3.4. 蓝牙Extend Adv说明

在蓝牙5.0 Spec之后引入了Extend Adv的一整套控制行为，相比以前简单清晰的BLE Adv，空口交互行为复杂很多，HCI Command也引入新的Command，参数也多了很多。本文重点对Extend Adv进行说明，关于LE Audio和AoA/AoD的概念暂不展开。

本文更多是概述性的讲解，让大家对Extend ADV有个总体认识。更详细的基本概念请大家看Core Specification | Bluetooth® Technology Website，也可以看一些中文博主的讲解：如：BLE_爱洋葱的博客-CSDN博客。

本文大多数图片截取自蓝牙5.4-Core Spec。

优缺点概述

要理解Extend Adv，主要从需求来分析，其解决了Legacy ADV的一些痛点问题，大致如下：

痛点 Legacy Extend
广播长度 单笔包最大只能支持31字节，加上scan response也只有31+31=62字节 单笔包最大255字节，更多包可以通过AUX_CHAIN_IND连接。同时支持Scan Response机制
多广播 同一时间只能支持一组ADV+SCAN_RSP的设置，要实现Mesh的多广播需求只能不断地开关广播 引入Advertising SID概念，可以同时开启多组不同配置的广播参数
发送功率配置 不支持独立配置广播发送功率 不同Advertising SID配置不同的发送功率
Sync通道 不支持 支持periodic ADV（AUX_SYNC_IND），为LE Audio提供支持
独立Random Address配置 不支持 可以独立生成Random Address
Coded PHY 不支持 支持特殊长距离需求，进入连接也是Coded PHY
Connect Req握手 不支持（容易Initial进入了，ADV未进入） 需要回复Connect Res才进入，可靠性高一些
AoA/AoD 不支持 支持CIS等特别字段
支持channel选择 只能37/38/39 primary是37/38/39是短数据，second channel可以选择data channel
同广播更新数据区分 手机开启duplicate后更新数据无法上报 可以通过Advertising DID更新

当然解决一些问题同时也引入了一些问题

引入问题 Legacy Extend
功耗更高 1. 只用37/38/39就行；2. 发完3个包就可以进deep sleep 1. 37/38/39并不带数据包，需要再second channel才发有效数据；2. 一般需要等second channel发完后才进Deep Sleep
业务逻辑复杂 简单清晰 复杂，一堆状态
RAM/Code Size需求更多 广播总共31+31就可以了，代码也少 单包最长255，还支持aux包，还有多ADV，RAM和Code Size需求倍增

由于其功耗更高，业务更复杂，大多数场景下还是用Legacy，Mesh场景用Extend也是使用其多Advertising Set的功能。

包类型

HCI层定义的包类型

Legacy

可以通过HCI_LE_Set_Advertising_Parameters这个Command的Advertising_Type来定义。这个Command只支持定义Legacy的广播。

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Extend

可以通过HCI_LE_Set_Extended_Advertising_Parameters[v1]和HCI_LE_Set_Extended_Advertising_Parameters[v2]这两个Command来设置，通过Advertising_Event_Properties来设置广播类型。

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LL层定义的包类型

空口交互的类型只有4bit，在PDU Type中定义。

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蓝牙5.0把广播信道抽象为两类，一种叫主广播信道(Primary)，工作在37,38,39三个信道中，蓝牙4.0的广播使用的都是主广播信道，另一种叫第二广播信道（Secondary），工作在0–36的Data信道中，这是蓝牙5.0新增的。

其实可以看出为了兼容考虑，在相同的主广播信道(Primary)，由于原本定义有限，Extend在主广播信道(Primary)的PDU Type使用了ADV_EXT_IND。

为考虑兼容性，在相同PDU Type下通过所在信道区分和具体行为来分。

需要注意的是，Extend实际通过Common Extended Advertising Payload Format来实现对应HCI Command包类型定义。

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广播包定义和Event定义

Event定义

按照是否可以Scan、Connect和Direct，Spec定义了如下Advertising Event类型。

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这些事件类型对应的PDU Type和可交互的PDU如下图所示。

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Legacy ADV

这里按照HCI_LE_Set_Extended_Advertising_Parameters Command的Advertising_Event_Properties参数来划分各个包类型。

Event PDU Connect-able Scan-able Direct High Duty legacy Omit Addr TxPower Data
Connectable and Scannable Undirected ADV_IND ✓ ✓ - - ✓ - - ✓
Connectable Undirected - - - - - - - - -
Connectable Directed ADV_DIRECT_IND ✓ - ✓ ※ ✓ - - -
Non-Connectable and Non-Scannable Undirected ADV_NONCONN_IND - - - - ✓ - - ✓
Non-Connectable and Non-Scannable Directed - - - - - - - - -
Scannable Undirected ADV_SCAN_IND - ✓ - - ✓ - - ✓
Scannable Directed - - - - - - - - -
ADV_IND定义

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ADV_DIRECT_IND定义

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ADV_NONCONN_IND定义

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ADV_SCAN_IND定义

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Extend ADV

从上述描述可以看出，Extend ADV只用了主广播信道(Primary)的PDU Type使用了ADV_EXT_IND，具体是通过Common Extended Advertising Payload Format来实现对应HCI Command包类型定义。Extend ADV引入了Event的概念，通过AdvMode和Extended Header Flags定义来划分不同Event。

Spec定义的如下，其实就是定义了一系列的Event Type，再根据HCI Command中定义的参数来区分，需要注意的是ADV_EXT_IND本身不带Adv Data，如果HCI Command中定义了Adv Data必须设置ADI和Aux Ptr，说明在第二广播信道（Secondary）会发送AUX_ADV_IND，数据会在这个包里发送。

