BLE 自适应跳频及算法实现

BLE协议运行在2.4G ISM频段上，由于诸如Wi-Fi，ZigBee等都在此频段上，因此干扰是比较严重的。需要在此频段上进行有效的数据交互，自适应跳频技术是必不可少的，废话不多说，咱们直接进入主题，讨论下的BLE协议中的自适应跳频，以及跳频算法的实现。

我们称主设备为Master(手机、PC机等)，从设备为Slave(手环等)。Master向Slave发送connect request，需要与slave建立连接。在slave收到Master发出的connect request时，在开始建立连接的同时也要更新和计算的Master的channel map表，以及下一个连接使用的频点。

如下图所示，为Master发出的CONNECT_REQ的Payload，图中的ChM和hop参数，分别表示Channel map表，即建立连接后有哪些channel是可以被使用的，有哪些channel是不可用的。hop表示跳数，表示跳频每次的跳频的间隔。

例如，ChM 和 Hop分别为 ChM[5] = {0x02, 0x56, 0x49, 0x13, 0x11]; hop = 5；

将ChM转换为二进制数，则为00010001 00010011 01001001 01010110 00000010，频道位被置为1的表示该信道可用，信道位被置为0表示该信道不可用。那么可用的频道used = [1, 9, 10, 12, 14, 16, 19, 22, 24, 25, 28,32, 36 ];可使用的信道数numUsed = 13。

接下来需要计算下一个连接使用的频道

fn+1 = （fn + hop） mod 37; fn+1 = (0 + 5) % 37; 即下一个频道的channel为5，但是5不是一个好的channel，因此需要从好的channel表里找一个channel，即used[5 % numused] = used[5 % 13] = 16;

再下一个连接使用上一个未映射的信道来计算，fn+1 = （fn + hop） mod 37; fn+1 = (5 + 5) % 37 = 10，channel 10是一个好的channel，在下一个连接就用channel 10。

对应的计算的计算连接channel的算法：

u8 chn_table[40];
u16 ll_chn_idx;

/**
**计算channel map，分辨哪些channel是好的，哪些channel是“坏”的，将好的channel存储到table内
**根据跳频算法，和跳数（hop）来填满channel table，以便于在下个interval来获取
**

**
*********************************************/

u8 updata_chn[5] = { 0x02, 0x56, 0x49, 0x13, 0x11 };
u8 hop;

int chn_table_calc(u8 *chn_map, u8 hop)
{
u8 k = 0, numused = 0;
u8 tmp_table[37];

for (int i = 0; i < 37; i++) {

if (chn_map[i >> 3] & BIT(i & 0x07)) //chn map中某一个bit设置为1时，就认为这是个好channel
{
tmp_table[numused++] = i; //找出所有好的channel
}
}

u8 ll = 0;
for (int i = 0; i < 37; i++) {
k += hop;
if (k >= 37) {
k -= 37;
}

if (chn_map[k >> 3] & BIT(k & 0x7)) { //跳频后正好对应的是好channel
chn_table[ll] = k;
}
else { //跳频后未对应好的channel，则fn+1 = tmp_table[（hop + fn）% chn_cnt_num]
u8 m = k;
while (m >= numused) {
m -= numused;
}
chn_table[ll] = tmp_table[m]; //将下一个连接的channel映射到好的channel上

}
ll++;
}
return numused;
}

int main()
{
// init frequency hop param

hop = 5;
u8 num = chn_table_calc(updata_chn, hop);

printf("The num of channel be used is %d\n", num);
for (int i = 0; i < 37; i++) {
printf("Next channel is %d\n", chn_table[i]);
}

return 0;
}

最终运行的结果：

到此，BLE自适应跳频算法的原理，以及代码的实现就结束了。

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