蓝牙协议：ant/ant+

1 ant/ant+
  什么是ant协议 

    超低功耗的无线传输协议，约定了ant数据是如何传输的；

    射频频率范围2400-2524Mhz，共125个channel；不建议信道建立连接后信道跳变；

    ant协议讲了ant channel是如何配置的，ant空中包都发了啥数据，ant network是如何规划；(基础payload 8字节 >> 200us  >> 0.5-4hz )

    

  什么是ant+协议

    通过ant传输的标准传感器的数据规范，约定了ant数据是如何使用的；

    ant+协议的广播信道默认2457Mhz；使得ant+传感器能够兼容性高些；

    ant+协议则讲了ant空中包解析后的那8bytes的数据是干嘛的，具体查看对应的ant+ profile；(ant+也称device profile)

     网络密钥——这里是蚂蚁  申请adoptor>>申请network key>>在代码中配置network key才能加入ant network；

    ANT+ Device Profiles - THIS IS ANT   下图列出了所有的ant+协议，所以ant+传感器只有这么多种；

     

2 ant的协议框架是咋样的？

        ant协议架构和ble(host+controller)相似，由 host + antEngine 部分组成；host+antEngine也组成一个ant设备，即ant节点；

     host            >> 为 ant+ profile / app profile；ant应用层也支持开发私有app profile；

     antEngine   >> 为 ant stack (ant protocol + link layer engine) + 硬件射频电路；

     对于ant stack部分garmin是全闭源的，在sdk中封装成了api给host层调用；

     

3 ant的协议数据是如何传输的呢?

  在ant协议栈中，每个ant设备视为一个node，node与node通过频率相同的channel进行通信；由node与channel共同构成ant network；

  需要注意，同一network中的节点才可以互相通信，一个node可以成为多个network的成员；

  需要注意，在ant协议栈中和ble不同的是，ant协议栈将发送数据的设备作为master，接收数据的设备作为slave；

  那么信道这么多，信道的属性都有啥呢？我们如何分区哪个信道就是我们用来通信的那个呢？

  那么节点与节点间的拓扑网络又是咋样的呢？

4 ant的信道channel

  对于ant channel而言，channel本身都有哪些属性呢？channel传输的数据类型又有哪些呢？

  4.1 信道类型channelTypes（1bytes）

    

    channelTypes可以概括分为如上三类，单向信道，双向信道，共享信道；进一步可以分为独立信道和共享信道；

    独立信道：包含单向信道和双向信道；独立信道只有一个主设备和一个从设备，(即其他slave是否监听广播当前slave是无感的，它头上没有地址；)

    共享信道：有一个主设备和多个从设备，需要slave设备寻址；(所以slave虽然不知道其他slave是谁，但是它可以察觉到其他slave参与了；)

    特殊信道类型：后台扫描信道(用于多连接后台扫描,有用)、快速初始化信道(控制应用,没用)、异步传输信道(ANT-FS传输,没用)；

    后台扫描信道：在不影响信道通信时，持续搜索是否有满足配对条件的设备；每个设备只能有一个后台扫描信道，需要设置成低优先级模式；

    信道频率捷变功能：当信道性能被显著影响时才改变工作频率；该功能需要设备支持且启用，且不建议使用；(没啥用)

                当信道建立后再通过信道捷变功能修改信道频率，可能会导致设备返回搜索模式去重新同步；

    双向信道传输的是acknowleged数据，单向广播信道传输的是boardcast数据；(共享信道传的啥，burst数据在哪传，用不上也找不到先放着)

  4.2 信道频率RF frequency（1bytes）

    RF frequency取值0-124，以1Mhz为步长递增，对应2400-2524Mhz的工作频率；

    ant设备的默认射频频率为2466Mhz；ant+设备默认使用2450和2457Mh射频信道，建议非ant设备不要使用ant+默认频道；

  4.3 信道ID channel ID（4bytes）

    channel ID是信道的唯一标识符，由主设备指定;

    只有当从设备匹配上了主设备的信道id之后，这两个设备间才建立相互通信的信道；

    4.3.1 transmission type （1bytes）

      如果是共享信道，这里决定共享地址长度，如果是扩展deviceNumber，还有部分bit给它用；

      

    4.3.2 device type（1bytes）

      最高bit 是paringBit，决定当前设备是否允许配对；剩下7bits决定设备类型，ant设备可自定义；ant+设备为固定取值如下，

      eg：心率0x78，踏频0x7a，功率计0x0b，环境温度0x20...

    4.3.3 device number（2bytes）

      由主设备指定的设备编号，可用于识别设备；功能类似mac地址，通常与序列号相关联，或者由主设备随机生成；

      eg：node1>>0x0001， node2>>0x0002， node3>>0x0003；

  4.4 channel Period（2bytes）

    主设备发送数据包的消息周期范围 [0.5-200] hz，而channel period取值范围 = 32768/消息周期范围 ；

    eg：当消息周期为4hz，channel period = 32768/4 = 8192；

  4.5 network 

    4.5.2 network number（1bytes）

      标识当前ant设备上的可用网络，默认网络号0为公共网络；ant+设备都属于公共网络；

    4.5.2 network key（8bytes）

      每个network key对应一个network；通过唯一的network key进入唯一的network；全世界的ant+网络使用的是同一个network key;

