LAT1297 藍牙廣播常見問題

1.前言

本文是一些解決BLE廣播相關(guān)問題的經(jīng)驗分享。對于用戶常常遇到的一些問題，比如廣播包最多能帶多少用戶數(shù)據(jù)，廣播名字怎么設(shè)置，廣播類型有哪些，為什么有些手機無法掃描到設(shè)備等問題，都將在本文得到解答。

2. BLE廣播最基礎(chǔ)知識

隨著BLE核心規(guī)范版本的更新，藍牙廣播增加了很多特性，如擴展廣播，同步廣播等。本文不對這些特性做展開，僅討論傳統(tǒng)廣播的一些比較基礎(chǔ)的知識。

傳統(tǒng)廣播包含了4種廣播類型，這4種類型由兩個問題推論得出，即，是否可掃描和是否可連接。四種廣播類型的行為見圖1：

圖1. 廣播類型

普通廣播可掃描可連接，最多可帶62字節(jié)用戶數(shù)據(jù)，是最常見的廣播類型。其缺點是空中交互的時間長，比較占信道資源，功耗也比較高。

Beacon廣播不可連接不可掃描，最多只能帶31字節(jié)用戶數(shù)據(jù)，常常用于標(biāo)簽類、資產(chǎn)追蹤類設(shè)備中，優(yōu)點是簡單、占用信道資源少，功耗低。

直連廣播用于異常斷開的設(shè)備可快速恢復(fù)連接。它不能帶自定義數(shù)據(jù)，只能帶6字節(jié)的主機藍牙地址。并且，它可以突破其它廣播類型最低20ms的廣播間隔的限制，可實現(xiàn)<10ms的廣播間隔。

可掃描廣播主要為了解決了Beacon廣播帶數(shù)據(jù)量太小的問題。

BLE的廣播數(shù)據(jù)和響應(yīng)廣播數(shù)據(jù)格式如下圖，是由一個接一個AD structure組成。

每個AD structure = Length + AD Type + AD Data.

每個AD type 和對應(yīng)AD Data 的詳細內(nèi)容可以在Core Specification Supplement | Bluetooth? Technology Website中查看。 

詳細AD type 分配的具體數(shù)值可以在以下網(wǎng)址查找：Assigned Numbers (windows.net)

圖2. 廣播數(shù)據(jù)和廣播響應(yīng)數(shù)據(jù)格式

3. 手機找不到設(shè)備的普通廣播？

用戶使用手機的系統(tǒng)藍牙掃描周圍設(shè)備時，系統(tǒng)藍牙可以掃出一些設(shè)備，但自己的設(shè)備卻沒有掃描到？

先一句話概括：可能和手機的系統(tǒng)藍牙的過濾機制有關(guān)。

首先應(yīng)該確保設(shè)備已經(jīng)正常運行（可通過LOG信息、電流波形等）。其次，使用手機的BLE APP對設(shè)備（假設(shè)是STBLE_DEV）進行掃描，圖3為STBLE Toolbox工具的掃描頁面：

圖3. STBLE Toolbox

當(dāng)發(fā)現(xiàn)手機BLE APP可以掃描到我們的設(shè)備時，那么這個問題基本可以確定是被系統(tǒng)藍牙過濾掉了。隨著市面上BLE產(chǎn)品的增多，手機系統(tǒng)藍牙設(shè)置一定的過濾機制是合理和必要的，這可以減少對用戶的干擾以便用戶可以比較快地在系統(tǒng)藍牙頁面找到需要連接的設(shè)備。關(guān)于手機系統(tǒng)藍牙的過濾機制，目前暫未找到相關(guān)規(guī)范文檔。而根據(jù)本人的應(yīng)用經(jīng)驗，在廣播設(shè)備中添加HID服務(wù)的UUID聲明，在大多數(shù)手機上都能逃出過濾機制。相關(guān)代碼見圖4：

