iOS蓝牙ble和传统蓝牙

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mob64ca13fae001 2024-09-14 07:43:53

文章标签 iOS蓝牙ble和传统蓝牙物联网数据多路复用链路 文章分类 iOS 移动开发

文章目录

1 蓝牙BLE简介
2 蓝牙BLE概述

2.1 ISM Band 2.4GMHz

3 蓝牙BLE协议架构

3.1 Physical Layer
3.2 Link Layer

3.2.1 Physical Channel 的共享
3.2.2 状态（state）和角色（role）的定义
3.2.3 Air Interface Protocol
3.2.4 Link Layer Control

3.3 HCI
3.4 L2CAP Protocol

3.4.1 Protocol/channel multiplexing

3.5 Attribute Protocol
3.6 Generic Attribute Profile

3.6.1 层次结构

3.7 Security Manager（SM）
3.8 Generic Access Profile（GAP）

4 蓝牙BLE广播

4.1 广播包详解

4.1.1 广播数据类型Advertising Data Types

4.2 广播时间分析
4.3 广播类型Advertising_Type
4.4 广播信道Physical Channel
4.5 广播事件Advertising Event

5 蓝牙BLE扫描

5.1 扫描参数

5.1.1 扫描窗口
5.1.2 扫描类型

1 蓝牙BLE简介

蓝牙BLE英文为Bluetooh Low Energy，即低功耗蓝牙。
参考文章：

蜗蜗科技
乐鑫科技《esp32_bluetooth_architecture_cn》

2 蓝牙BLE概述

2.1 ISM Band 2.4GMHz

下图是对Bluetooth Core的一个概述，从RF的Physical Channel，到Baseband的Physical Link、Logical Link、LMP、L2CAP等概念，都有一些粗略的介绍。

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_iOS蓝牙ble和传统蓝牙

3 蓝牙BLE协议架构

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_物联网_02

如上图所示，BLE的协议可分为Bluetooth Application和Bluetooth Core两大部分，而Bluetooth Core又包含BLE Controller和BLE Host两部分。

3.1 Physical Layer

任何一个通信系统，首先要确定的就是通信介质（物理通道，Physical Channel）。在BLE协议中，“通信介质”的定义是由Physical Layer 负责。在Physical Layer 中，BLE物理信道RF使用2.4GHz ISM(Industrial Scientific Medical) 频段，频率范围是2.400-2.4835 GHz。其信道划分频点分别是‘f=2402+k*2 MHz, k=0, … ,39’，带宽为2MHz”的40个RF Channel。

3.2 Link Layer

在Physical Layer中定义了通信所需的物理通道，即40个RF Channel（后面统一使用Physical Channel指代）。至此，Link Layer主要功能是在这些Physical Channel上收发数据，与此同时，不可避免的需要控制RF收发相关的参数。因此Link Layer 还需解决如下问题：

Physical Layer仅仅提供了有限的40个Physical Channel，而BLE中参与通信的实体的数量，肯定不是这个数量级。Link Layer需要解决Physical Channel的共享问题；
通信是两个实体之间的事情，对这两个实体来说，它们希望看到一条为自己独享的传输通道（就是我们所熟悉的逻辑链路，Logical Link）。这也是Link Layer需要解决的；
Physical Channel是不可靠的，任何数据传输都可能由于干扰等问题二损毁、丢失，这对有些应用来说，是接受不了的。因此Link Layer需要提供校验、重传等机制，确保数据传输的可靠性；
……

3.2.1 Physical Channel 的共享

BLE系统只有有限的40个Physical Channel，怎么容纳多个通信实体呢？其解决方法如下，Link Layer将BLE的通信场景分为两类：

数据量比较少、发送不频繁、对时延不是很敏感的场景
例如一个传感器节点（如温度传感器），需要定时（如1s）向处理中心发送传感器数据（如温度）。针对这种场景，BLE的Link Layer采取的处理方式是广播通信：从40个Physical Channel中选取3个，作为广播通道（advertising channel），在广播通道上，任何参与者都可以随意收发数据，且共享同一个逻辑传输通道（广播通道）。当然该方法存在较多的问题，如不可靠、不高效、不安全等。
数据量较大、发送频率较高、对时延较敏感的场景
这种场景下，BLE的Link Layer会从剩余的37个Physical Channel中，选取一个，为这种场景里面的通信双方建立单独的通道（data channel），这就是 连接（connection） 的过程。同时，为了增加容量，增大抗干扰能力，连接不会长期使用一个固定的Physical Channel，而是在多个Channel（如37个）之间随机但有规律的切换，这就是BLE的跳频（Hopping）技术。

