低功耗蓝牙BLE之广播

广播

低功耗蓝牙设备通过广播信道发现其他设备，一个设备进行广播，而另一个设备进行扫描。

广播相关的参数大致有以下几种：

1.Advertising interval

2.Advertising_Type

3.Own_Address_Type

4.Direct_Address_Type

5.Direct_Address

6.Advertising_Channel_Map

7.Advertising_Filter_Policy

8.Advertising Data

9.ScanReponse Data

Advertising interval  （广播间隔）

设备每次广播时，会在3个广播信道上发送相同的报文。这些报文被称为一个广播事件。除了定向报文以外，其他广播事件均可以选择“20ms ~ 10.28s”不等的间隔。通常，一个广播中的设备会每一秒广播一次。两个相邻广播事件之间的时间称为广播间隔。

但是，设备周期性的发送广播会有一个问题：由于设备间的时钟会不同程度的漂移，两个设备可能在很长一段时间同时广播而造成干扰。为防止这一情况的发生，除定向广播之外的其他广播类型，发送时间均会被扰动。实现该扰动的方式为，在上一次广播事件后加入“0 ~ 10ms”的随机延时。这意味着，即使两个设备广播间隔相同，并在相同信道及时间点上发送造成了冲突，但它们发送下一个广播事件时也会有很大可能不再冲突。

所以，两个相邻的广播事件的之间的时间间隔（T_advEvent）为：

T_AdvEvent = advInterval + advDelay

其中，advInterval 必须是“0.625ms”的整数倍，范围是“20ms ~ 10.24s”之间。对于可扫描非定向广播和不可连接非定向广播这两种广播类型，该值最好不小于100ms，即（160个0.625ms）。advDelay是Link Layer（链接层）分配的一个伪随机数，它的范围为“0 ~ 10ms”。

广播包的截图如下：

当然，实际设置过程中没有广播间隔参数，而是设置Advertising_Interval_Min（最小广播间隔）和Advertising_Interval_Max（最大广播间隔）这两个参数来调整广播间隔，它们都是以“0.625ms”为单位，如果要固定广播间隔为某一个值，只需要将这两个参数设置为同一个有效数值即可。

设置广播间隔的方法如下：

//普通可发现模式下修改广播间隔的方法
GAP_SetParamValue(TGAP_GEN_DISC_ADV_INT_MIN, advInt );//单位是0.625ms
GAP_SetParamValue(TGAP_GEN_DISC_ADV_INT_MAX, advInt );//单位是0.625ms
//有限可发现模式下修改广播间隔的方法
GAP_SetParamValue( TGAP_LIM_DISC_ADV_INT_MIN, advInt );//单位是0.625ms
GAP_SetParamValue( TGAP_LIM_DISC_ADV_INT_MAX, advInt );//单位是0.625ms

下一篇博文会重点介绍广播发现模式的有关内容。

Advertising_Type  （广播类型）

广播的类型一般分为四种，分别是：

1.可连接的非定向广播（Connectable Undirected Event Type）。这是一种用途最广的广播类型，包括广播数据和扫描响应数据，它表示当前设备可以接受其他任何设备的连接请求。

鉴于此种广播类型用的最多，下面我们来讨论一下此类型下广播事件中广播包的发送情况，另外要注意在一个广播事件中，前一个“ADV_IND PDUs”的开始到相邻的下一个“ADV_IND PDUs”的开始处的时间要小于等于 10ms ：

第一种情况：仅仅有广播 PDUs 。截图显示如下：

第二种情况：在广播事件的中间有“SCAN_REQ”和“SCAN_RSP PDUs”。截图显示如下：

第三种情况：在广播事件的结尾有“SCAN_REQ”和“SCAN_RSP PDUs”。截图显示如下：

第四种情况：在广播事件的中间接收到“CONNECT_REQ PDU”的情况。截图显示如下：

此情况下，广播事件会关闭，不会继续在下一个信道上广播。

2.可连接的定向广播（Connectable Directed Event Type）。定向广播类型是为了尽可能快的建立连接。这种报文包含两个地址：广播者的地址和发起者的地址。发起者收到发给自己的定向广播报文之后，可以立即发送连接请求作为回应。

定向广播类型有特殊的时序要求。完整的广播事件必须每3.75ms重复一次。这一要求使得扫描设备只需扫描3.75ms便可以收到定向广播设备的消息。

当然，如此快的发送会让报文充斥着广播信道，进而导致该区域内的其他设备无法进行广播。因此，定向广播不可以持续1.28s以上的时间。如果主机没有主动要求停止，或者连接没有建立，控制器都会自动停止广播。一旦到了1.28s，主机便只能使用间隔长得多的可连接非定向广播让其他设备来连接。