注意，ADV_EXT_IND本身不带Adv Data！！！

Event PDU Connect-able Scan-able Direct High Duty legacy Omit Addr TxPower Data
Connectable and Scannable Undirected - - - - - - - - -
Connectable Undirected ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND ✓ - - - - - - ※
Connectable Directed ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND ✓ - ✓ - - - - ※
Non-Connectable and Non-Scannable Undirected ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND - - - - - - - ※
Non-Connectable and Non-Scannable Directed ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND - - ✓ - - - - ※
Scannable Undirected ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND - ✓ - - - - - -
Scannable Directed ADV_EXT_IND AUX_ADV_IND - ✓ ✓ - - - - -
ADV_EXT_IND定义

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AUX_ADV_IND定义

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Common Extended Advertising Payload Format定义

所有Extend ADV都是用该格式。也就是下面这些包类型。

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帧格式如下所示。

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AdvMode

其实就是connectable和scannable的排列组合，由于Extend不支持Connectionable and Scannable所以预留了1个值。

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Extend Header

只有Extended Header Flags定义了对应bit位，后续的对应的数据才会存在，数据顺序不变。

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Extended Header Flags

对应位设置，相应数据才会存在。

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AdvA field

自身的广播地址，地址类型在TxAddr中定义。

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TargetA field

目标的地址，地址类型在RxAddr中定义。

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CTEInfo field

AoA/AoD的东西。

AdvDataInfo field

最主要的SID，支持多广播设置。DID用于当前广播需要更新Data的场景（常用于传感器之类的广播数据更新，不然手机一般打开了duplicate）。

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AuxPtr field

可以配置Aux包的交互信道由Channel Index决定；交互时间点由 Offset Units和AUX Offset共同决定；交互的PHY由AUX PHY决定；CA用于定义时钟精度，便于长时间的时候不确定窗口开多大。

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SyncInfo field

用于Periodic Adv场景，定义了AUX_SYNC_IND PDUs or AUX_SYNC_SUBEVENT_IND PDUs的信息。

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TxPower field

指示当前包实际的发送功率，beacon之类定位需要，Controller会填入真实的发送功率。

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ACAD field

是变长的，根据Header Length减去其他存在数据后的剩余长度指定。有特殊的用途，暂没用过。

业务模型

Legacy ADV业务模型

基本业务

在设定的advInterval基础上会加入随机的advDelay，以便有相同advInterval的设备不会一直在同一时间发送数据包，导致设备一直冲突。

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Event行为

Connectable and scannable undirected-ADV_IND

只有Legacy才有，可以被connect和scan，最常用的包类型。

只有广播包的场景。

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被Scan的场景，中间被scan并不会结束Event。

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被Connect的场景，收到CONNECT_IND后立即结束广播。

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Connectable directed-ADV_DIRECT_IND

Low Duty场景

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收到CONNECT_IND后立即结束。

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Higi Duty场景。

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Scannable undirected-ADV_SCAN_IND

不可被连接，收到SCAN_REQUEST后回复SCAN_RSP，并不会结束Event。

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Non-connectable and non-scannable undirected-ADV_NONCONN_IND

只管发广播就行，可以不开Scan Window。

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Extend ADV业务模型

基本业务

常规事件

多个Advertising Event也有Random的T_advEvent和advDelay的概念，多个Advertising Event可以共享一个AUX_ADV_IND。

照理说多个Advertising Event共享一个AUX_ADV_IND，功耗应该更低才对，但是实际业内大多数做法是一个Advertising Event对应一个AUX_ADV_IND，然后再睡眠，所以功耗高。

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带有AUX_CHAIN_IND的场景，这个场景下如下图所示。

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Periodic业务

在AUX_ADV_IND中会指向一个AUX_SYNC_IND，两个AUX_SYNC_IND之间是固定的Periodic Advertising Interval。

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下面是一些Subevent和Response Slot的一些定义。

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Event行为

Connectable directed event

能接收AUX_CONNECT_REQ后回复AUX_CONNECT_RSP，之后就进入Connection State。

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Scannable undirected event

能接收AUX_SCAN_REQ后回复AUX_SCAN_RSP，之后继续发广播。

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Non-connectable and non-scannable undirected event

不会接收SCAN和CONNECT请求。

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Connectable undirected event

能接收AUX_CONNECT_REQ后回复AUX_CONNECT_RSP，之后就进入Connection State。

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Scannable directed event

和Scannable undirected event行为基本一样，但是这个AUX_ADV_IND会带TargetA，并且收到AUX_SCAN_REQ会检查其TxAddr信息是否匹配。

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Non-connectable and non-scannable directed event

和Non-connectable and non-scannable undirected event行为基本一致，只是会带TargetA信息，接收端需要过滤不是发给自己的数据。

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MSC(MESSAGE SEQUENCE CHARTS)

Legacy

可以用Extend发，当然也可以用以前的命令发。

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Extend

必须用LE_Set_Extended_Advertising_Parameters、LE_Set_Extended_Advertising_Data、LE_Set_Extended_Scan_Response_Data和LE_Set_Extended_Advertising_Enable来发送。

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PERIODIC

注意PERIODIC广播和Extend广播走的命令不同。必须用LE_Set_Extended_Advertising_Parameters、LE_Set_Periodic_Advertising_Data、LE_Set_Periodic_Advertising_Enable和LE_Set_Extended_Advertising_Enable来发送。

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