BLE广播

广播

BLE的广播，类似于村头的喇叭，喇叭一响，全村人都通知到位，其目的如下：

1. 将自身的数据发送出去，此过程不需要建立连接。如蓝牙温度计，将测量的温度通过广播的方式发送出去。
2. 让别人发现自己并建立连接。通过广播中携带的设备能力、名称以及其他自定义的数据，让周围蓝牙扫描到并建立连接，以便进一步交互。

1、广播通道

广播的数据只能通过37/38/39这三个通道发送出去，默认广播一次在这三个通道上轮流发送一遍数据，每个通道广播间隔小于10ms，也可指定每次广播只在其中某个通道上发送。

2、广播间隔

以一定的时间间隔广播数据，这个时间间隔称为广播间隔，即advertising interval。为了改善设备的兼容性，在两个广播时间间隔之间，还会加上一个随机的0-10ms的delay时间。如下图所示，一个广播事件的周期为advertising interval+delay。

• advertising interval的范围为20ms ~ 10.24s，并且是0.625ms的整数倍。
• 不可连接的广播类型广播间隔最低为100ms。
• 特殊的定向广播方式：
  • high duty cycle directed advertising，以小于等于3.7ms的广播间隔持续定向广播，且1.28s后需退出此广播模式。用于快速连接，如蓝牙键鼠设备，断开后需要快速连接，就采用这样的定向广播方式。
  • Low duty cycle directed advertising，和普通广播一样。

3、广播包PDU格式

3.1 Advertising Header

Advertising Header，长度1个字节，每bit的具体定义如下：

• PDU Type为4 bits，详细定义如下表:

  PDU Type	Packet Name	Description	Payload
  0000	ADV_IND	通用广播指示 connectable undirected advertising event	AdvA (6 octets) + AdvData (0-31 octets)
  0001	ADV_DIRECT_IND	定向连接指示 connectable directed advertising event	AdvA (6 octets) + InitA (6 octets)
  0010	ADV_NONCONN_IND	不可连接指示 non-connectable undirected advertising event	AdvA (6 octets) + AdvData (0-31 octets)
  0011	SCAN_REQ	主动扫描请求 Scanner wants information from Advertiser	ScanA (6 octets) + AdvA (6 octets)
  0100	SCAN_RSP	主动扫描响应 Advertiser gives more information to Scanner	AdvA (6 octets) + ScanRspData (0-31 octets)
  0101	CONNECT_REQ	连接请求 Initiator wants to connect to Advertiser	initA (6 octets) + AdvA (6 octets) + LLData(22 octets)
  0110	ADV_SCAN_IND	可扫描指示 scannable undirected advertising event	AdvA (6 octets) + AdvData (0-31 octets)
  0111~1111	Reserved	保留 Reserved	Reserved

• TxAdd/RxAdd，各占1bit，表示随后的Advertiser Address字段代表的蓝牙MAC地址类型，值0代表Public地址，值1代表Random地址。

1）如果只需要定时传输一些简单的数据（如某一个温度节点的温度信息），后续不需要建立连接，则可以使用ADV_NONCONN_IND。广播者只需要周期性的广播该类型的PDU即可，接收者按照自己的策略扫描、接收，二者不需要任何额外的数据交互。

2）如果除了广播数据之外，还有一些额外的数据需要传输，由于种种原因，如广播数据的长度限制、私密要求等，可以使用ADV_SCAN_IND。广播者在周期性广播的同时，会监听SCAN_REQ请求。接收者在接收到广播数据之后，可以通过SCAN_REQ PDU，请求更多的数据。

3）如果后续需要建立点对点的连接，则可使用ADV_IND。广播者在周期性广播的同时，会监听CONNECT_REQ请求。接收者在接收到广播数据之后，可以通过CONNECT_REQ PDU，请求建立连接。

4）通过ADV_IND/CONNECT_REQ的组合建立连接，花费的时间比较长。如果双方不关心广播数据，而只是想快速建立连接，恰好如果连接发起者又知道对方（广播者）的蓝牙地址（如通过扫码的方式获取），则可以通过ADV_DIRECT_IND/CONNECT_REQ的方式。

