BLE 广播数据解析

2021年6月18日 1点热度 0条评论 来源: 释汐宇辰

BLE 设备工作的第一步就是向外广播数据。广播数据中带有设备相关的信息。本文主要说一下 BLE 的广播中的数据的规范以及广播包的解析。

广播模式

BLE 中有两种角色 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。

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。 数据包的格式如下图所示(图片来自官方 Spec):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,这个在后面会详细讲;
  • 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。

广播数据格式

所有的 AD type 的定义在文档 Core Specification Supplement 中。 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??, 前 4 字节是 UUID,后面是 Service 的数据;
    • 128 bit UUID Service: TYPE = 0x??, 前 16 字节是 UUID,后面是 Service 的数据;
  • 公开目标地址:TYPE = 0x17,表示希望这个广播包被指定的目标设备处理,此设备绑定了公开地址,DATA 是目标地址列表,每个地址 6 字节。

  • 随机目标地址:TYPE = 0x18,定义和前一个类似,表示希望这个广播包被指定的目标设备处理,此设备绑定了随机地址,DATA 是目标地址列表,每个地址 6 字节。

  • Appearance:TYPE = 0x19,DATA 是表示了设备的外观。

  • 厂商自定义数据: TYPE = 0xFF,厂商自定义的数据中,前两个字节表示厂商 ID,剩下的是厂商自己按照需求添加,里面的数据内容自己定义。

  • 还有一些其他的数据,我这里就不一一列举了,有需要的可以从这个文档查阅 Core Specification Supplement 。

广播数据解析

在 Android 可以使用 BluetoothAdapter 来发起扫描。基本用法如下:

BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() { @Override public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) { // 解析广播数据 parseAdvData(scanRecord); } }; mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter(); // 开始扫描设备 mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback); ... // 停止扫描设备 mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback); 

当扫描到设备以后,就会回调 onLeScan(...) ,这里的参数 scanRecord 就是广播数据,这里同时包含 广播数据 和 扫描相应数据 (如果有的话),所以长度一般就是 62 字节。

根据上一节的广播数据格式的说明,可以实现解析广播数据函数 parseAdvData(scanRecord);,下面的代码实现了解析几个我关心的数据:

public static ParsedAd parseData(byte[] adv_data) {  
	ParsedAd parsedAd = new ParsedAd();
	ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(adv_data).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
	while (buffer.remaining() > 2) {
		byte length = buffer.get();
		if (length == 0)
			break;
		byte type = buffer.get();
		length -= 1;
		switch (type) {
			case 0x01: // Flags
				parsedAd.flags = buffer.get();
				length--;
				break;
			case 0x02: // Partial list of 16-bit UUIDs
			case 0x03: // Complete list of 16-bit UUIDs
			case 0x14: // List of 16-bit Service Solicitation UUIDs
				while (length >= 2) {
					parsedAd.uuids.add(UUID.fromString(String.format(
							"%08x-0000-1000-8000-00805f9b34fb", buffer.getShort())));
					length -= 2;
				}
				break;
			case 0x04: // Partial list of 32 bit service UUIDs
			case 0x05: // Complete list of 32 bit service UUIDs
				while (length >= 4) {
					parsedAd.uuids.add(UUID.fromString(String.format(
							"%08x-0000-1000-8000-00805f9b34fb", buffer.getInt())));
					length -= 4;
				}
				break;
			case 0x06: // Partial list of 128-bit UUIDs
			case 0x07: // Complete list of 128-bit UUIDs
			case 0x15: // List of 128-bit Service Solicitation UUIDs
				while (length >= 16) {
					long lsb = buffer.getLong();
					long msb = buffer.getLong();
					parsedAd.uuids.add(new UUID(msb, lsb));
					length -= 16;
				}
				break;
			case 0x08: // Short local device name
			case 0x09: // Complete local device name
				byte sb[] = new byte[length];
				buffer.get(sb, 0, length);
				length = 0;
				parsedAd.localName = new String(sb).trim();
				break;				
			case (byte) 0xFF: // Manufacturer Specific Data
				parsedAd.manufacturer = buffer.getShort();
				length -= 2;
				break;
			default: // skip
				break;
		}
		if (length > 0) {
			buffer.position(buffer.position() + length);
		}
	}
	return parsedAd;
}

其中 ParsedAd 是自定义的简单 Java 对象,用来保存解析后的数据。这里只是解析了我关心的数据,你也可以根据前面的说明,解析更多的内容.

原文转载自:http://www.tuicool.com/articles/3EZjYvv

    原文作者:释汐宇辰
    原文地址: https://blog.csdn.net/chengjiamei/article/details/60870006
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