3.2.2 状态（state）和角色（role）的定义

基于上面“3.2.1 Physical Channel 的共享”小节的思路，BLE协议在Link Layer抽象出5种状态：并以如下的状态机进行切换（设备在同一时刻只能处于这些状态的一种）

Standby State
Advertising State
Scanning State
Initiating State
Connection State
注1：从横向看，协议的每个层次（如这里的Link Layer）都可以当做可相互通信的实体。这里的状态，就是指这每一层实体的状态。因此，在协议的多个层次上，都可能有状态定义，甚至名字也一样，我们阅读协议栈的时候，一定要留意，不要被绕晕了。

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_链路_03

Standby状态是初始状态，即不发送数据，也不接收数据。根据上层实体的命令（如位于host软件中GAP），可由其它任何一种状态进入，也可以切换到除Connection状态外的任意一种状态。
Advertising状态是可以通过广播通道发送数据的状态，由Standby状态进入。它广播的数据可以由处于Scanning或者Initiating状态的实体接收。上层实体可通过命令将Advertising状态切换回Standby状态。另外，连接成功后，也可切换为Connection状态。
Scanning状态是可以通过广播通道接收数据的状态，由Standby状态进入。根据Advertiser所广播的数据的类型，有些Scanner还可以主动向Advertiser请求一些额外数据。上层实体可通过命令将Scanning状态切换回Standby状态。
Initiating状态和Scanning状态类似，不过是一种特殊的接收状态，由Standby状态进入，只能接收Advertiser广播的connectable的数据，并在接收到数据后，发送连接请求，以便和Advertiser建立连接。当连接成功后，Initiater和对应的Advertiser都会切换到Connection状态。
Connection状态是和某个实体建立了单独通道的状态，在通道建立之后，由Initiating或者Advertising自动切换而来。通道断开后，会重新回到Standby状态。

通道建立后（通常说“已连接”），处于Connection状态的双方，分别有两种角色，Master和Slave： Initiater方称作Mater、Advertiser方称作Slave。

3.2.3 Air Interface Protocol

在状态和角色定义完成后，主要操作包括两类，提供某一状态下，和其它实体对应状态之间的数据交换机制；根据上层实体的指令，以及当前的实际情况，负责状态之间的切换。且由Air Interface Protocol负责，主要思路如下。

定义在Physical Channel上收发的数据包的格式（packet format）
在BLE中，两种类型的Physical Channel（advertising channel和data channel）统一使用一种packet format，如下：
Preamble(1 octet) Access Address(4 octets) PDU(2 to 257 octets) CRC(3 octets)
Access Address：用于识别；
PDU：BLE在Link Layer的PDU长度最大为257 octets（当做bytes理解就行了）。这决定了上层实体，如L2CAP、Application等，如上层实体数据过大，需要拆分、重组才能传输；
Link Layer总packet长度是9~264bytes。
定义不同类型的PDU及其格式
由（3.2.2 状态（state）和角色（role）的定义）小节的描述，Link Layer有5种状态，每种状态下所传输数据的功能不尽相同，基于此，Air Interface Protocol定义出如下的PDU类型：
1）Advertising channel中Advertising有关的PDU
ADV_IND：Advertiser发送的，可被连接的、无方向的广播数据（connectable undirected advertising event）；
ADV_DIRECT_IND：Advertiser发送的，可被连接的、单向广播数据（connectable directed advertising event）；
ADV_NONCONN_IND：Advertiser发送的，不可被连接的、无方向的广播数据（non-connectable undirected advertising event）；
ADV_SCAN_IND：Advertiser发送的、可接受SCAN_REQ请求的、无方向的广播数据（scannable undirected advertising event）。
2）Advertising channel中Scanning有关的PDU
SCAN_REQ：Scanner发送的，向Advertiser请求额外信息的数据包（一般需要在收到ADV_SCAN_IND后才可发送）；
SCAN_RSP：Advertiser发送的，响应SCAN_REQ请求的数据包。
3）Advertising channel中Initialing有关的PDU
CONNECT_REQ：Initiater发起的，请求建立连接的数据包。
4）Data channel中LL data有关的PDU
已连接的双方进行数据通信所用的PDU，有效的payload长度为0~251bytes。
5）Data channel中LL control有关的PDU
用于管理、维护、更新已连接的数据通道的PDU，包括：
LL_CHANNEL_MAP_REQ：请求更改所使用的Physical Channel的数据包；
LL_TERMINATE_IND：告知对方此次连接即将结束，以及结束的原因；
等等。
以白名单（White List）的形式定义Link Layer的数据过滤机制
主要针对广播通道，因为随着通信设备的增多，空中的广播数据将会呈几何级的增长，为了避免资源的浪费（特别是BLE Host），有必要在Link Layer过滤掉一些数据包，例如根据蓝牙地址，过滤掉不是给自己的packet。
执行广播通道上实际的packet收发操作
Advertising State下的Advertising Channel的选择、Advertising的间隔、Advertising PDU的类型等；
Scanning State/Initialing State下的scanWindow、scanInterval等。
定义连接建立的方式及过之后的应答、流控等机制

