GAP：设备角色与网络拓扑

GAP：设备角色与网络拓扑

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蓝牙LE协议支持两种通信方式：面向连接的通信和广播通信。

定义

面向连接的通信：设备之间建立专用连接，实现双向数据交换。
广播通信：设备无需建立连接，通过广播数据包向范围内所有设备发送数据。

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GAP层定义了蓝牙LE网络中节点的具体设备角色，这些角色决定了设备如何广播自身、如何扫描和连接其他节点。广播（Advertising）与扫描（Scanning）过程让设备能够知道彼此的存在及连接方式。要连接，需有一台设备广播自己并允许连接，另一台设备进行扫描搜寻可连接设备。

定义

广播：向周围发送广播包，既可以仅广播数据，也可被其他设备发现。
扫描：监听周围的广播包。

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中心（Central）与从机（Peripheral）

中心可以同时连接多个从机，并承担主机职责，包括连接管理及大部分数据处理，从机主要接收数据，用电更省。
资源有限、低功耗的IoT设备通常都做从机，手机等有电源的大型设备常做中心。]

定义

中心：负责扫描、发起连接的设备角色。
从机：负责广播、接受连接的角色。

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从机每次成功连接中心后，可以重启广播流程再接受其它中心的连接。

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说明

本课程核心场景均为从机角色，后续实践也以从机为主，若无特别说明均视为如此。

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广播者（Broadcaster）与观察者（Observer）

有些设备只希望广播信息，而不建立连接。此时从机中的“广播者”角色，只广播数据包不接受连接请求，比如Beacon设备。中央设备中的“观察者”，则只是被动监听广告包，不发起连接。

定义

广播者：仅广播广播数据，不接受连接请求的特殊从机角色。
观察者：只监听广播数据，不主动连接的特殊中心角色。

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为了简明起见，课程将主要围绕中心/从机这两个主角色展开，特殊角色在高级主题应用时再讨论。

网络拓扑

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广播拓扑

广播拓扑中，设备间无需建立连接，依靠广播包发送数据。广播者发送数据包，观察者接收。典型应用包括定位Beacon、室内导航及其它低功耗多点广播场景。
其优点是可以同时广播给无数设备，范围内任意设备都能接收，且比连接场景更节能，但由于广告包数据量有限，吞吐也有限。广播型通信无回执，无法保证所有设备接收到数据。

此应用场景我就想到，之前带孩子参加羽毛球比赛的场景，比赛场馆不是很大，但是报名的人数不少，只有马上要参加比赛的家长及选手才能进馆，这就导致大量的家长及孩子在场馆门口等待，因为通知入场的方式是认为广播也就是大声叫喊XXX，离得远了听不见，离得近了太挤，体验感特别差。那么能否使用蓝牙广播来实现该功能呢，我觉得可以，甚至可以商业化到所有同类型的场景。

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连接拓扑

连接型网络需要先建立连接再传输数据，通信为双向。中心能同时连接多个从机，从机也可和多个中心建立连接（如一个传感器数据被多个手机读取）。带宽和硬件资源有限时连接数受限。连接通信可靠、双向互动，适合有反馈、多点数据交换场景。

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拓展说明

Bluetooth 5.4引入的PAwR功能允许连接外通信双向互动，但超出本课程范围。

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多角色拓扑

设备还能同时扮演多种角色，如既是中心也可做从机。一种常见用法是“Hub”设备既连接多个传感器（中心），又向手机等公开数据（从机）。灵活角色切换可满足复杂多点、数据转发需求。