BLE链路层信道选择算法浅析

Channel Map

Channel Map是标记了哪些信道用于数据连接，哪些信道不用于数据连接，我们知道BLE的数据信道包含物理信道0到物理信道36在内的共37个信道，下表是一个Channel Map的例子

物理信道号	是否使用
信道0	使用
信道1	不使用
信道2	使用
信道3	使用
信道4	不使用
信道5	使用
...	...
信道36	使用

建立连接的过程中，发起者会向广播者发送连接请求（CONNECT_REQ），在这个连接请求中就包含了Channel Map，这个Channel Map是由发起者的应用层设置到链路层的。之后两个已连接的设备就使用这个Channel Map进行通信

HopIncrement

HopIncrement是一个跳信道间隔值，它影响下一次跳频后所在的信道与当前信道的信道间隔。HopIncrement也包含在发送连接请求（CONNECT_REQ）的报文中。

信道选择算法

信道选择算法还涉及到另外两个变量：unmappedChannel和lastUnmappedChannel，它们之间的换算关系如下：

unmappedChannel = (lastUnmappedChannel + hopIncrement) mod 37

其中，设备建立连接后，lastUnmappedChannel初始化为0；当一个连接事件关闭之后，lastUnmappedChannel被赋值为unmappedChannel

得到unmappedChannel之后，如果unmappedChannel所指向的信道号在Channel Map列表里被标记为已使用，那么就用unmappedChannel作为本次连接事件的信道

如果unmappedChannel所指向的信道号在Channel Map列表里被标记为未使用，那么需要重新映射可用信道列表，那么什么是可用信道列表呢？

本文开头有一个Channel Map，那么这个Channel Map对应的可用信道列表如下表所示：

物理信道号	是否使用
信道0	使用
信道2	使用
信道3	使用
信道5	使用
信道36	使用

可知这个可用信道列表只包含已使用的信道，那么重映射算法如下：

remappingIndex = unmappedChannel mode numUsedChannels

numUsedChannels是可使用的信道的数量，也即是可用信道列表的长度（上表中为5个）。计算出的remappingIndex作为可用信道列表的索引，例如，如果remappingIndex值是3，那么查看上文中的可用信道列表可知，索引值3对应信道5，那么就把信道5作为本次连接事件使用的信道。

代码实现

下面用一个简单示例来描述这个算法：

#include <stdio.h>


int channelMap[] = {10, 21, 22, 23 };
int hopIncrement = 2;
int lastUnmappedChannel = 0;
int unmappedChannel = 0;
int remappingIndex = 0;

int channelSelection(void)
{
    int numUsedChannels = sizeof(channelMap)/sizeof(int);
    int channel;
    unmappedChannel = (lastUnmappedChannel + hopIncrement) % 37;
    for (int i=0; i<numUsedChannels; i++) {
        if (unmappedChannel == channelMap[i]) {
            channel = unmappedChannel;
            goto exit;
        }
    }

    remappingIndex = unmappedChannel % numUsedChannels;
    channel = channelMap[remappingIndex];
exit:
    lastUnmappedChannel = unmappedChannel;
    return channel;
}

int main(void)
{
    for (int i=0; i<5; i++) {
        printf("Current Channel Index: Channel: %d\n", channelSelection());
    }

    return 0;
}

结果如下所示：

Current Channel Index: Channel: 22
Current Channel Index: Channel: 10
Current Channel Index: Channel: 22
Current Channel Index: Channel: 10
Current Channel Index: Channel: 10