当使用定向广播时，设备不能被主动扫描。此外，定向广播报文的净荷中也不能带有其他附加数据。该净荷只能包含两个必须的地址。

3.不可连接的非定向广播（Non-connectable Undirected Event Type）。仅仅发送广播数据。

4.可扫描的非定向广播（Scannable Undirected Event Type）。这种广播不能用于发起连接，但允许其他设备扫描该广播设备。这意味着该设备可以被发现，既可以发送广播数据，也可以响应扫描发送扫描回应数据，但不能建立连接。这是一种适用于广播数据的广播形式，动态数据可以包含于广播数据之中，而静态数据可以包含于扫描响应数据之中。

注意：所谓的定向和非定向针对的是广播的对象，如果是针对特定的对象进行广播（在广播包PDU中会包含目标对象的MAC）就是定向广播，反之就是非定向。可连接和不可连接是指是否接受连接请求，如果是不可连接的广播类型，它将不回应连接请求。可扫描广播类型是指回应扫描请求。

不同的广播类型对扫描请求和连接请求的不同结果如下图：

TI的CC2540和CC2541中广播类型的具体定义在“components/ble/include”目录下的“Gap.h”文件中，如下：

/** @defgroup GAP_ADVERTISEMENT_TYPE_DEFINES GAP Advertising Event Types
 * for eventType field in gapAdvertisingParams_t
 * @{
 */
#define GAP_ADTYPE_ADV_IND                0x00  //!< Connectable undirected advertisement
#define GAP_ADTYPE_ADV_HDC_DIRECT_IND     0x01  //!< Connectable high duty cycle directed advertisement
#define GAP_ADTYPE_ADV_SCAN_IND           0x02  //!< Scannable undirected advertisement
#define GAP_ADTYPE_ADV_NONCONN_IND        0x03  //!< Non-Connectable undirected advertisement
#define GAP_ADTYPE_ADV_LDC_DIRECT_IND     0x04  //!< Connectable low duty cycle directed advertisement
/** @} End GAP_ADVERTISEMENT_TYPE_DEFINES */

其中“GAP_ADTYPE_ADV_HDC_DIRECT_IND”和“GAP_ADTYPE_ADV_LDC_DIRECT_IND”属于定向可连接广播类型的两种形式。

设置广播类型的方法：

GAPRole_SetParameter(GAPROLE_ADV_EVENT_TYPE, sizeof( uint8 ), &advType );

Own_Address_Type  （自身地址类型）

Public Device Addrss：公有设备地址是设备所特有的并且是不可改变的。类似网络设备的MAC地址，它的长度为48位。由两部分组成：

Ramdom Device Address：随机设备地址（私有设备地址），它也是48位。组成如下所示：

Direct_Address_Type  （定向地址类型）

地址类型同Own_Address_Type，具体内容如上。

Direct_Address  （定向地址）

定向设备地址如下所示：

Advertising_Channel_Map  （广播信道）

广播信道如下所示：

在一个广播事件中，一个广播包会在每个信道上进行传输。显示如下：

Advertising_Filter_Policy  （广播过滤策略）

广播过滤策略，对发来请求包的设备采用的过滤策略。如下所示：

 

对应上图的内容解释如下：

1.接受任何设备的扫描请求或连接请求。（Value：0x00）

2.仅仅接受白名单中的特定设备的扫描请求，但是接受任何设备的连接请求。（Value：0x01）

3.接受任何设备的扫描请求，但仅仅接受白名单中的特定设备的连接请求。（Value：0x02）

4.仅仅接受白名单中的特定设备的扫描请求和连接请求。（Value：0x03）

5.保留

Advertising And ScanReponse Data  （广播和扫描回应数据）

广播数据和扫描回应数据，它们的长度都不能超过31个字节（0 ~ 31），数据的格式必须满足下图的要求，可以包含多个AD数据段，但是每个AD数据段必须由“Length：Data”组成，其中Length占用1个octet，Data部分占用Length个字节，所以一个AD段的长度为：Length+1。格式图如下所示：

设置广播数据和扫描回应数据的方法如下：

GAPRole_SetParameter( GAPROLE_ADVERT_DATA,sizeof( advertData ), advertData );
GAPRole_SetParameter( GAPROLE_SCAN_RSP_DATA,sizeof ( scanRspData ), scanRspData );

广播使能----打开的方法：

uint8 adv_enable = TRUE;
GAPRole_SetParameter( GAPROLE_ADVERT_ENABLED, sizeof( uint8 ), &adv_enable );

广播使能----关闭的方法：

uint8 adv_enable = FALSE;
GAPRole_SetParameter( GAPROLE_ADVERT_ENABLED, sizeof( uint8 ), &adv_enable );

附加知识点：Octet

在传统的二进制概念中，1 byte（字节）= 8 bit（位）。大多数因特网标准使用八位组（octet）这个术语而不是使用字节来表示8位的量。该术语起源于“TCP/IP”发展的时期，当时许多早期的工作是在诸如“DEC-10”这样的系统上进行的，然而这些系统的结构采用的字节（byte）长度不是8位（bit），因此出现了octet的单位，即准确定义了

1 octet = 8 bit