3.2.4 Link Layer Control

经过（3.2.3 Air Interface Protocol）小结的抽象，BLE实体已经具备广播通信、点对点连接的建立和释放、点对点通信等基本的能力。除此之外，Link Layer又抽象出来一个链路控制协议（Link Layer Control），用于管理、控制两个Link Layer实体之间所建立的这个Connection，主要功能包括：

更新Connection相关的参数，如transmitWindowSize、transmitWindowOffset、connInterval等等；
更新该连接所使用的跳频图谱（使用哪些Physical Channels）；
执行链路加密（Encryption）有关的过程。

3.3 HCI

定义Host和Controller（通常是两颗IC）之间的通信协议，可基于Uart、USB等物理介质，对理解蓝牙协议来说，是无关紧要的，这里暂不介绍。

3.4 L2CAP Protocol

L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）即逻辑链路控制及自适应协议。
经过Link Layer的抽象之后，两个BLE设备之间可存在两条逻辑上的数据通道：一条是无连接的广播通道；另一条是基于连接的数据通道，是一个点对点（Master对Slave）的逻辑通道。
广播通道暂且不展开，而数据通道（后面简称逻辑通道，Logical Channel），要怎么使用，还需要一番思索，例如：

Logical Channel只有一条，而要利用它传输数据的上层应用却不止一个（例如协议框架图中的ATT和SMP），怎么复用？
Logical Channel所能传输的有效payload长度最大只有251bytes，是否意味着上层应用每次只能传输少于这个长度的数据？
Logical Channel仅提供了简单的应答和流控机制，如果传输的数据出错怎么办？
……

以上问题，都是由L2CAP，一个介于应用程序（Profile、Application等）和Link Layer之间的protocol，负责回答，它提供的功能主要包括：

Protocol/channel multiplexing，协议/通道的多路复用；
Segmentation and reassembly，上层应用数据（L2CAP Service Data Units，SDUs）的分割（和重组），生成协议数据单元（L2CAP Packet Data Units，PDUs），以满足用户数据传输对延时的要求，并便于后续的重传、流控等机制的实现；
Flow control per L2CAP channel，基于L2CAP Channel的流控机制；
Error control and retransmissions，错误控制和重传机制；
Support for Streaming，支持流式传输（如音频、视频等，不需要重传或者只需要有限重传）；
Fragmentation and Recombination，协议数据单元（PDUs）的分片（和重组），生成符合Link Layer传输要求的数据片（长度不超过251）；
Quality of Service，QoS的支持。

3.4.1 Protocol/channel multiplexing

multiplexing（多路复用）即，可用于传输用户数据的逻辑链路只有一条，而L2CAP需要服务的上层Profile和Application的数目，肯定远不止一个。因此，需要使用多路复用的手段，将这些用户数据映射到有限的链路资源上去。
而multiplexing的手段，当数据发送时，将用户数据分割为一定长度的数据包（L2CAP Packet Data Units，PDUs），加上一个包含特定“ID”的header后，通过逻辑链路发送出去；当数据接收时，从逻辑链路接收数据，解析其中的“ID”，并以此判断需要将数据转发给哪个应用。
这里所说的ID，就是多路复用的手段，L2CAP提供两种复用手段：

