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【android bluetooth 协议分析 21】【ble 介绍 3】【ble acl Supervision Timeout 介绍】

news 2025/9/4 19:16:53

1. BLE ACL 链路简介（基于 Bluetooth Core 5.3）

在 BLE 中，ACL（Asynchronous Connection-Less）链路 是主机（Central）与从机（Peripheral）之间的逻辑数据通道，承载了所有上层协议（如 L2CAP、ATT、GATT）的数据交互。它对应的物理载体是 LE Link Layer 连接。

  • 建立过程

    1. Central 发起 LE Create Connection。
    2. Peripheral 响应 LE Connection Complete。
    3. 双方协商连接参数：
      • Connection Interval：多久进行一次连接事件 (7.5ms ~ 4s)。
      • Slave Latency：从机可以跳过的事件数。
      • Supervision Timeout：若在此时间内未收到任何有效数据包 → 断开。

  • 承载内容

    • L2CAP 信令
    • ATT/GATT 数据（读写服务、特征值）
    • Link Layer Control PDUs（如 Version Exchange、Data Length Update、PHY Update 等）

换句话说，BLE 世界里的所有有用数据都走 ACL link。

2. BLE Supervision Timeout 的机制

2.1 定义

  • Supervision Timeout 是在连接建立时由双方约定的一个定时器，用来检测“链路是否还存活”。

  • 单位：10 ms

  • 范围：100 ms ~ 32 s（0x000A ~ 0x0C80）

  • 规范要求：

    Supervision Timeout > (1 + Slave Latency) * Connection Interval * 2

2.2 触发条件

当在 Supervision Timeout 时间内，控制器没有收到来自对方的 任何数据包（即使是 LL_EMPTY_PDU 也算），就会判定连接丢失，自动断开 ACL，并上报 Disconnection Complete Event。

HCI Event 的 Reason 字段：

  • 0x08 = Connection Timeout

这就是 btsnoop 中你看到的现象。

3. 造成 Supervision Timeout 的原因

Supervision Timeout 触发的根本原因就是：设备在监管超时时间内，没有接收到任何有效数据包。这个数据包可以是真实的应用数据，也可以是空数据包（用于维持连接的心跳）。

假设：

  • Connection Interval = 100ms

  • Slave Latency = 4

  • Supervision Timeout = 1s (1000ms)

正常工作： 在正常情况下，每隔 100ms，Master 和 Slave 都会进行一次连接事件。即使 Slave Latency 设置为 4，Slave 也可以在它需要发送数据的时候响应 Master，从而让连接保持活跃。每次成功的数据交换后，Supervision Timeout 的计时器都会被重置为 0。

触发原因：

  1. 设备超出连接范围： Master 和 Slave 之间的距离过远，导致射频信号太弱，数据包无法被成功接收。

  2. 强烈射频干扰： 周围有强大的 2.4GHz 信号源（如 Wi-Fi、微波炉），干扰了 BLE 数据包的传输，导致数据丢失。

  3. 设备突然断电或重启： 任何一方设备突然断电，没有机会发送连接终止信号，另一方设备会因为收不到心跳包而超时。

  4. CPU 休眠或挂起： 如果设备的 CPU 进入深度休眠，并且没有配置正确的唤醒机制来处理连接事件，它就会错过多次连接事件，最终导致超时。

触发过程：

  • Master 发送一个数据包，但由于上述原因，Slave 没有收到。

  • Master 在下一个 Connection Interval 再次发送，Slave 依然没有收到。

  • 这个过程一直持续，Master 的 Supervision Timeout 计时器持续累加。

  • 当计时器累加到 1000ms 时，Master 会认为 Slave 已经断开连接，并主动终止连接。同样，如果 Slave 在超过 1000ms 的时间内没有收到 Master 的任何数据，它也会主动断开连接。

