物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)存在了一段時間，但目前人們感興趣的爆炸是由于傳感器價格的大幅下降以及幾乎無處不在的連接。根據(jù)IDC 的報告，到 2022 年，全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支出將達(dá)到 1.2 萬億美元，在 2017-2022 年預(yù)測期內(nèi)的復(fù)合年增長率為 13.6%。藍(lán)牙技術(shù)廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)的各種智能應(yīng)用中，使用未經(jīng)許可的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療 （ISM） 頻段的短波長無線電傳輸進(jìn)行短距離連接 （長達(dá) 100m）， 從 2400.0 到 2483.5 MHz.

藍(lán)牙設(shè)備以多種模式從一臺設(shè)備通信到另一臺設(shè)備：

單播：源向多個目標(biāo)發(fā)送和接收消息，建立一對一的設(shè)備通信

廣播：源將消息發(fā)送到多個目標(biāo)，建立一對多設(shè)備通信

組播（網(wǎng)狀）：多個源和目標(biāo)建立多對多設(shè)備通信

BLE由藍(lán)牙特別興趣小組（SIG）銷售。藍(lán)牙 SIG 管理認(rèn)證過程，任何使用藍(lán)牙無線技術(shù)的產(chǎn)品都需要遵循該流程。所有這些產(chǎn)品都必須符合藍(lán)牙 SIG 認(rèn)證，并滿足藍(lán)牙許可協(xié)議和規(guī)范的要求。SIG擁有如下所示的徽標(biāo)和“藍(lán)牙”一詞：

有關(guān)認(rèn)證藍(lán)牙產(chǎn)品的進(jìn)一步流程，請?jiān)L問藍(lán)牙網(wǎng)站上的以下鏈接：

藍(lán)牙協(xié)議和測試

BLE的集成級測試涉及廣告數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，握手過程（啟動通信和協(xié)商傳輸參數(shù)），連接過程，綁定過程，分組數(shù)據(jù)格式。這可以通過兩種方式實(shí)現(xiàn)：

與充當(dāng)主設(shè)備的任何BLE設(shè)備連接以驗(yàn)證服務(wù)和數(shù)據(jù)交換

使用嗅探器應(yīng)用程序進(jìn)行通信之間的“間諜”

每個藍(lán)牙設(shè)備都有一個唯一的 MAC 地址和時鐘。主控控制時鐘和跳頻。

不同層的源和目標(biāo)扮演著不同的角色，需要徹底驗(yàn)證本博客中討論的UUT（被測單元 - 一個藍(lán)牙設(shè)備充當(dāng)掃描儀，另一個充當(dāng)廣告商）。以下是每個層中用于源和目標(biāo)的同義詞的術(shù)語：

鏈路層

鏈路層是物理層和L2CAP層之間的層。它主要扮演廣告，建立連接和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的作用。下面的狀態(tài)圖描述了鏈路層的工作流：

待機(jī)：默認(rèn)狀態(tài)

廣告：該設(shè)備定期在3個廣告通道中發(fā)送廣告事件（其余37個是數(shù)據(jù)通道），如下圖所示。

掃描

有兩種不同的掃描模式：

被動掃描 – 控制器僅支持?jǐn)?shù)據(jù)接收，不支持傳輸。

主動掃描 – 傳輸掃描請求。掃描程序發(fā)出SCAN_REQ數(shù)據(jù)包，廣告客戶會SCAN_RSP數(shù)據(jù)包進(jìn)行響應(yīng)。

啟動

掃描儀根據(jù)廣告數(shù)據(jù)選擇合適的廣告商。如果廣告客戶發(fā)出連接機(jī)會信號，則掃描程序可以向廣告客戶發(fā)送連接請求。發(fā)送CONNECT_REQ數(shù)據(jù)包后，掃描程序?qū)⒊蔀榘l(fā)起方。

連接

成功建立連接后，兩個設(shè)備都處于“連接”狀態(tài)。發(fā)起者成為主控者，廣告商成為從屬者。它們定期交換數(shù)據(jù)包，稱為連接事件（此連接是握手，只有在握手成功后才會進(jìn)行數(shù)據(jù)交換）。BLE連接維護(hù)一個Piconet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中單個主設(shè)備與稱為pico的從屬設(shè)備協(xié)調(diào)連接事件。應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸速率從 200 到 2，100 kbps 不等。