基于连接的方法（这里的连接为L2CAP connection，不要和Link Layer的connection混淆了）
这里的连接，是指基于L2CAP的应用程序，在通信之前，先建立一个基于Logical Channel的虚拟通道（称作L2CAP channel）。L2CAP会为这个通道分配一个编号，称作channel ID（简称CID）。L2CAP channel建立之后，就可以把CID放到数据包的header中，以达到multiplexing的目的。这些基于CID实现的多路复用，就称作channel multiplexing（基于通道的多路复用）。那CID是怎么确定的呢？有一些固定用途的L2CAP Channel，其CID是固定值，另外一些则是动态分配的，具体如下：
无连接的方法
另外，为了提高数据传输的效率，方便广播通信等应用场景，L2CAP在提供基于连接的通信机制之外，也提供了无连接的数据传输方法。基于这种方法，CID不存在了，取而代之的是一个称作Protocol/Service Multiplexer(PSM)的字段。这种多路复用的手段则成为Protocol multiplexing（基于协议的多路复用）。由于Protocol multiplexing只允许在BR/EDR controller中使用，本文就不再详细介绍了。

3.5 Attribute Protocol

由上面章节的描述可知，在BLE协议栈中：Physical Layer负责提供一系列的Physical Channel；基于这些Physical Channel，Link Layer可在两个设备之间建立用于点对点通信的Logical Channel；而L2CAP则将这个Logical Channel换分为一个个的L2CAP Channel，以便提供应用程序级别的通道复用。到此之后，基本协议栈已经构建完毕，应用程序已经可以基于L2CAP跑起来了。
BLE最重要的初衷----物联网。物联网中最重要、最广泛的一类应用是：信息的采集。这些信息往往都很简单，如温度、湿度、速度、位置信息、电量、水压、等等。采集的过程也很简单，节点设备定时的向中心设备汇报信息数据，或者，中心设备在需要的时候主动查询。
基于信息采集的需求，BLE抽象出一个协议：Attribute protocol，该协议将这些“信息”以“Attribute（属性）”的形式抽象出来，并提供一些方法，供远端设备（remote device）读取、修改这些属性的值（Attribute value）。
Attribute Protocol的主要思路包括：

基于L2CAP，使用固定的Channel ID（0x004，具体可参考上文CID）。
采用client-server的形式。提供信息（以后都称作Attribute）的一方称作ATT server（服务器，一般是那些传感器节点），访问信息的一方称作ATT client（客户端），下面是服务器和客户端间的常用操作：
1）客户端给服务端发数据：通过对服务器的数据进行写操作 (Write)，来完成数据发送工作。写操作分两种，一种是写入请求 (Write Request)，一种是写入命令 (WriteCommand)，两者的主要区别是前者需要对方回复响应 (Write Response)，而后者不需要对方回复响应。
2）服务端给客户端发数据：主要通过服务端指示 (Indication) 或者通知 (Notification) 的形式，实现将服务端更新的数据发给客户端。与写操作类似，指示和通知的主要区别是前者需要对方设备在收到数据指示后，进行回复 (Confirmation)。
3）客户端也可以主动通过读操作读取服务端的数据。

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_数据_04

一个Attribute由Attribute Type、Attribute Handle、Attribute Value和Attribute Permissions组成。
1）Attribute Type：每个数据有⾃己需要代表的意思，例如表示温度、发射功率、电池等等各种各样的信息。蓝牙组织 (Bluetooth SIG) 对常用的一些数据类型进行了归类，赋予不同的数据类型不同的标识码 (UUID)。例如 0x2A09 表示电池信息，0x2A6E 表示温度信息。UUID 可以是 16 比特的 (16-bit UUID)，也可以是 128 比特的 (128-bit UUID)。
2）Attribute Handle：是一个16-bit的数值，用作唯一识别Attribute server上的所有Attribute。Attribute Handle的存在有如下意义：
a）一个server上可能存在多个相同类型的Attribute，显然，client有区分这些Attribute的需要。
b）同一类型的多个Attribute，可以组成一个Group，client可以通过这个Group中的起、始handle访问所有的Attributes。
3） Attribute Value：属性值是每个属性真正要承载的信息，其他 3 个元素都是为了让对方能够更更好地获取属性值。有些属性的⻓度是固定的，例如电池属性(Battery Level) 的长度只有 1 个字节，因为需要表示的数据仅有 0~100%，而 1 个字节足以表示 1～100 的范围；而有些属性的⻓长度是可变的，例如基于 BLE 实现的透传模块。
4） Attribute Permissions：属性许可，每个属性对各自的属性值有相应的访问限制，比如有些属性是可读的、有些是可写的、有些是可读又可写的等等。拥有数据的⼀方可以通过属性许可，控制本地数据的可读写属性。
授权有关的权限（authorization permissions），Authorization Required和No Authorization Required。