总结：

Supervision Timeout 是一个为了保证连接可靠性而设计的容错机制。理解并正确设置这三个参数对于优化 BLE 设备的功耗和性能至关重要。如果你的设备经常出现 Supervision Timeout，就需要检查连接环境、射频信号质量以及设备的软件逻辑，特别是休眠和唤醒机制是否正常工作。

根据规范和实际系统实现，可能原因有以下几类：

（1）物理层问题

  • 距离过远 → 信号衰减，收不到包。
  • 干扰严重 → 例如 2.4GHz Wi-Fi 干扰，导致连续丢包。
  • 天线/硬件问题 → 硬件链路质量差，丢包率高。

（2）连接参数设置不合理

  • Connection Interval 太大 + Supervision Timeout 设置偏小：
    如果 Supervision Timeout 刚好等于 2~3 个 Interval，很容易在几次丢包后就触发。

  • Slave Latency 较大：
    Peripheral 合法跳过多个连接事件，如果 Timeout 设置得太短，会误判为链路断开。

（3）Link Layer 控制过程未完成

  • BLE 在连接存续期间可能会触发一些链路层过程：

    • Data Length Update
    • PHY Update
    • Channel Map Update
    • Encryption Procedure

  • 如果在这些过程中，某一方没能按时回应，或者回应丢失 → 超过 supervision timeout → 断开。

  • 车机收到了 LE Meta: LE Data Length Change（说明 Data Length Update 程序开始了）。

  • 之后没有再收到任何 LL 包。

  • 可能原因：

    • 对方（手机）没有继续发包（例如进入省电、异常退出）。

    • 车机的回应未被对方收到，导致双方“对话中断”。

    • 最终超时，控制器判定失联 → reason=0x08。

（4）设备异常

  • 手机或车机的 BLE 控制器 firmware crash / reset。

  • Host 层主动停止调度 LL 包（比如系统休眠 Bug）。

4. 关键参数讲解

在 BLE（低功耗蓝牙）ACL（异步无连接）连接中，Supervision Timeout（监管超时） 是用来判断连接是否中断的关键参数。当设备在预设的时间内没有收到任何数据包时，它会认为连接已经断开，从而触发 Supervision Timeout。

下面我们来详细解释一下这三个核心参数。

4.1 Connection Interval（连接间隔）

Connection Interval 是指两个设备（Master 和 Slave）之间定期交换数据包的时间间隔。这个时间间隔是由 Master 设备在建立连接时设置的。

  • 含义： 它是两次连接事件（Connection Event）之间的时间间隔。在每个连接事件中，Master 和 Slave 都有机会互相发送数据。

  • 参数范围： 7.5ms 到 4s，以 1.25ms 为单位。

  • 使用场景：

    • 短连接间隔（如 10-50ms）： 适用于需要低延迟、高吞吐量的应用，比如实时游戏或传感器数据流。缺点是功耗会更高。

    • 长连接间隔（如 1s-4s）： 适用于只需要偶尔发送数据的应用，比如智能门锁或温度计。这样可以显著降低功耗，延长电池寿命。

4.2 Slave Latency（从机延迟）

Slave Latency 是一个非常重要的省电参数。它允许 Slave 设备在指定的连接事件中跳过（不响应）Master 的数据包，从而进入休眠状态。

  • 含义： Slave 设备可以跳过的连接事件的最大次数。

  • 参数范围： 0 到 499。

  • 使用场景：

    • Slave Latency = 0： Slave 必须在每个连接事件中响应 Master。这提供了最低的延迟，但功耗也最高。

    • Slave Latency > 0： 适用于那些数据发送不频繁的 Slave 设备。例如，一个温度传感器每 10 秒才需要更新一次数据。即使连接间隔是 100ms，它可以设置一个较高的 Slave Latency，只在需要时才唤醒并响应，其余时间保持休眠。