圖4. HID服務(wù)UUID聲明

再次使用系統(tǒng)藍牙（iOS）進行掃描，設(shè)備出現(xiàn)在列表中，問題解決：

圖5. iOS系統(tǒng)藍牙

關(guān)于廣播字段中ad type列表和UUID申明列表的詳細資料，可參閱文檔：Assigned Numbers (windows.net)

4. 手機找不到設(shè)備的Beacon廣播？

這個問題和找不到設(shè)備的普通廣播的原因類似，可以先一句話概括：可能和手機系統(tǒng)藍牙的過濾機制有關(guān)。解決的辦法是找到一個可以掃描Beacon廣播包的APP，比如LightBlue等。

5. 廣播名顯示異常

這個問題有以下幾個場景：

1. 使用 iOS手機掃描設(shè)備，掃到“a”名字的設(shè)備,而當(dāng)連接、斷連一次該設(shè)備后，再次掃描，掃到了“b”名字的同一個設(shè)備。

2. 工程師在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，固件上修改了設(shè)備名但無法修改成功，用iOS手機掃描出來一直是某個固定的名字，而當(dāng)用Android手機掃描時，則一切正常。

一句話解答這個問題是：iOS手機遵循完整的設(shè)備名掃描機制，并且會保留已連接設(shè)備的信息。

在談?wù)揃LE設(shè)備的名字時，有的稱之為廣播名，有的稱為設(shè)備名，有的稱為本地名（local name），這些名字其實說的都是同一個東西，或者說同一個機制。該機制主要用于解決名字過長的問題。當(dāng)名字過長時，由于廣播數(shù)據(jù)包容量有限、無法承載，藍牙核心規(guī)范采用的方法是，比如對于“STBLE_DEVELOPMENT_KIT”這個名字：

1. 在廣播包中存放“STBLE_DEV”

2. 在連接成功后的device name 特征中存放“STBLE_DEVELOPMENT_KIT”

對于這個方法，iOS系統(tǒng)會以device name 特征中的名字為準(zhǔn)，從而具有以下處理邏輯：

1. 通過藍牙地址判斷該設(shè)備是否連接過

2. 當(dāng)設(shè)備未連接過，掃描時顯示的是廣播包中的名字

3. 當(dāng)設(shè)備已經(jīng)連接過，無論廣播名如何更改，iOS系統(tǒng)只顯示device name 特征中的名字。

安卓系統(tǒng)暫未發(fā)現(xiàn)遵循以上規(guī)范的手機。驗證這個問題時，我們可以使用圖6代碼，將廣播包的名字和device name特征中的名字設(shè)置的不一樣

圖6. 設(shè)備名異常

用STBLE Toolbox掃描并連接設(shè)備并斷開。再次掃描時，APP和系統(tǒng)藍牙的名字將不相同，見圖7：

圖7. APP和系統(tǒng)藍牙顯示名字不同

6. 小結(jié)

在開發(fā)過程中遇到和藍牙廣播相關(guān)的問題時，基于本人的經(jīng)驗可按下以下步驟進行逐一排查：

1. 確認系統(tǒng)正確發(fā)出廣播，可通過LOG信息和電流波形確認；

2. 工程師在開發(fā)過程中修改藍牙外設(shè)固件時，最好使用 Public地址類型并且每次下載固件前都改一下藍牙地址；

3. 了解藍牙的廣播類型，有一些手機APP無法掃描Beacon類設(shè)備，建議使用STBLE Toolbox工具或者LightBlue工具對設(shè)備進行掃描；

4. 注意手機的系統(tǒng)藍牙有過濾機制，本文檔的第三章提及的解決方式，不能百分百逃過手機的過濾機制。當(dāng)遇到有的手機無法掃描自己的BLE外設(shè)時，我們可以利用該手機系統(tǒng)藍牙已掃出的設(shè)備，對其廣播包進行解析，找出其被該手機識別的廣播字段依據(jù)。

文檔中所用到的工具及版本

? SDK : STSW-BNRGLP-DK

? APP : STBLEToolbox

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