3.6 Generic Attribute Profile

ATT（Attribute ）之所以称作“protocol”，是因为它还比较抽象，仅仅定义了一套机制，允许client和server通过Attribute的形式共享信息。而具体共享哪些信息，ATT并不关心，这是GATT（Generic Attribute Profile）所负责。
GATT相对ATT只多了一个‘G‘，但含义却大不同，因为GATT是一个profile（更准确的说是profile framework）。
在蓝牙协议中，profile一直是一个比较抽象的概念，我们可以将其理解为“应用场景、功能、使用方式”都被规定好的Application。上面我们讲过，BLE很大一部分的应用场景是信息（Attribute）的共享，因此，BLE协议栈基于Attribute Protocol，定义了一个称作GATT（Generic Attribute）的profile framework（它本身也是一个profile），用于提供通用的、信息的存储和共享等功能。

3.6.1 层次结构

作为一个Profile framework，GATT profile提出了如下的层次结构：

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_iOS蓝牙ble和传统蓝牙_05

由上面图片可知，GATT profile的层次结构依次是：Profile—>Service—>characteristic。

“Profile”是基于GATT所派生出的真正的Profile，位于GATT Profile hierarchy的最顶层，由一个或者多个和某一应用场景有关的Service组成。

一个Service包含一个或者多个Characteristic（特征），也可以通过Include的方式，包含其它Service。

Characteristic则是GATT profile中最基本的数据单位，由一个Properties、一个Value、一个或者多个Descriptor组成。

Characteristic Properties定义了characteristic的Value如何被使用，以及characteristic的Descriptor如何被访问。
Characteristic Value是特征的实际值，例如一个温度特征，其Characteristic Value就是温度值就。
Characteristic Descriptor则保存了一些和Characteristic Value相关的信息。

以上除“Profile”外的每一个定义，Service、Characteristic、Characteristic Properties、Characteristic Value、Characteristic Descriptor等等，都是作为一个Attribute存在的，具备（3.5 Attribute Protocol）所描述的Attribute的所有特征：Attribute Handle、Attribute Types、Attribute Value和AttributePermissions。

3.7 Security Manager（SM）

Security Manager负责BLE通信中有关安全的内容，包括配对（pairing,）、认证（authentication）和加密（encryption）等过程。

3.8 Generic Access Profile（GAP）

BLE协议栈定义了一个称作Generic Access（通用访问）的profile，以实现如下功能：

定义GAP层的蓝牙设备角色（role）
和的Link Layer的role类似，只不过GAP层的role更接近用户（可以等同于从用户的角度看到的蓝牙设备的role），包括：
1）Broadcaster Role，设备正在发送advertising events；
2）Observer Role，设备正在接收advertising events；
3）Peripheral Role，设备接受Link Layer连接（对应Link Layer的slave角色）；
4）Central Role，设备发起Link Layer连接（对应Link Layer的master角色）。
定义GAP层的、用于实现各种通信的操作模式（Operational Mode）和过程（Procedures），包括：
1）Broadcast mode and observation procedure，实现单向的、无连接的通信方式；
2）Discovery modes and procedures，实现蓝牙设备的发现操作；
3）Connection modes and procedures，实现蓝牙设备的连接操作；
4）Bonding modes and procedures，实现蓝牙设备的配对操作。
定义User Interface有关的蓝牙参数，包括：
1）蓝牙地址（Bluetooth Device Address）；
2）蓝牙名称（Bluetooth Device Name）；
3）蓝牙的pincode（Bluetooth Passkey）；
4）蓝牙的class（Class of Device，和发射功率有关）；
5）等等。
Security有关的定义