BLE數(shù)據(jù)包構(gòu)成了鏈路層的基本構(gòu)建塊。BLE分組數(shù)據(jù)格式可大致分為以下幾類：

BLE有兩種類型的數(shù)據(jù)包：

廣告包 – 查找并連接到附近的設(shè)備

數(shù)據(jù)包 – 兩個連接設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸

以下是根據(jù)協(xié)議數(shù)據(jù)單元 （PDU） 的不同廣告數(shù)據(jù)包類型：

按照以下鏈接中的步驟設(shè)置北歐BLE嗅探器和Wireshark設(shè)置以進(jìn)行數(shù)據(jù)包捕獲：nRF_Sniffer_UserGuide_v2.2

以下是可以使用Wireshark數(shù)據(jù)包分析器驗(yàn)證的測試用例：

驗(yàn)證外圍設(shè)備是否以明文形式播發(fā)<必需數(shù)據(jù)>

驗(yàn)證外圍設(shè)備在播發(fā)且未連接時的廣告算法。（廣告算法包括廣告事件的數(shù)量和它們之間的持續(xù)時間）

在握手期間驗(yàn)證外圍設(shè)備的播發(fā)算法

驗(yàn)證 UUT 配對并綁定后的廣告事件

通用訪問配置文件 （GAP）

GAP定義了設(shè)備角色，廣告模式和綁定程序。安全管理器，GAP的一部分可以根據(jù)系統(tǒng)的安全需求進(jìn)行設(shè)計。“配對”和“粘合”過程通過GAP控制：

配對：中央和外圍設(shè)備交換經(jīng)過身份驗(yàn)證和接受以建立連接的加密密鑰。

粘 接：來自配對過程的信息存儲在設(shè)備上，以便不會重復(fù)配對過程，并且只要設(shè)備在附近，就會建立重新連接。

三種主要的配對方法是：

正常工作 – 加密密鑰在中央和外圍設(shè)備之間共享

密鑰顯示 – 隨機(jī)密鑰在一臺設(shè)備上生成，其他設(shè)備需要輸入相同

帶外 – 這支持另一個用于共享密鑰的 BLE 無線電

使用與上述相同的設(shè)置，以下是可以使用Wireshark數(shù)據(jù)包捕獲進(jìn)行驗(yàn)證的測試用例：

在數(shù)據(jù)包級別驗(yàn)證密鑰交換配對過程

驗(yàn)證播發(fā)躍點(diǎn)序列

通用屬性配置文件 （關(guān)貿(mào)總協(xié)定）

藍(lán)牙設(shè)備充當(dāng) GATT 服務(wù)器或客戶端。GATT 標(biāo)識層次結(jié)構(gòu)以組織服務(wù)、特征等屬性。屬性是分組數(shù)據(jù)，UUID（通用唯一標(biāo)識符）是分配給每個屬性的 16 字節(jié)。

服務(wù)包括收集滿足特定功能所需的數(shù)據(jù)。特征包含用戶數(shù)據(jù)。下面的流程顯示了客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)包通信：

按照以下鏈接安裝 nRF 連接模擬器應(yīng)用程序：nrFconnect應(yīng)用程序

以下是可以使用 nRF Connect 應(yīng)用程序驗(yàn)證的測試用例：

驗(yàn)證建立連接后可用于發(fā)現(xiàn)的服務(wù)

驗(yàn)證可用的服務(wù)，如設(shè)備信息服務(wù) （UUID 0x180a），以獲取制造商詳細(xì)信息、硬件、固件和軟件字符串?dāng)?shù)據(jù)、通用訪問配置文件 （UUID 0x01800）、通用屬性配置文件 （UUID 0x1801）

驗(yàn)證可用的自定義服務(wù)（未知服務(wù)，如下面的屏幕截圖所示）

驗(yàn)證服務(wù)的特征以及為這些特征（如讀取、寫入等）啟用的屬性

使用數(shù)據(jù)讀寫功能驗(yàn)證發(fā)送和接收的定義數(shù)據(jù)

結(jié)論：

隨著藍(lán)牙低功耗的出現(xiàn) （博美） 從版本 4.0， 現(xiàn)在它被廣泛用于消費(fèi)市場，因?yàn)橄M(fèi)市場的低能耗和低功耗需求（BLE是由藍(lán)牙SIG發(fā)明和正式化的）.為了幫助確保在這些新的低功耗設(shè)計中成功實(shí)施低功耗藍(lán)牙，測試解決方案必須能夠快速、經(jīng)濟(jì)高效地根據(jù)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的測試。

審核編輯：郭婷