BLE入门 19 ATT MTU 提升BLE数据传输率

首先，我们从原理上看一下蓝牙应用程序数据的传递路径，并讨论可以优化和利用的地方，实现吞吐量优化。

通用属性配置文件（GATT）是开发人员经常与最习惯于接口的层次， GATT定义了两个蓝牙低功耗设备之间传输数据的协议。具有特殊属性是应用程序数据实体的唯一标识。

属性组形成固定的特性，这些特性为唯一的一组数据添加了额外的属性，例如权限和交互规则。一组特性形成一个称为服务的大型实体，服务为给定的特征或功能添加更大的蓝图。

例如，电池服务包括电池电量特性，其中包括给定设备的电池电量。(不是太了解BLE的层的关系可以翻阅<TI低功耗蓝牙(BLE)介绍>一文)。

属性协议（ATT）定义了传送属性数据的协议。这包括GATT相关功能，如写入请求，写入响应，通知，读取响应。简而言之，GATT为给定的应用程序定义和创建适当的属性，ATT创建,传输并分析在GATT层中定义的数据包。

逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）负责为诸如ATT，安全管理协议（SMP）等更高层协议服务与管理（QoS），接受链路层数据加以中继重组数据包，并传递给到ATT层和SMT层。

链路层（LL）处理L2CAP包的传输，同时确保数据的保证传送和完整性。

空中传输的BLE数据包格式如下：

注意：
数据字段取决于蓝牙规范:
在蓝牙v4.0和4.1中，数据字段的最大大小是27个字节。
蓝牙v4.2，增加了一个新功能来交换数据字段的长度。

BLE数据包的数据字段将填充L2CAP消息，如下所示：

L2CAP头部的大小是固定的（4字节），当数据字段的最大尺寸是27字节时，允许每个BLE分组最多传送23个字节的ATT数据。

划重点：

1. 理想情况下，我们力求每个链路层数据包传输23个应用程序数据（链路层头数据字段长度占据4个字节）。
2. 可以从ATT层入手，加大ATT DATA使得应用程序传输大于23字节的数据包（链路层头数据字段长度占据4个字节）。

ATT MTU

ATT最大传输单元（MTU）是ATT分组的最大长度。 ATT MTU由L2CAP定义，可以在23和无穷之间。蓝牙堆栈的实现是确定客户端和外设的ATT MTU的关键因素。

ATT数据包具有以下结构：

其中OP代码表示ATT操作，例如写入命令，通知，读取响应等.ATT数据字段包含应用程序数据。
当发送Write，Read和Notification或Indication包时，还需要包含相关的属性句柄（2个八比特组）以识别数据。

23字节是ATT MTU的默认值，在此设置模式下，高位字节导致13％的开销数据( 3/(3+23) )。

如果从以前的数据传输速率的文章中回想起来，我们选择了每个BLE数据包的20个字节的应用程序数据，以匹配Bluetooth v4.0和4.1中允许的默认值。

ATT MTU测定

当进入连接时，客户端和外可以通过交换MTU请求/响应ATT层命令交换它们的MTU。每一方不能传送比另一方指定的ATT_MTU更大的ATT值。

例如，iPhone 6和6S ATT_MTU是185.这会导致182字节有效载荷的3/185或1.6％的头部开销。 L2CAP将传送185/23或9个链路层分组。
当ATT_MTU是23时，185个字节的有效载荷将被分成185/20或10个ATT分组，这导致8个链路层分组。

输出比较：

我们的计算基于4个BLE数据包在一个连接事件和30毫秒的连接间隔。 这些设置与iOS设备类似。

当给定的连接使用更大的ATT_MTU大小发送数据流时，我们绘制了吞吐量差异。

结论：

当使用更大的ATT_MTU时，吞吐量增加了大约0-15％，因为我们消除了传输ATT层开销字节并用数据替换它们。 使用23字节倍数的ATT_MTU大小或（链路层数据字段 - L2CAP头大小（4字节））是理想的。

随着通过使用更大的ATT包增加吞吐量，这可能需要创建更少的BLE包，这也会降低功耗。

除此双方协调ATT_MTU大小之外还可以通过以下方式提升蓝牙的数据传输率:

1. 选择合适的连接参数，例如减小BLE Connection interval会提升数据交互频率。

2. 选择一些不需要RSP的操作方式，例如write without rsp或notification。

参考

https://mp.weixin.qq.com/s/S0o_SdNJoWgTFlwZr-6NQQ