4 蓝牙BLE广播

广播包分为两种：

广播包（Advertising Data）
响应包（Scan Response）

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_物联网_06

其中广播包是每个外设都必须广播的，而响应包是可选的。每个广播包的长度必须是31个字节，如果不到31个字节，则剩下的全用0填充补全，这部分的数据是无效的。

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_物联网_07

4.1 广播包详解

广播包中包含若干个广播数据单元，广播数据单元也称为 AD Structure。其格式如下，

广播数据单元 = 长度值Length + AD type + AD Data

长度值Length只占一个字节，并且位于广播数据单元的第一个字节。举例分析如下

iOS蓝牙ble和传统蓝牙_多路复用_08

结合下文广播数据类型Advertising Data Types可知，

TYPE 为 0x01 表示 GAP_DATA_TYPE_FLAGS 类型，VALUE 为 0x06，具体意义如下

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
这bit 1~7分别代表着发送该广播的蓝牙芯片的物理连接状态。当bit的值为1时，表示支持该功能。
TYPE 为 0x09 表示 GAP_DATA_TYPE_LOCAL_NAME，VALUE 为 0x52616E676550 ，根据“ASCII码字符对照表”其表示“RangeP”。
TYPE 为 0x21 表示 GAP_DATA_TYPE_UUID128_SVC_DATA ，VALUE 为 0xBCBE1BE07AFAC0ADE811D385A40C124F ，转为字符串为 “4f120ca4-85d3-11e8-adc0-fa7ae01bbebc”

4.1.1 广播数据类型Advertising Data Types

/**
 * GAP Advertising Data Types, as defined by Bluetooth Core 4.2 specification
 *
 * \note: only data types valid for Advertising Data are included
 */
typedef enum {
        /** Flags */
        GAP_DATA_TYPE_FLAGS               = 0x01,
        /** Incomplete List of 16-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID16_LIST_INC     = 0x02,
        /** Complete List of 16-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID16_LIST         = 0x03,
        /** Incomplete List of 32-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID32_LIST_INC     = 0x04,
        /** Complete List of 32-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID32_LIST         = 0x05,
        /** Incomplete List of 128-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID128_LIST_INC    = 0x06,
        /** Complete List of 128-bit Service Class UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID128_LIST        = 0x07,
        /** Shortened Local Name */
        GAP_DATA_TYPE_SHORT_LOCAL_NAME    = 0x08,
        /** Complete Local Name */
        GAP_DATA_TYPE_LOCAL_NAME          = 0x09,
        /** Tx Power Level */
        GAP_DATA_TYPE_TX_POWER_LEVEL      = 0x0A,
        /** Class of Device */
        GAP_DATA_TYPE_CLASS_OF_DEVICE     = 0x0D,
        /** Simple Pairing Hash C-192 */
        GAP_DATA_TYPE_SP_HASH_C           = 0x0E,
        /** Simple Pairing Randomizer R-192 */
        GAP_DATA_TYPE_SP_RANDOMIZER_R     = 0x0F,
        /** Security Manager TK Value */
        GAP_DATA_TYPE_TK_VALUE            = 0x10,
        /** Security Manager Out of Band Flags */
        GAP_DATA_TYPE_OOB_FLAGS           = 0x11,
        /** Slave Connection Interval Range */
        GAP_DATA_TYPE_SLAVE_CONN_INTV     = 0x12,
        /** List of 16-bit Service Solicitation UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID16_SOLIC        = 0x14,
        /** List of 128-bit Service Solicitation UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID128_SOLIC       = 0x15,
        /** Service Data - 16-bit UUID */
        GAP_DATA_TYPE_UUID16_SVC_DATA     = 0x16,
        /** Public Target Address */
        GAP_DATA_TYPE_PUBLIC_ADDRESS      = 0x17,
        /** Random Target Address */
        GAP_DATA_TYPE_RANDOM_ADDRESS      = 0x18,
        /** Appearance */
        GAP_DATA_TYPE_APPEARANCE          = 0x19,
        /** Advertising Interval */
        GAP_DATA_TYPE_ADV_INTERVAL        = 0x1A,
        /** LE Bluetooth Device Address */
        GAP_DATA_TYPE_LE_BT_ADDR          = 0x1B,
        /** LE Role */
        GAP_DATA_TYPE_LE_ROLE             = 0x1C,
        /** Simple Pairing Hash C */
        GAP_DATA_TYPE_SPAIR_HASH          = 0x1D,
        /** Simple Pairing Randomizer R */
        GAP_DATA_TYPE_SPAIR_RAND          = 0x1E,
        /** List of 32-bit Service Solicitation UUIDs */
        GAP_DATA_TYPE_UUID32_SOLIC        = 0x1F,
        /** Service Data - 32-bit UUID */
        GAP_DATA_TYPE_UUID32_SVC_DATA     = 0x20,
        /** Service Data - 128-bit UUID */
        GAP_DATA_TYPE_UUID128_SVC_DATA    = 0x21,
        /** LE Secure Connections Confirmation Value */
        GAP_DATA_TYPE_LE_SEC_CONN_CFM_VAL = 0x22,
        /** LE Secure Connections Random Value */
        GAP_DATA_TYPE_LE_SEC_CONN_RAND_VAL= 0x23,
        /** URI */
        GAP_DATA_TYPE_URI                 = 0x24,
        /** Indoor Positioning */
        GAP_DATA_TYPE_INDOOR_POSITIONING  = 0x25,
        /** Transport Discovery Data */
        GAP_DATA_TYPE_TRANSPORT_DISC_DATA = 0x26,
        /** LE Supported Features */
        GAP_DATA_TYPE_LE_SUPP_FEATURES    = 0x27,
        /** Channel Map Update Indication */
        GAP_DATA_TYPE_CHNL_MAP_UPD_IND    = 0x28,
        /** PB-ADV */
        GAP_DATA_TYPE_PB_ADV              = 0x29,
        /** Mesh Message */
        GAP_DATA_TYPE_MESH_MESSAGE        = 0x2A,
        /** Mesh Beacon */
        GAP_DATA_TYPE_MESH_BEACON         = 0x2B,
        /** 3D Information Data */
        GAP_DATA_TYPE_INFO_DATA_3D        = 0x3D,
        /** Manufacturer Specific Data */
        GAP_DATA_TYPE_MANUFACTURER_SPEC   = 0xFF,
} gap_data_type_t;