  4.6 ant dataTypes

    前面的参数都是定义信道属性的参数，那么信道中传递的数据类型又是咋区分的呢？

    ant信道传输的数据类型可以概括为如下4种类型，每种数据类型的数据包都是8bytes；

      boardcastData     >> 广播数据，单向通信用于单向信道0x50；系统默认数据类型，ant设备常用；

      acknowledgedData  >> 带ack回复的数据，用于双向信道；请求电量，ant-fs控制等，ant+设备使用；

                    ack响应由协议栈底层确认，应用层不会察觉；如果slave设备想发送数据到master，接收完毕后立即发送请求；

      burstData        >> 带ack响应的快速连续的数据，最大吞吐量20kbps；比如ant-fs小文件上传使用；

      advancedBurstData  >> 升级版的burstData数据，最大吞吐量为60kbps；比如路线数据，训练记录传输；

  4.7 ant+心率传感器channel实例

    本节把ant协议的属性变量都描述了一遍，那么实际咋用的呢？以ant+心率传感器举例看看配置参数；

    

  4.8 ant设备配对

    ant设备配对是指从设备获取主设备的信道id的过程；所以配对过程是从设备在那里单方面配对而不需要主设备配合；

    配对bit：主设备端：必须设置配对位才可以用于配对；从设备端：从设备自身也有配对位，决定从设备是否允许响应配对位；

    这个配对bit也没啥用，先放着；

  4.9 近距离搜索功能

    从设备开机后会扫描附近满足要求的特定类型信号id, 如果从设备信道id设置了通配符，附近可能有多个满足条件的主设备，

    启用了近距离搜索功能后，则默认连接最先扫到的满足条件的主设备；近距离搜索设置后单次有效；

    Garmin、Wahoo、Bryton 全部都要求 近距离配对

5 ant的空中包结构

  。。。[待补充]

6 ant的network实现举例

  假设有个网络如下所示，nodeB和D为广播的ant传感器，nodeC为ack广播的ant+传感器，然后nodeA为类似码表的设备；

  那么这个网络的拓扑结构改如何实现呢？

  一种是通过独立信道的方式来实现，一种是通过共享信道的方式来实现；对于ant+设备是通过独立信道ack广播数据类型的方式来实现的；

  

  6.1 独立信道实现上述网络的设置

    

    对于master而言，设置好channel type，然后在设置channel ID，然后开启通道，周期性发送广播数据即可；

    对于slave而言，设置好channel type,channel ID然后开启开启通道，去扫描是否有匹配的通道；

            有的话slave进行配对(ant设备的配对只要slave自己配对记住信息即可)然后继续后台扫描，没有的话slave继续扫描是否有其他匹配的通道；

             nodeAB,AC,AD属于三个独立的信道，nodeD和nodeB的设置流程一样，改个信道id即可；他们都属于默认公共网络；

    对于ant+传感器而言，使用的是当前这种独立信道的广播模式的网络；

  6.2 共享信道实现上述网络的设置

    

    对于共享网络而言，slave节点在网络中仅有自身和maser节点可见，需要master节点请求后slave才会发送广播数据；

    master需要依次轮询每个地址，所以数据会有延迟；

  6.3 注意事项

    master能够轮询slave，是因为它预先知道了slave的共享地址，master知道该去哪个信道上获取数据也是因为预先约定好了；

    所以对于ant协议而言，很多通信的信息其实都依赖于事先已经约定好的规则；

7 ant协议的网络拓扑

  好的，前面我们刚举了个常见的网络结构来解释ant传感器的常见用法；那么对于ant协议而言都有哪些拓扑结构呢？

  我们继续看看各种类型的拓扑结构，以及这个拓扑结构的常见用法；

  

  上图概括了ant协议给出的拓扑结构，部分拓扑结构属于理论用法，未落地；

  对于第一行中的star结构，是属于boardcast + peerToPeer组成，所以这三个拓扑结构是具有包含关系的，其他结构也有相同包含关系；

  ant协议的常见用法则是：ant传感器在那广播，然后这个广播要么被一个从设备接收，要么被多个从设备接收；

8 ant+的开发过程中的相关工具和文档都有哪些呢?

  技术常见列表解答      >>  Tech FAQ - THIS IS ANT  帮助不大可以看看；

  ant协议的8个特性   >> Advanced Features - THIS IS ANT

  软件工具                    >> Software Tools - THIS IS ANT

              simulant+ : pc端在线模拟配置ant+数据,被连接进行数据通信;

              antwareII :   pc端在线模拟配置ant+数据,被连接进行数据通信; 同simulant+,比simulant+配置详细；

                     pc端在线模拟central,连接其他ant+传感器,接收数据;

  下载页面                     >>  咋用呢？ 用到的手册只有 ：《消息手册 》+ 《对应功能ANxx手册 》 + 《device profile手册》 

              《消息手册》定义ant协议及用法

                ant+对应特性 由《消息手册》和相关特性的《对应功能ANxx手册 》描述

                ant+对应 device profile 有对应的《device profile手册》可以查看

  sdk-ant-2.0.0               >> 欢迎来到 ANT 的 nRF Connect SDK！—— ANT提供的nRF Connect SDK文档

   ant论坛                       >> 可能没有维护；

9 sdk-ant-2.0.0 sdk目前都实现了哪些例程呢？

  目前sdk中实现一个高级爆发模式的例程，一个ant广播数据类型的收/发例程，一个加密数据类型的收/发例程，一个ant hrm接收例程，

  以及3个ant+收/发例程，收/发例程分开算的话一共有13个例程；

  看下sdk都实现了哪些例程，就可以知道ant协议栈我们实际能够开发的功能都有哪些；

10 ant+的发展前景咋样？

  大概是ble正在全面取代ant+，garmin已经不再更新ant/ant+协议了；ant+协议正在自然退场；

  大概市场上还有大量ant+的garmin和第三方设备，所以ant+协议还在做兼容性维护，但不再更新；

    ANT+ 协议 Garmin 基本停止发展

    文档 deprecated 说明其进入“仅维护，不更新”状态

    Garmin 不会弃用，但也不会继续推动

    长期会被 BLE 完全取代

    在 Garmin 生态中短期仍然是重要连接方式