BLE广播信道空中包详解

广播信道空中包

在学习BLE的过程中，对于广播信道的空中包有许多混淆的地方，包括各个空中包的用途，帧格式等。现在想把他们做一个总结和归纳。

BLE广播信道中的空中包分为有以下几种：

• 可连接非定向广播 （ADV_IND）
• 可连接定向广播 (ADV_DIRECT_IND)
• 不可连接广播 (ADV_NONCONN_IND)
• 扫描请求 (SCAN_REQ)
• 扫描响应 (SCAN_RSP)
• 连接请求 (CONNECT_REQ)
• 可扫描指示 (ADV_SCAN_IND)

下面将分别详细介绍下这几种空中包。

空中包帧格式

之前的博文中有介绍BLE协议空中包的格式，所有空中包格式如下图所示：

广播信道空中包的PDU部分如下图所示：

Header部分如下图所示：

接下来将结合6中广播信道的空中包来解释帧格式中各个字段的意义

可连接非定向广播 （ADV_IND）

可连接非定向广播，是使用最为频繁的广播包，几乎所有提供了连接功能的BLE设备都使用这种空中包。

可连接的意思是，该设备提供了能与之建立链路层连接的功能；非定向的意思是，并非只有某个特定的设备才能与之建立连接。可连接非定向合起来的意思是，所有收到该广播的设备，都可与之建立链路层连接

接下来看一下这种广播包帧格式中的payload部分，如下图所示：

由上图可知，payload部分包含2个字段：AdvA和AdvData

• AdvA： Adv Address，它表示广播者的设备地址
• AdvData：广播数据，包括service data，service uuid以及manufacture data等等。

那么AdvA中的设备地址到底是公共设备地址还是私有设备地址呢？我们知道Header部分有一个字段TxAdd，占位1个bite。如果该比特为0，则表示AdvA是公共设备地址；如果该比特为1，则表示AdvA是私有设备地址

可连接定向广播 (ADV_DIRECT_IND)

可连接定向广播，是指明了对方设备地址的，为之提供了连接功能的广播包。简而言之就是，只有广播包中指定的那个设备才能与之建立链路层连接，其余设备的连接请求均被忽略。

帧格式中的payload部分，如下图所示：

由上图可知，payload部分包含2个字段：AdvA和InitA：

• AdvA：Adv Address，它表示广播者的设备地址
• InitA：表示接收者的设备地址，它指明了该广播包的接收者地址，也表示后续也只有该设备才能与之建立链路层连接

Header中的TxAdd字段表示AdvA地址是公共地址还是私有地址；RxAdd字段表示InitA地址是公共地址还是私有地址。相应的，如果为0表示公共地址；如果是1，则表示私有地址

不可连接广播 (ADV_NONCONN_IND)

不可连接广播，通常用于向周围的设备周期性的广播一些特定的信息，附近的任何设备都可以接收这种广播包，但不可与之建立连接。

例如，这种广播包可用于防丢器的应用场景，在一些容易丢弃的物件上内置BLE芯片，并周期性的广播不可连接广播包，手机扫描这种广播包，同时也会获得这种广播包的接收信号强度（RSSI），接收信号强度是与距离相关的，手机离设备远的时候，它的强度就弱，弱到一定程度手机就会发出报警声，表示物件已经离开手机很远了。

帧格式中的payload部分，如下图所示：

它的payload部分和可连接非定向广播包一模一样，只不过它是不可连接的。

扫描请求 (SCAN_REQ)

上面说到的那些广播包都是广播者发出的空中包，扫描请求是扫描者向指定的广播者发出的空中包，广播者收到扫描请求后，要立即回复扫描响应

扫描请求的payload部分如下图所示：

由上图可知，它包含2个字段：ScanA和AdvA：

• ScanA：Scanner Address， 表示扫描者的设备地址
• AdvA：广播者的设备地址

我们知道对于扫描请求来说，扫描者是发送方，广播者是接收方。所以Header中的TxAdd表示扫描者的设备地址类型，RxAdd表示广播者的设备地址类型，相应的，为0表示公共设备地址，为1表示私有设备地址

扫描响应 (SCAN_RSP)

扫描响应是广播者发出的空中包，它是作为对扫描请求的响应，其中会携带一些与广播者相关的数据，并返回给扫描者。

扫描响应的payload部分如下图所示：

由上图可知，它包含2个字段：AdvA和ScanRspData：

• AdvA：广播者的设备地址
• ScanRspData：Scanner Response Data，表示返回给扫描者的响应数据

对于扫描响应来说，广播者是发送方，扫描者是接收方。因而Header中的TxAdd表示AdvA的设备地址类型，0是公共地址，1是私有地址

值得注意的是，虽然扫描响应中并没有指定扫描者的设备地址，但也只有发出对应扫描请求的设备才能接收该扫描请求，其他设备会将其忽略。

连接请求 (CONNECT_REQ)

连接请求，既不是广播者发出的，也不是扫描者发出的。它是由发起者发出，并由广播者来接收，简而言之就是发起者向指定的广播者发起的一个连接请求。

发起者在发起连接请求之前，它必须先知道广播者的设备地址，那么它是如何知道对方地址的呢？一种方式就是通过扫描。我们知道广播者有2种可连接的广播包，分别是可连接非定向广播包和可连接定向广播包。那么当扫描者接收到其中一种可连接广播包的时候，它就知道对方的设备地址了，因而可以发起连接请求。如果是可连接定向广播包，前提是定向的是扫描者自己，那么才能发起连接请求。

连接请求的payload部分如下图所示：

由上图可知，payload部分包含3个字段：

• InitA： Initiator Address，发起者设备地址
• AdvA：广播者设备地址
• LLData：Link Layer Data，表示与链路层连接相关的连接参数

LLData的结构如下图所示：

LLData的内容比较复杂，下面简单介绍一下：

• AA：Access Address，访问地址
• CRCInit：用于CRC计算的一个初始值
• WinSize：transmitWindowSize，传输窗口的大小
• WinOffset：transmitWindowOffset，传输窗口的偏移量
• Interval：connInterval，简单理解就是一个睡眠唤醒周期的时间
• Latency：connSlaveLatency，表示Slave可以连续多长时间不用监听信道
• Timeout：connSuppervisionTimeout，设备双方约定这么长时间之后没有相互收到对方的包了，那么彼此可以认为连接已经丢失了，比如设备超出距离的情形
• Chm：Channel Map，后续连接中使用到和未使用到的数据信道
• Hop：跳频的跳数
• SCA：它和Master的睡眠时钟精度有关