3.2 Advertiser Address(AdvA)

俗称蓝牙MAC地址，长度为6个字节。如果是广播包，则是advertiser的MAC地址；如果是扫描包或者连接请求包，则是scanner的MAC地址。参考前面的设备地址说明：

3.3 AD Type 广播数据格式

所有的 AD Type的定义在文档 Core Specification Supplement 中。 AD Type 包括如下类型：

• Flags: TYPE = 0x01。这个数据用来标识设备 LE 物理连接的功能。DATA 是 0 到多个字节的 Flag 值，每个 bit 上用 0 或者 1 来表示是否为 True。如果有任何一个 bit 不为 0，并且广播包是可连接的，就必须包含此数据。各 bit 的定义如下：
  • bit 0: LE 有限发现模式
  • bit 1: LE 普通发现模式
  • bit 2: 不支持 BR/EDR
  • bit 3: 对 Same Device Capable(Controller) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 4: 对 Same Device Capable(Host) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 5..7: 预留
• Service UUID: 广播数据中一般都会把设备支持的 GATT Service 广播出来，用来告诉外面本设备所支持的 Service。有三种类型的 UUID：16 bit, 32bit, 128 bit。广播中，每种类型类型有有两个类别：完整和非完整的。这样就共有 6 种 AD Type。
  • 非完整的 16 bit UUID 列表： TYPE = 0x02;
  • 完整的 16 bit UUID 列表： TYPE = 0x03;
  • 非完整的 32 bit UUID 列表： TYPE = 0x04;
  • 完整的 32 bit UUID 列表： TYPE = 0x05;
  • 非完整的 128 bit UUID 列表： TYPE = 0x06;
  • 完整的 128 bit UUID 列表： TYPE = 0x07;
• Local Name: 设备名字，DATA 是名字的字符串。 Local Name 可以是设备的全名，也可以是设备名字的缩写，其中缩写必须是全名的前面的若干字符。
  • 设备全名： TYPE = 0x08
  • 设备简称： TYPE = 0x09
• TX Power Level: TYPE = 0x0A，表示设备发送广播包的信号强度。DATA 部分是一个字节，表示 -127 到 + 127 dBm。
• 带外安全管理（Security Manager Out of Band）：TYPE = 0x11。DATA 也是 Flag，每个 bit 表示一个功能：
  • bit 0: OOB Flag，0 表示没有 OOB 数据，1 表示有
  • bit 1: 支持 LE
  • bit 2: 对 Same Device Capable(Host) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 3: 地址类型，0 表示公开地址，1 表示随机地址
• 外设（Slave）连接间隔范围：TYPE = 0x12。数据中定义了 Slave 最大和最小连接间隔，数据包含 4 个字节：
  • 前 2 字节：定义最小连接间隔，取值范围：0x0006 ~ 0x0C80，而 0xFFFF 表示未定义；
  • 后 2 字节：定义最大连接间隔，同上，不过需要保证最大连接间隔大于或者等于最小连接间隔。
• 服务搜寻：外围设备可以要请中心设备提供相应的 Service。其数据定义和前面的 Service UUID 类似：
  • 16 bit UUID 列表： TYPE = 0x14
  • 32 bit UUID 列表： TYPE = 0x1F
  • 128 bit UUID 列表： TYPE = 0x15
• Service Data: Service 对应的数据。
  • 16 bit UUID Service: TYPE = 0x16, 前 2 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；
  • 32 bit UUID Service: TYPE = 0x20, 前 4 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；
  • 128 bit UUID Service: TYPE = 0x21, 前 16 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；
• 公开目标地址：TYPE = 0x17，表示希望这个广播包被指定的目标设备处理，此设备绑定了公开地址，DATA 是目标地址列表，每个地址 6 字节。
• 随机目标地址：TYPE = 0x18，定义和前一个类似，表示希望这个广播包被指定的目标设备处理，此设备绑定了随机地址，DATA 是目标地址列表，每个地址 6 字节。
• Appearance：TYPE = 0x19，DATA 是表示了设备的外观。
• 厂商自定义数据: TYPE = 0xFF，厂商自定义的数据中，前两个字节表示厂商 ID，剩下的是厂商自己按照需求添加，里面的数据内容自己定义。