细说BLUETOOTH 5 【8X 大广播包数据传输】

 

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作者：XCODER

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前面谈完了蓝牙5大数据传输，远距离传输，还剩最后也是很重要的一个特性，蓝牙5大广播包数据。

首先我们来科普一下何为蓝牙的广播包，以及它的用途。

 

蓝牙广播

蓝牙从机设备正常工作时会以一定频率发送广播包，告知周围设备可以来连接自己(connectable)，或者单纯发送广播数据(non-connectable)给到周围主设备。从机广播中可能包含设备的相关信息，设备名称，设备具有的服务uuid 等，SIG有明确规定。

 

广播包类型

广播包可以拆分为两种，一种是从机设备的广播的数据，一种是主机设备扫描到从机的广播包后响应返回给冲击设备的数据。

 

• 广播包 （Advertising Data):设备端主动发送的周期数据。

• 响应包 （Scan Response):主机主动扫描的情况下， 发送扫描请求给从机， 从机返回扫描响应数据。

 

广播数据包格

有效数据（significant）和无效数据（non-significant）两部分。

有效数据部分包含若干个广播数据单元，称为 AD Structure 。如图所示，AD Structure 的组成是：

长度 Len ，表示这个 AD Structure 的长度（除去 len本身 1）

 

类型 AD Type

标记这段广播数据代表什么， 比如设备名， uuid 等。

数据 AD data

无效数据部分广播包的长度必须是 31 个 byte，如果有效数据部分不到 31 自己，剩下的就用 0 补全。这部分的数据是无效的。

 

我们以一个例子说明广播包和他的作用：

下图为CC2540 BLE抓包工具抓包的截图，右边AdvData内的数据即为广播数据，该广播数据由工程师自己设计，最大支持的字节为31个直接，两横条之间Time的差值即为广播间隔。

 

通常情况，广播包的作用如下：

1. 作为可连接设备时，广播包内带有产品信息，比如品牌logo，MAC地址等.

2. 作为beacon设备时，可能携带传感器数据上报给集中器，可以携带beacon编号信息，MAC地址，特殊编码数据。

    

作为可连接设备的广播，蓝牙4.2和蓝牙5.0并无太多差异。

但对应Beacon应用来说，广播数据和可传输的数据长度就显得尤为重要。beacon广播结合Scan端集中器(Broadcaster and Observer)可以用于智能家具节点数据上报，工厂自动化设备数据上传，人员管控，冷链物流监控，特殊区域布防等多种应用场景；beacon广播结合地图亦可以作为室内导航定位的辅助工具，为室内定位提供良好的解决方案(目前已经相继出现好几家机场，医院，商城实现手机室内导航，其原理即依靠大量布置beacon点和手机地图匹配，利用手机扫描周围beacon广播信息，实现定位与导航，但定位精度存在偏差，不如UWB精度高)。

 

BLE的低功耗纽扣电池供电特性，小体积，可以和手机互联互通，使得beacon在上述应用呈爆发式增长。但其中会存在一个棘手的问题，31字节的广播包太短，每次广播能携带的有效数据太少，另外广播通道太少，只有37,38,39三个通道广播，可能存在多设备上报数据信道的干扰问题。

 

蓝牙5扩展了广播数据的有效载荷，提升了广播通道数，为上述应用和新的应用提供了更多技术储备。下面我们就来看看蓝牙5的8x 大广播包。

 

蓝牙5特性三 【8X 大广播包】

 

蓝牙4.x协议规定蓝牙广播数据包每包数据最大只支持31字节数据传输，广播信道限制在37,38,39三个信道。在原有的用于传输广播数据的PDU（ADV_IND、ADV_DIRECT_IND、ADV_NONCONN_IND以及ADV_SCAN_IND，称作legacy PDUs）的基础上，蓝牙5增加了扩展的PDU（ADV_EXT_IND、AUX_ADV_IND、AUX_SYNC_IND以及AUX_CHAIN_IND，称作extended advertising PDUs)，同时也允许蓝牙在除开37,38,39三个通道之外的其他37个信道上发送长度介于0-255字节的数据。

 

蓝牙5.0把广播信道抽象为两类，一种叫主广播信道(primary advertisement channels)，另一种叫次广播信道，或者第二广播信道（Secondary Advertising Packets）。

主广播信道只工作在37，38，39三个信道，最大广播字节为31字节，广播的数据类型增加了一个ADV_EXT_IND指令，ADV_EXT_IND指令即为告知监听设备，我要广播大数据包广播了。

ADV_EXT_IND指令包含要在第二类次广播信道上发送的内容，第二广播信道发送广播数据的信道，物理PHY层，1M PHY，Coded PHY，2M PHY 等。

其示意如下图所示，首先在主广播信道广播ADV_EXT_IND信息，然后利用次广播信道(0-36 channel)广播255byte 数据。

 

 

 

如果我们有大于255字节的数据需要发送，蓝牙5.0广播协议栈中已经定义了AUX_CHAIN_IND，用于在第二广播信道上连续传输255字节数据，这样我们可以利用它发送超过255字节的大数据包数据。

 

第二广播信道（Secondary Advertising Packets）中的 AUX_ADV_IND、以及AUX_CHAIN_IND已经介绍，下面再看看AUX_SYNC_IND指令。

AUX_SYNC_IND指令用于大广播包数据的周期发送，广播者可随时修改其广播数据，但其他监听者依然可以监听到其周期性的广播内容，AUX_SYNC_IND指令包含广播间隔，调频序列，广播数据，广播者MAC地址等信息。

结论:

蓝牙4.2的广播数据31字节，蓝牙5.0的广播数据255字节，提升了8倍之多，由于使用了更多的广播信道，多个设备上报数据的抗信道干扰能力得到提升，另外由于多信道的使用，可以同步广播多种不同制式的信息，比如同时广播ibeacon和eddstone。结合蓝牙5 long range mode远距离传输模式，蓝牙的远距离beacon可以用在冷链物流，gps追踪器，工业自动化等在之前距离和数据吞吐量受限的场合，蓝牙5.0给我们更多创新的可能。

 

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