BlueZ蓝牙广播协议(一)

1.概述

蓝牙广播是一种常见的无线通信方式，用于在短距离范围内传输数据。在蓝牙广播中，数据的传输是通过广播数据包实现的，而这些数据包包含了特定的数据结构。

2.BLE数据包格式 - 空中包

BLE链路层（Link Layer）只定义了一种空中包格式：

Preamble（前导帧）| Access Address | PDU（protocol data unit，协议数据单元） | CRC（cyclic redundancy check，循环冗余校验）

ATT、GATT、GAP层 都是基于数据信道包的payload(PDU)的概念

2.1 Preamble（前导帧）

固定值通常为0x55或者0xAA

2.2 Access Address:

Access Address用来标示接收者ID或者空中包身份，根据Access Address的不同，区分两种Packet类型：广播包和数据包

• 广播包： Access Address 固定为0x8E89BED6
• 数据包： 是数据信道空中包的简称，数据包只在数据信道上传输，即除37/38/39之外的其余37信道（Bluetooth LE总共占用40个信道）。

2.3 协议数据单元PDU

PDU（protocol data unit，协议数据单元）前两个字节固定为LL header（1个字节）和payload length（1个字节，又称data length）

PDU进一步为：LL Header | Payload Length | Payload

PDU 是 BLE 协议栈链路层的核心概念，定义了设备间数据交换的基本格式。无论是广播还是连接状态下的通信，都依赖于特定类型的 PDU 来完成任务。

3. BLE广播包

广播包，全名蓝牙广播通道（channel）空中包，即在蓝牙广播通道上（37/38/39）传输的空中包，为两种空中包的一种。

对于广播包，PDU段的格式为：

LL Header（1 Byte） | Payload Length（1 Byte） | Payload（6-37 Bytes）

3.1 LL Header字段

PDU段的LL Header，即Advertising Header，其8个bit定义如下所示：

• Bit0：接收地址类型

• Bit1：发送地址类型

• Bit2-3：保留

• Bit4-7：广播报文类型，具体定义如下：

  类型	包	用法
  0000	ADV_IND	可连接非定向广播
  0001	ADV_DIRECT_IND	可连接定向广播
  0010	ADV_NONCONN_IND	不可连接非定向广播
  0011	SCAN_REQ	扫描者需要获得更多信息的扫描请求
  0100	SCAN_RSP	响应来自扫描者的扫描请求
  0101	CONNECT_REQ	发起者的连接请求
  0110	ADV_SCAN_IND	可扫描、不可连接的无定向广播
  xxxx	保留

3.2 Payload Length字段

该字段占1个字节， 广播报文规范的长度范围是6-37字节。

3.3 Payload字段

针对蓝牙广播数据结构Payload的直观表示通常包括以下几个重要部分：

• Device Address：蓝牙MAC地址（6 Bytes）是强制的，非广播包，数据包也要强制
• 对于ADV_IND、SCAN_RSP两种类型的广播包，Advertising data的最大值为37 - 6 = 31字节，这就是广播包数据最长只能为31个字节的由来
• ADV_DIRECT_IND 直连广播包净荷格式由6字节的广播设备地址和6字节的目标设备地址组成
• SCAN_REQ 扫描请求包净荷格式由6字节的扫描设备地址和6字节的广播设备地址组成。远程发起连接的设备，搜索到周围正在广播的设备后，一般会发送扫描请求。

对于一个可连接非定向广播而言，主机设备仅通过广播能够获取到其的数据长度为被动接收的ADV_IND：31个字节 + 主动扫描的回复包SCAN_RSP：31个字节 = 62个字节

每一个广播事件包含三个广播包，即分别在37/38/39三个射频通道上同时广播相同的信息

3.4 广播数据包结构

蓝牙广播数据结构是指：在蓝牙广播过程中传输的数据包的组织形式和内容格式，它属于PDU的Payload数据。
蓝牙广播数据包的主要格式：一个广播包是由若干个广播单元AD Structure构成的。
每个广播单元的组成（AD Structure）是：

• 第一个字节： 是长度值 length，表示接下来的 length个字节是数据部分，长度不包含自己本身；
• 第二个字节：是数据类型Type，决定了AD Data的数据代表的是什么以及怎么解析，广播数据最长31字节。
• 第三个字节：从这个字节开始就是数据部分。
  广播内容和扫描回复内容的格式定义是通用的。都是长度+数据的方式，其中数据又分成类型+实际数据，如下图:

广播包的数据由多个 AD Structure 组成，每个结构包含3个字段：

• 应用数据的结构格式：AD Structure 1 | AD Structure 2 | … | AD Structure N
• AD structure的格式为：Length（1 Byte） | Type（1 Byte） | Data
• Length（1字节）：表示Type和Data的长度
• Type（1字节）：数据类型标识，表示Data的用途。0x02表示不完整的16位服务UUID（示例值：0x180A），0x09表示设备完整名称，0x0A表示发射功率等级，0x19表示设备外观，0xFF表示自定义数据（可以私有定义）等等，具体定义见如下：
• 特别地说明，广播名称属于type:0x09，可以选择放置在ADV_IND（主动广播包），或者ADV_RSP（扫描响应包），由于Length和Type各占用了一个字节，那么BLE广播名称的最大有效长度为31 - 2 = 29个字节。

如下是蓝牙广播数据结构直观的表示通常包括以下几个重要部分：

3.5 AD Structure类型

3.6 广播包实例

广播数据包结构体实例：

数据解析说明：