4.3 Supervision Timeout（监管超时）

Supervision Timeout 是连接的心跳监测器。它定义了设备可以容忍的、在没有任何数据包（包括空数据包）交换的情况下，连接被视为断开的最长时间。

  • 含义： Master 或 Slave 认为连接断开的时间阈值。

  • 参数范围： 100ms 到 32s，以 10ms 为单位。

  • 重要规则：

    1. Supervision Timeout > (1 + Slave Latency) * Connection Interval * 2

    2. Supervision Timeout >= 100ms

  • 使用场景： 这是一个容错机制，用于处理各种异常情况，如设备突然断电、超出连接范围或受到强信号干扰。

5. 如何在 btsnoop 中确认

Step 1. 查连接参数

在 LE Connection Complete 中找：

Connection Interval: 50 ms
Slave Latency: 0
Supervision Timeout: 720 (7.2s)

Step 2. 找最后一包数据

在你 case 中：

Rcvd LE Meta (LE Data Length Change)

Step 3. 看 Disconnection Complete

> HCI Event - Disconnection Complete (0x05)Reason: 0x08 (Connection Timeout)

Step 4. 计算时间差

最后一包数据时间戳 → Disconnection Complete 时间戳 ≈ 7.2s → 对应 Supervision Timeout → 说明链路确实是因为超时断开。

6. 例子

6.1 建立连接

9934		2025-08-21 15:22:53.915592	controller	host	HCI_EVT	34	Rcvd LE Meta (LE Enhanced Connection Complete)			SuccessFrame 9934: 34 bytes on wire (272 bits), 34 bytes captured (272 bits)
Bluetooth
Bluetooth HCI H4
Bluetooth HCI Event - LE MetaEvent Code: LE Meta (0x3e)Parameter Total Length: 31Sub Event: LE Enhanced Connection Complete (0x0a)Status: Success (0x00)Connection Handle: 0x000aRole: Currently the Master for specified BD_ADDR (0x00)Peer Address Type: Public Device Address (0x00)BD_ADDR: 64:f0:ad:44:42:8e (64:f0:ad:44:42:8e)Local Resolvable Private Address: 00:00:00_00:00:00 (00:00:00:00:00:00)Peer Resolvable Private Address: 00:00:00_00:00:00 (00:00:00:00:00:00)Connection Interval: 24 (30 msec)Connection Latency: 0 (number events)Supervision Timeout: 500 (5 sec)Master Clock Accuracy: 251-500 ppm (0x00)

6.2 最后一包数据

10316		2025-08-21 15:24:09.851322	controller	host	HCI_EVT	14	Rcvd LE Meta (LE Data Length Change)			Frame 10316: 14 bytes on wire (112 bits), 14 bytes captured (112 bits)
Bluetooth
Bluetooth HCI H4
Bluetooth HCI Event - LE MetaEvent Code: LE Meta (0x3e)Parameter Total Length: 11Sub Event: LE Data Length Change (0x07)Connection Handle: 0x000aMax TX Octets: 27Max TX Time: 328µsMax RX Octets: 125Max RX Time: 2120µs

6.3 timeout

10317		2025-08-21 15:24:14.822037	controller	host	HCI_EVT	7	Rcvd Disconnect Complete			SuccessFrame 10317: 7 bytes on wire (56 bits), 7 bytes captured (56 bits)
Bluetooth
Bluetooth HCI H4
Bluetooth HCI Event - Disconnect CompleteEvent Code: Disconnect Complete (0x05)Parameter Total Length: 4Status: Success (0x00)Connection Handle: 0x000aReason: Connection Timeout (0x08)

7. 总结

  • ACL link 是 BLE 连接的基础，承载所有数据交互。

  • Supervision Timeout 是 BLE 的“心跳保活”机制，用来判断链路是否断开。

  • 触发原因通常是：

    1. 无线信道丢包严重

    2. 参数设置不合理（Timeout 太短）

    3. LL 控制过程未完成（如 Data Length Update 卡住）

    4. 设备异常（firmware/host 问题）

  • 在 btsnoop log 中，确认方法是：

    • Disconnection Complete event → Reason=0x08

    • 时间差 ≈ Supervision Timeout

http://www.dtcms.com/a/362612.html

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