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Android的BLE广播数据包解析---Android系列, 蓝牙技术(含BLE)(一)
2023-07-23 13:31:06 】 浏览:100
Tags:Android BLE 广播数 包解析 ---Android 系列 蓝牙技

 

 

一、引言

理解和分析这个数据包结构(这里面也涉及广播间隔时间的设置,设备广播数据间隔设置长了,会影响设备被发现的效率;设置短时,又响应功耗)。

我们所说的BLE设备,其实是有区分有两种角色 Central 和 Peripheral,也就是中心设备和外围设备。中心设备可以主动连接外围设备,外围设备发送广播或者被中心设备连接。外围通过广播被中心设备发现,广播中带有外围设备自身的相关信息。在日常APP开发中,手机端的BLE一般都是充当中心设备的。

广播包有两种:广播包(Advertising Data)和响应包(Scan Response),其中广播包是每个设备必须广播的,而响应包是可选的。

二、广播的类型

广播的类型一般分为四种,有:

2.1 可连接的非定向广播(Connectable Undirected Event Type)

这种是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。进行通用广播的设备能够被扫描设备扫描到,或者在接收到连接请求时作为从设备进入一个连接。通用广播可以在没有连接的情况下发出,换句话说,没有主从设备之分。

2.2 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。

2.3 不可连接的非定向广播(Non-connectable Undirected Event Type)

仅仅发送广播数据,而不想被扫描或者连接。这也是唯一可用于只有发射机而没有接收机设备的广播类型。不可连接广播设备不会进入连接态,因此,它只能根据主机的要求在广播态和就绪态之间切换。

2.4 可扫描的非定向广播(Scannable Undirected Event Type)

又称可发现广播,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。

三、广播数据格式

每个包都是 31 字节,数据包中分为有效数据(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。如图中所示,AD Structure 的组成是:第一个字节是长度值 Len,表示接下来的 Len 个字节是数据部分。数据部分的第一个字节表示数据的类型 AD Type,剩下的 Len - 1 个字节是真正的数据 AD data。其中 AD type 非常关键,决定了 AD Data 的数据代表的是什么和怎么解析
  • 无效数据部分:因为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,解释的时候,忽略即可

AD Type 包括如下类型:

Flags: TYPE = 0x01。这个数据用来标识设备 LE 物理连接的功能。DATA 是 0 到多个字节的 Flag 值,每个 bit 上用 0 或者 1 来表示是否为 True。如果有任何一个 bit 不为 0,并且广播包是可连接的,就必须包含此数据。各 bit 的定义如下:

  • 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

Service UUID: 广播数据中一般都会把设备支持的 GATT Service 广播出来,用来告诉外面本设备所支持的 Service。有三种类型的 UUID:16 bit, 32bit, 128 bit。广播中,每种类型类型有有两个类别:完整和非完整的。这样就共有 6 种 AD Type。

  • 非完整的 16 bit UUID 列表: TYPE = 0x02;
  • 完整的 16 bit UUID 列表: TYPE = 0x03;
  • 非完整的 32 bit UUID 列表: TYPE = 0x04;
  • 完整的 32 bit UUID 列表: TYPE = 0x05;
  • 非完整的 128 bit UUID 列表: TYPE = 0x06;
  • 完整的 128 bit UUID 列表: TYPE = 0x07;

Local Name: 设备名字,DATA 是名字的字符串。Local Name 可以是设备的全名,也可以是设备名字的缩写,其中缩写必须是全名的前面的若干字符。

  • 设备全名: TYPE = 0x08
  • 设备简称: TYPE = 0x09

TX Power Level: TYPE = 0x0A,表示设备发送广播包的信号强度。DATA 部分是一个字节,表示 -127 到 + 127 dBm。

带外安全管理(Security Manager Out of Band):TYPE = 0x11。DATA 也是 Flag,每个 bit 表示一个功能:

  • bit 0: OOB Flag,0 表示没有 OOB 数据,1 表示有
  • bit 1: 支持 LE
  • bit 2: 对 Same Device Capable(Host) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 3: 地址类型,0 表示公开地址,1 表示随机地址

外设(Slave)连接间隔范围:TYPE = 0x12。数据中定义了 Slave 最大和最小连接间隔,数据包含 4 个字节:

  • 前 2 字节:定义最小连接间隔,取值范围:0x0006 ~ 0x0C80,而 0xFFFF 表示未定义;
  • 后 2 字节:定义最大连接间隔,同上,不过需要保证最大连接间隔大于或者等于最小连接间隔。

服务搜寻:外围设备可以要请中心设备提供相应的 Service。其数据定义和前面的 Service UUID 类似:

  • 16 bit UUID 列表: TYPE = 0x14
  • 32 bit UUID 列表: TYPE = 0x??
  • 128 bit UUID 列表: TYPE = 0x15

Service Data: Service 对应的数据。

  • 16 bit UUID Service: TYPE = 0x16, 前 2 字节是 UUID,后面是 Service 的数据;
  • 32 bit UUID Service: TYPE = 0x??,
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