AD Structure 的有效数据部分包含多少个广播数据单元?

2019-09-20 10:54 次阅读

今年CES展随处可见CES is blue and thanks to you,生日快乐,蓝牙

新年伊始,在此祝大家新年快乐。

业精于勤荒于嬉,行成于思毁于随...。把这句话分享给大家和自己,18年撸起袖子加油干,幸福都是奋斗出来的。

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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:

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.

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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