบบของตัวปรับแต่งฝั่งคำขอและค่าผลลัพธ์ที่รายงานกลับมา

  • ช่วงเวลาการเชื่อมต่อ ตั้งแต่ 7.5 ms ถึง 4 s ในขั้นตอน 1.25 ms ฝั่ง central จะเลือกค่าตามที่ peripheral ร้องขอ เว้นแต่คำขอนั้นไม่สมเหตุสมผล ช่วงเวลาที่สั้นกว่าจะส่งข้อมูลด้วยเวลาแฝงที่ต่ำกว่าแต่ใช้วิทยุมากกว่า ในขณะที่ช่วงเวลาที่ยาวกว่าจะประหยัดพลังงานแต่ทำให้การรับส่งข้อมูลแต่ละรอบช้าลง

  • Peripheral latency. จำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบ N peripheral ได้รับอนุญาตให้ข้ามเหตุการณ์การเชื่อมต่อได้มากถึง N เหตุการณ์เมื่อไม่มีอะไรส่ง โดยกลับไปสลีปแทนที่จะปลุกวิทยุสำหรับการแลกเปลี่ยนที่ว่างเปล่า มีประโยชน์สำหรับ sensor ที่ตื่นขึ้นมารายงานทุกวินาทีแต่ต้องการช่วงเวลาการเชื่อมต่อที่ ตอบสนองได้ ต่ำสำหรับข้อความเร่งด่วนที่เกิดขึ้นไม่บ่อย

  • Supervision timeout. ตั้งแต่ 100 ms ถึง 32 s หากฝั่งใดฝั่งหนึ่งไม่ได้ยินจากอีกฝั่งนานเท่านี้ การเชื่อมต่อจะถูกประกาศว่าสูญหายและทั้งสองฝั่งจะกลับไปโฆษณา/สแกน ค่า timeout จะต้องนานกว่า connection_interval * (1 + peripheral_latency) ซึ่ง link layer จะปฏิเสธค่าที่ละเมิดเงื่อนไขนี้

aioble.Device.connect() รับพารามิเตอร์ min_conn_interval_us และ max_conn_interval_us เพื่อให้ central สามารถขอช่วงเวลาเฉพาะได้ ค่าจริงที่วิทยุตั้งค่าไว้สามารถอ่านกลับผ่านการกำหนดค่า link layer หลังจากการเชื่อมต่อขึ้นมาแล้ว

11.5.2. ความหมายของ "central" และ "peripheral" ภายในการเชื่อมต่อ

บทบาทที่กำหนดในช่วงโฆษณาจะคงอยู่หลังจากการเชื่อมต่อขึ้นมาแล้ว:

  • central ขับเคลื่อนจังหวะเวลา โดยเป็นเจ้าของฝั่ง master ของลำดับการกระโดดช่องสัญญาณและเหตุการณ์การเชื่อมต่อ

  • peripheral เป็นฝ่ายตอบสนอง สามารถขอเปลี่ยนพารามิเตอร์การเชื่อมต่อ (เช่น ช่วงเวลาที่ช้าลงเพื่อประหยัดพลังงาน) แต่ central เป็นผู้ตัดสินว่าจะยอมรับหรือไม่

บทบาทเหล่านี้เป็นอิสระจากการโฮสต์ฐานข้อมูล GATT ซึ่งเป็นมิติที่แยกต่างหาก ตามแบบแผน peripheral จะเป็น GATT server และ central จะเป็น GATT client แต่ BLE อนุญาตให้ฝั่งใดก็ได้โฮสต์ GATT services กล้องแทบทุกตัวปฏิบัติตามแบบแผน: peripheral + server สำหรับแอปพลิเคชัน "กล้องเผยแพร่ข้อมูล" และ central + client สำหรับแอปพลิเคชัน "กล้องอ่านจาก sensor"

11.5.3. หน่วยส่งข้อมูลสูงสุด (MTU)

link layer จะส่งแพ็กเกตที่สั้นตามค่าเริ่มต้น ได้แก่ 27 ไบต์ของ payload ซึ่งมีเพียง 23 ไบต์เท่านั้นที่ GATT ใช้งานได้ นั่นเพียงพอสำหรับการอ่านค่าเล็กๆ หรือคำสั่งสั้นๆ แต่เล็กมากเมื่อเทียบกับข้อมูลหลายไบต์ ทั้งสองฝั่งสามารถเจรจาเพิ่มค่านี้ขึ้น จนถึงขีดจำกัดที่ radio firmware รองรับ (โดยทั่วไปหลายร้อยไบต์บนตัวควบคุมสมัยใหม่)

aioble API ขับเคลื่อนการเจรจาผ่าน aioble.DeviceConnection.exchange_mtu() และผลลัพธ์จะปรากฏบน attribute mtu MTU ที่ใหญ่ขึ้นหมายถึงการรับส่งข้อมูลน้อยรอบสำหรับค่าที่ใหญ่กว่า ~20 ไบต์ โดยแลกกับหน่วยความจำบัฟเฟอร์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย

11.5.4. อายุการใช้งาน

การเชื่อมต่อจะคงอยู่จนกว่าจะเกิดสิ่งใดสิ่งหนึ่งต่อไปนี้:

  • ฝั่งใดฝั่งหนึ่งเรียก disconnect(),

  • supervision timeout หมดอายุ (อยู่นอกพิสัย วิทยุปิด หรืออีกฝ่ายเกิดข้อผิดพลาด) หรือ

  • ความล้มเหลวของ link layer อย่างชัดเจน (encryption ไม่ตรงกัน หรือการจับคู่ถูกปฏิเสธ)

เมื่อการเชื่อมต่อหลุด ทุก GATT operation ที่อยู่ในคิวหรือกำลังดำเนินการอยู่จะยก aioble.DeviceDisconnectedError และบล็อก async with connection ทุกบล็อกที่แอปพลิเคชันอยู่จะออกได้อย่างสะอาด peripheral มักจะตอบสนองโดยกลับไป aioble.advertise() และรอ central ตัวต่อไป ส่วน central จะตอบสนองโดยสแกนใหม่หรือแสดงการตัดการเชื่อมต่อให้แอปพลิเคชันทราบ

อายุการใช้งานเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ aioble มีประโยชน์ BLE API แบบ synchronous จะต้องเปิดเผย disconnect callbacks และ event masks แต่เวอร์ชัน asyncio จะเปลี่ยนการตัดการเชื่อมต่อให้เป็น exception ภายใน coroutine ที่กำลังรอ operation ซึ่งนั่นคือสิ่งที่การล้างข้อมูล async with ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการ