8300张头盔检测数据集：面向交通执法的YOLO垂直训练方案
2026/9/30 13:10:16
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可收获
一、广播的基本概念
1.1 向哪里发送广播数据包？
1.2 发送广播数据包的周期取多久？
1.3 广播数据包里包含哪些信息？
PDU 头
PDU 有效负载
二、扫描的基本概念
2.1 到什么地方去扫描？
2.2 多久扫描一次？一次扫描多久？
2.3 扫描的过程中需要做什么？
三、Wireshark抓ble数据包
3.1 概览数据包：时间、来源等等
3.2 验证一次广播在37-39三个信道广播数据
3.3 实抓广播数据包 // 注:BLE设备只广播情况下抓取的数据
可收获
1.BLE 广播的基本概念
-向哪里发送广播数据包？
-发送广播数据包的周期？
-广播数据包里包含哪些信息？物理层数据包：前导码、访问地址、PDU、CRC
-详解广播PDU
2.BLE 扫描的基本概念
-到什么地方去扫描？
-多久扫描一次？一次扫描多久？
-扫描的过程中需要做什么？
3.*补充:wireshark抓ble数据包，为调试连接问题打下基础
-分析链路层 (Link Layer)数据：从“接入地址”开始，到“CRC”结束的原始数据以及分析
-实际看到广播事件确实在 37、38、39 三个信道依次发送相同包
-掌握链路层协议的核心字段PDU Type、Length等
广播 (Advertising) 与扫描 (Scanning) 是 BLE 设备在进入连接前在设备发现 (Device Discovery) 阶段的工作状态。下面，我们先了解与广播有关的基本概念。
一、广播的基本概念
广播是设备通过蓝牙天线，向外发送广播数据包的过程。由于广播者在广播时并不知道环境中是否存在接收方，也不知道接收方会在什么时候启动，所以需要周期性地发送广播数据包，直到有设备响应。在上述过程中，对于广播者来说存在以下几个问题，让我们一起来思考一下
1.1 向哪里发送广播数据包？
蓝牙核心规范规定为 2.4 GHz频段。此频段是一个全球可用的免费无线电频段，这也意味着 2.4 GHz频段非常拥挤，可能会与其他无线通信协议发生数据冲突。
蓝牙技术联盟为了解决数据冲突的问题，在 BLE 上也应用了自适应跳频技术 (Adaptive Frequency Hopping, AFH) ，该技术可以判断 RF 信道的拥挤程度，通过跳频避开拥挤的 RF 信道，以提高通信质量。
在BLE 4.2 标准中， RF 信道分为两种类型，如下
| 类型 | 数量 | 编号 | 作用 |
| 广播信道 (Advertising Channel) | 3 | 37-39 | 用于发送广播数据包和扫描响应数据包 |
| 数据信道 (Data Channel) | 37 | 0-36 | 用于发送数据通道数据包 |
广播者在广播时，会在 37-39 这三个广播信道中进行广播数据包的发送。在三个广播信道的广播数据包均发送完毕后，可以认为一次广播结束，广播者会在下一次广播时刻到来时重复上述过程。
BLE 4.2 标准中，广播数据包允许搭载最多 31 字节广播数据；称为 “Legacy ADV”
BLE 5.0 标准中，支持最多 255 字节广播数据; 称为 “Extended ADV”
1.2 发送广播数据包的周期取多久？
蓝牙标准中给出了一个明确的参数定义，即广播间隔 （Advertising Interval）。广播间隔可取的范围为 20 ms 到 10.24 s ，取值步长为 0.625 ms。 // P1341，步长 后续在代码中解释
广播间隔的取值决定了广播者的可发现性 （Discoverability） 以及设备功耗。当广播间隔取得太长时，广播数据包被接收方接收到的概率就会变得很低，此时广播者的可发现性就会变差。 同时，广播间隔也不宜取得太短，因此频繁发送广播数据需要消耗更多的电量。所以，广播者需要在可发现性和能耗之间进行取舍，根据应用场景的需求选择最合适的广播间隔。
如果在同一空间中存在两个广播间隔相同的广播者，那么有概率出现重复性的撞包 （Packet Collision） 现象，即两个广播者总是在同一时刻向同一信道发送广播数据。由于广播是一个只发不收的过程，广播者无法得知是否发生了广播撞包。为了降低上述问题的发生概率，广播者应在每一次广播事件后添加 0-10 ms 的随机时延。
1.3 广播数据包里包含哪些信息？
在 Bluetooth LE 4.2 标准给出了广播数据包的格式定义，如下图所示： 物理层数据包：前导码、访问地址、PDU、CRC （重点是PDU，Protocol Data Unit）
看起来非常复杂，让我们来逐层分解。广播数据包的最外层包含四个部分，分别是：
| 序号 | 名称 | 字节数 | 功能 |
| 1 | 预置码 (Preamble) | 1 | 特殊的比特序列，用于设备时钟同步 // 物理层同步头，不属于链路层帧的逻辑部分。无需太关注 |
| 2 | 访问地址 (Access Address) | 4 | 标记广播数据包的地址 // 区分广播包和数据包，广播通道（37、38、39）：固定值 0x8E89BED6（小端格式发送）。当设备扫描广播通道时，只有收到这个地址的包，才会继续解析后面的 PDU |
| 3 | 协议数据单元 (Protocol Data Unit, PDU) | 2-39 | 有效数据的存放区域 |
| 4 | 循环冗余校验和 | 3 | 用于循环冗余校验 |
在蓝牙低功耗（BLE）的链路层（Link Layer）中，PDU 指的是“协议数据单元”，简单理解：整个广播数据包就像一封信，PDU 就是信纸（实际内容），而前导码、访问地址和 CRC 是信封（辅助传送）
所以我们重点了解PDU，不要带偏了哦！
PDU 为有效数据存放的区域，其结构如下：
| 序号 | 名称 | 字节数 |
| 1 | 头 (Header) | 2 |
| 2 | 有效负载 (Payload) | 0-37 |
PDU 头
PDU 头中含有较多信息，可以分为以下六个部分
| 序号 | 名称 | 比特位数 | 备注 |
| 1 | PDU 类型 (PDU Type) | 4 | 下面详解 |
| 2 | 保留位 (Reserved for Future Use, RFU) | 1 | |
| 3 | 通道选择位 (Channel Selection Bit, ChSel) | 1 | 标记广播者是否支持 LE Channel Selection Algorithm #2 通道选择算法 |
| 4 | 发送地址类型 (Tx Address, TxAdd) | 1 | 0/1 分别表示公共地址（即 IEEE 分配的全球唯一地址）/随机地址（用于保护隐私） |
| 5 | 接收地址类型 (Rx Address, RxAdd) | 1 | 0/1 分别表示公共地址/随机地址，对于非定向广播，此位无意义，通常置 0。 |
| 6 | 有效负载长度 (Payload Length) | 8 |
PDU 类型位反映了设备的广播行为。在蓝牙标准中，共有以下三对广播行为
可连接 (Connectable)与不可连接 (Non-connectable)
是否接受其他设备的连接请求
可扫描 (Scannable)与不可扫描 (Non-scannable)
是否接受其他设备的扫描请求
不定向 (Undirected)与定向 (Directed)
是否发送广播数据至指定设备
上述广播行为可以组合成以下四种常见的广播类型，对应四种不同的 PDU 类型（ADV_IND 对应 Advertising Indication）
| 可连接？ | 可扫描？ | 不定向？ | PDU 类型 | 作用 |
| 是 | 是 | 是 | ADV_IND | 最常见的广播类型，可连接的非定向广播。设备可以被任何扫描者连接。 |
| 是 | 否 | 否 | ADV_DIRECT_IND | 可连接的定向广播。只允许一个指定的设备连接。 |
| 否 | 否 | 是 | ADV_NONCONN_IND | 不可连接的非定向广播。仅广播数据，不接受连接。可作为信标设备， |
| 否 | 是 | 是 | ADV_SCAN_IND | 一般用于广播数据包长度不足的情况，此时可以通过扫描响应向外发送额外的数据可扫描的非定向广播。允许扫描器请求更多数据。作为信标设备， |
PDU 有效负载
PDU 有效负载也分为两部分
| 序号 | 名称 | 字节数 | 备注 |
| 1 | 广播地址 (Advertisement Address, AdvA) | 6 | 广播设备的 48 位蓝牙地址 |
| 2 | 广播数据 (Advertisement Data, AdvData) | 0-31 | 由若干广播数据结构 (Advertisement Data Structure) 组成 |
先看广播地址，即蓝牙地址，可以分为
| 类型 | 说明 |
| 公共地址 (Public Address) | 全球范围内独一无二的固定设备地址，厂商必须为此到 IEEE 组织注册并缴纳一定费用 |
| 随机地址 (Random Address) | 随机生成的地址 |
随机地址又根据用途分为两类 // 这部分简单了解一下就好了，很少用
| 类型 | 说明 |
| 随机静态地址 (Random Static Address) | 可以随固件固化于设备，也可以在设备启动时随机生成，但在设备运行过程中不得变更；常作为公共地址的平替 |
| 随机私有地址 (Random Private Address) | 可在设备运行过程中周期性变更，避免被其他设备追踪 |
若使用随机私有地址的设备要与其他受信任的设备通信，则应使用身份解析秘钥 (Identity Resolving Key, IRK) 生成随机地址，此时其他持有相同 IRK 的设备可以解析并得到设备的真实地址。此时，随机私有地址又可以分为两类
| 类型 | 说明 |
| 可解析随机私有地址 (Resolvable Random Private Address) | 可通过 IRK 解析得到设备真实地址 |
| 不可解析随机私有地址 (Non-resolvable Random Private Address) | 完全随机的地址，仅用于防止设备被追踪，非常少用 |
经过一层一层的解析，终于到我们真正的广播数据了！
一个广播数据结构的格式定义如下：
| 序号 | 名称 | 字节数 | 备注 |
| 1 | 数据长度 (AD Length) | 1 | |
| 2 | 数据类型 (AD Type) | n | 大部分数据类型占用 1 字节 |
| 3 | 数据 (AD Data) | (AD Length - n) |
下节将在代码中写广播数据，并用NRF connect 抓取广播包数据。
二、扫描的基本概念
我们一起思考一下下面三个问题
2.1 到什么地方去扫描？
对于 Bluetooth LE 4.2 设备： 对于广播来说，广播者只会在广播信道，即编号为 37-39 的三个信道发送广播数据； 所以相应的，扫描者只需在广播信道接收广播数据包即可。// 主动扫描时，也是在这些广播信道上发送SCAN_REQ并接收SCAN_RS。（下文会解释主动/被动扫描）
2.2 多久扫描一次？一次扫描多久？
第二个问题分别指向扫描窗口 (Scan Window) 和 扫描间隔 (Scan Interval) 概念。
扫描窗口：扫描者在同一个 RF 信道持续接收蓝牙数据包的持续时间，例如扫描窗口参数设定为 50 ms 时，扫描者在每个 RF 信道都会不间断地扫描 50 ms。
扫描间隔：相邻两个扫描窗口开始时刻之间的时间间隔，所以扫描间隔必然大于等于扫描窗口。
下图在时间轴上展示了扫描者的广播数据包接收过程，其中扫描者的扫描间隔为 100 ms ，扫描窗口为 50 ms ；广播者的广播间隔为 50 ms ，广播数据包的发送时长仅起到示意作用。可以看到，第一个扫描窗口对应 37 信道，此时扫描者恰好接收到了广播者第一次在 37 信道发送的广播数据包，以此类推。
广播与扫描时序示意图
2.3 扫描的过程中需要做什么？
从目前的介绍来看，似乎广播过程中广播者只发不收，扫描过程中扫描者只收不发。事实上，扫描行为分为以下两种
被动扫描 (Passive Scanning)
扫描者只接收广播数据包
主动扫描 (Active Scanning)
扫描者在接收广播数据包以后，还向可扫描广播者发送扫描请求 (Scan Request)
可扫描广播者在接收到扫描请求之后，会广播扫描响应 (Scan Response) 数据包，以向感兴趣的扫描者发送更多的广播信息。扫描响应数据包的结构与广播数据包完全一致，区别在于 PDU 头中的 PDU 类型不同。
在广播者处于可扫描广播模式、扫描者处于主动扫描模式的场景下，广播者和扫描者的数据发送时序变得更加复杂。对于扫描者来说，在扫描窗口结束后会短暂进入 TX 模式，向外发送扫描请求，随后马上进入 RX 模式以接收可能的扫描响应；对于广播者来说，每一次广播结束后都会短暂进入 RX 模式以接收可能的扫描请求，并在接收到扫描请求后进入 TX 模式，发送扫描响应。
扫描请求的接收与扫描响应的发送
三、Wireshark抓ble数据包
3.1 概览数据包：时间、来源等等
3.2 验证一次广播在37-39三个信道广播数据
第一次:
第二次:
第三次:
3.3 实抓广播数据包 // 注:BLE设备只广播情况下抓取的数据
1字节 前导码 物理层同步头，不属于链路层帧的逻辑部分。无需太关注
4字节 地址
34字节 PDU负载
3字节 CRC
PUD负载数据：