4.2 广播时间分析

设备每次广播时，会在3个广播信道（详见下文）上发送相同的报文，这些报文被称为广播事件。除了定向报文（已配对的蓝牙之间传输的数据）以外，其他广播事件均可以选择“20ms ~ 10.28s”不等的间隔。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时，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。所以，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，但加入伪随机延时后，它们发送下一个广播事件时就会有很大可能不再冲突。

两个相邻广播事件之间的时间间隔（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。 advDelay是Link Layer（链接层）分配的一个伪随机数，它的范围为“0 ~ 10ms”。

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在程序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。

对BLE广播通信来说，Advertising的周期是一个比较重要的参数，因为它关系到系统的功耗和通信的效率，因此需要根据使用场景，小心设定。

4.3 广播类型Advertising_Type

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

使用经验总结：

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。
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。
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。
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。

4.4 广播信道Physical Channel

BLE可以使用40个Physical Channel中的3个作为广播通信的物理信道，综合各种因素（抗干扰等），最终选取了如下三个：

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与此同时，Link Layer允许Host在这这三个物理信道中，任意选取一个或者多个，用于广播。Link Layer将相同的广播数据，在每一个被选中的Channel中，发送一次。

4.5 广播事件Advertising Event

Advertising Event是在所有被使用的物理Channel上，发送的Advertising PDU的组合。
BLE设备处于Advertising状态的目的，就是要广播数据。并且，根据应用场景的不同，可广播4种类型的数据。另外，BLE设备最多可以在3个物理Channel上广播数据。也就是说，同一个数据（4中类型中的一种）需要在多个Channel上依次广播。因此，这样依次在多个Channel上广播的过程，就叫做一个Advertising Event。

与此同时，有些广播（如可连接、可扫描）发送出去之后，允许接收端在对应的Channel上，回应一些请求（如连接请求、扫描请求）。并且，广播者接收到扫描请求后，需要在同样的Channel上回应。这些过程，也会计算在一个Advertising Event中。

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5 蓝牙BLE扫描

5.1 扫描参数

5.1.1 扫描窗口

window 扫描窗口：每次扫描所持续的时间，在持续时间内扫描设备一直在广播信道上运行；
interval 扫描间隔：表示控制器多久扫描一次，也就是两个连续的扫描窗口的开始时间的时间间隔；

5.1.2 扫描类型

Passive Scanning 被动扫描：这种扫描模式下，BLE设备只听不问，也就是说，只接收ADV_DIRECT_IND、ADV_IND、ADV_SCAN_IND、ADV_NONCONN_IND等类型的PDU，并不发送SCAN_REQ；
Active Scanning 主动扫描：这种扫描模式下，不只认真听讲，还勤于发问（SCAN_REQ），并接收后续的 SCAN_RSP。

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