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更短连接间隔

更短连接间隔(SCI)将最小连接间隔从 7.5 毫秒(ms)缩短至 375 微秒(µs),能够为高性能人机接口设备(HID)、实时人机交互(HMI)系统以及传感器设备提供更快的响应速度。

低功耗(LE)采用可配置的连接间隔,以平衡无线设备的延迟、吞吐量和功耗。以往,最小连接间隔为 7.5 毫秒,分辨率为 1.25 毫秒,这对于许多应用场景而言已足够,但对于增强现实(AR)/ 虚拟现实(VR)、游戏以及实时传感等对延迟敏感的应用场景则存在限制。

最新的 Bluetooth® 规范将最小连接间隔缩短至 375 微秒,分辨率为 125 微秒。这使得亚毫秒级的通信周期成为可能,能够支持更快的数据交换和更灵敏的用户体验。

更短连接间隔(SCI)增强功能通过将支持的最小连接间隔缩短至仅 375 微秒(分辨率为 125 微秒)来解决延迟问题。为支持这一变更,规范引入了以下几项关键更新:

新的链路层控制协议数据单元(PDU):用于协商新的更短连接间隔。

更新的 HCI 命令和事件:为主机提供对连接参数更强的控制能力。

功能交换机制:允许设备表明对该新功能的支持情况。

可刷新 ACL 数据支持:防止传输缓冲区中累积过期数据。

为在新模型下有效管理连接间隔,SCI 引入了一个三值框架,用于协商和应用时序参数,具体如下表所示:

连接值

描述

用途

基准连接间隔值(BCV)

不支持 SCI 时的默认连接间隔范围

7.5 毫秒及以上,以 1.25 毫秒为增量

舍入连接间隔值(RCV)

支持 SCI 时的强制连接间隔范围

1.25 毫秒及以上,以 1.25 毫秒为增量

扩展连接间隔值(ECV)

支持 SCI 时可用的可选扩展范围,这些值由从设备通过上层传达给主设备

支持低于 1.25 毫秒的连接间隔,最低可达 375 微秒(以 125 微秒为单位);同时也支持 1.25 毫秒以上、分辨率为 125 微秒的连接间隔(例如 32 毫秒,这是 BCV 无法实现的)

功能支持与协商

在启动更短间隔流程之前,设备会交换功能信息。

新的功能位包括:

更短连接间隔 —— 控制器支持(发送给对等设备)

更短连接间隔 —— 主机支持(发送给对等设备,由主机控制)

低功耗(LE)可刷新 ACL 数据(由主机控制,不发送给对等设备)

规则如下:

若两个对等设备均声明支持更短间隔功能,则可使用新的链路层 PDU。

否则,连接间隔仍限制在基准连接间隔值(BCV ≥ 7.5 毫秒,以 1.25 毫秒为增量)范围内。

若未设置 “低功耗(LE)可刷新 ACL 数据” 功能位,主机无法将数据标记为可刷新,控制器必须传输所有 ACL PDU。

实际上,可刷新 ACL 数据功能与更短连接间隔相辅相成,能在数据速率提高时防止过时流量累积。

新的链路层控制协议数据单元(PDU)

由于传统的 LL_CONNECTION_UPDATE_IND PDU 对于低延迟应用不够灵活,因此新增了两个用于连接速率协商的 PDU:

LL_CONNECTION_RATE_REQ:由从设备发送,包含新时序参数的完整提议。

LL_CONNECTION_RATE_IND:由主设备发送,在特定事件计数时刻(Instant)确认并强制执行最终参数。

LL_CONNECTION_RATE_REQ——“提议”
该 PDU 由从设备发送,用于提议更新连接参数。它会提供可接受的连接间隔范围、最小和最大子速率因子、最大从设备延迟、数据传输后所需的连续活动事件数量、监督超时时间、首选周期,以及最多四个参考特定连接事件计数器的候选锚点偏移量。

其关键语义如下:

Interval_Min / Interval_Max:定义连接间隔(connInterval)的允许范围,以 125 微秒为单位,主设备必须选择在此范围内的值。

SubrateFactorMin / SubrateFactorMax:定义子速率因子的允许范围,这些值与延迟共同受约束:SubrateFactorMax × (Max_Latency + 1) ≤ 500。

Max_latency:以子速率后的事件数表示,与所选的实际子速率因子无关。

ContinuationNumber:数据事件后必须保持活动状态的后续事件的最小数量,适用于类似 HID 的流量。

Timeout:监督超时时间,以 10 毫秒为单位。

PreferredPeriodicity:表明提议的间隔理想情况下应为该值(以 125 微秒为单位)的整数倍,值为 0 表示无偏好。

ReferenceConnEventCount:用于评估所提供偏移量的参考计数器。

Offset0..Offset3:最多四个候选锚点偏移量(分辨率为 125 微秒),每个偏移量必须唯一且有效,值为 0xFFFF 表示该偏移量未使用。

主设备收到该 PDU 后,要么发送 LL_CONNECTION_RATE_IND 以接受并确定最终参数,要么发送 LL_REJECT_EXT_IND 以拒绝该请求。

LL_CONNECTION_RATE_IND——“确认与强制执行”
该 PDU 仅由主设备发送,用于确认所选的最终参数。“Instant” 字段定义新参数生效时的确切连接事件计数器值。

其关键点包括:

Interval:所选的连接间隔(connInterval),必须在 LL_CONNECTION_RATE_REQ 提供的范围内。

WinOffset(transmitWindowOffset):切换后第一个事件相对于旧锚点的偏移量。

Instant:定义切换时间点的事件计数器。

SubrateFactor、latency、ContinuationNumber、timeout:主设备应用的最终值。

从设备在 “Instant” 时刻设置新参数,双方必须保持同步,以确保无缝过渡。

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