📚 课程目录第4章广播与扫描实战

4. 广播与扫描实战

BLE 广播（Advertising）是设备被发现的第一步。nRF 系列芯片把广播行为抽象成一组可配置参数：广播类型、广播数据（AD Structure）、扫描响应数据、广播间隔、发射功率与信道。理解这些参数如何组合成空口上的实际数据包，是调试“手机搜不到设备”“连接不稳定”“功耗偏高”等问题的基础。本章围绕 nRF Connect 手机 App 的实测观察，把广播包从配置到空口再到扫描端解析的链路串起来。

广播包的结构：AD Structure 与 AD Type

广播数据不是一段自由文本，而是由若干 AD Structure 拼接而成。每个 AD Structure 的第一个字节是长度字段（Length），表示后续“类型 + 数据”的字节数；第二个字节是 AD Type，例如 0x01 表示 Flags、0x09 表示完整设备名（Complete Local Name）、0x03 表示完整的 16 位 UUID 列表、0xFF 表示厂商自定义数据（Manufacturer Specific Data）。解析时按长度逐段跳读，直到遇到长度为 0 的填充或数据结束。

以 Nordic 常见的示例为例，一段广播数据可以写成：

// 广播数据（AD Structure 序列）
02 01 06              // Flags: LE General Discoverable, BR/EDR Not Supported
09 09 4E 6F 72 64 69 63 5F 54 61 67   // Complete Local Name: "Nordic_Tag"
05 03 0D 18           // Complete 16-bit UUID: 0x180D (Heart Rate)
0A FF 59 00 01 02 03 04 05 06         // Manufacturer Data: 公司ID 0x0059 + 自定义负载

这里 0x02 表示后面有 2 字节（类型 0x01 + 数据 0x06）；0x09 表示后面 9 字节（类型 0x09 + 8 字节名称）。注意长度字段只统计“类型 + 数据”，不包含长度字节自身。广播包总长度受限于 31 字节（Legacy Advertising），扫描响应包同样最多 31 字节，两者合计可承载约 62 字节的有效信息。若需要更长数据，应改用扩展广播（Extended Advertising），但手机端兼容性需确认。

可连接、不可连接与定向广播

广播类型决定了设备是否接受连接请求，以及是否允许被主动扫描。常见类型包括：

ADV_IND（可连接、可扫描的非定向广播）：最常用，任何中心设备都可发起连接，也可发送扫描请求获取扫描响应。
ADV_NONCONN_IND（不可连接、不可扫描的非定向广播）：只广播数据，不接受连接，也不响应扫描请求。适合信标（Beacon）类应用。
ADV_SCAN_IND（可扫描、不可连接）：可被扫描请求，返回扫描响应，但不接受连接。
ADV_DIRECT_IND（定向广播）：只面向指定目标地址（InitA），用于快速重连，广播间隔通常很短，功耗较高但连接建立快。

选择哪种类型，取决于设备角色。例如一个只上报温湿度的传感器，若不需要被连接配置，用 ADV_NONCONN_IND 可以省去连接维护开销；若需要手机连接读取历史数据，则必须使用 ADV_IND。定向广播适合已知对端地址的快速回连场景，但目标地址变化后需要重新配置。

广播间隔与功耗的权衡

广播间隔（Advertising Interval）是两次广播事件之间的时间，范围通常为 20 ms 到 10.24 s。间隔越短，被发现越快，但射频开启越频繁，平均功耗越高。以 nRF52 系列为例，在 0 dBm 发射功率下，一次广播事件（三个信道 37/38/39 依次发送）的电流脉冲约数毫安，持续时间约 1~2 ms。若间隔为 100 ms，占空比约 1%~2%；若间隔为 1 s，占空比降至 0.1%~0.2%，平均电流可降到几十微安量级。

实际工程中常用折中：需要快速被发现的设备用 100~300 ms；电池供电、对发现时延不敏感的信标用 1~2 s；定向快速重连可用 20~30 ms，但仅维持短时间。Nordic SDK 中通过 ble_gap_adv_params_t 的 interval 字段设置，单位是 0.625 ms。例如设置 160 表示 100 ms，设置 1600 表示 1 s。

ble_gap_adv_params_t adv_params = {
    .properties.type = BLE_GAP_ADV_TYPE_CONNECTABLE_SCANNABLE_UNDIRECTED,
    .interval        = 160,   // 160 × 0.625 ms = 100 ms
    .duration        = 0,     // 0 表示持续广播
    .filter_policy   = BLE_GAP_ADV_FP_ANY,
};

用 nRF Connect 手机 App 验证广播包

烧录固件后，打开 nRF Connect（Nordic 官方 App），进入 Scanner 页签，可以看到周围设备的列表。每个条目显示设备名、RSSI、MAC 地址和广播类型图标。点击某个设备展开，能看到 RAW 数据、AD Structure 解析结果以及扫描响应内容。重点观察三件事：

广播数据是否与代码一致：检查 Flags、设备名、UUID、厂商数据是否按预期出现，长度字段是否正确。
扫描响应是否被触发：若设备配置了扫描响应数据，App 会在扫描请求后显示第二段数据。若没有，检查广播类型是否支持扫描。
RSSI 与广播间隔的间接判断：RSSI 反映信号强度，不能直接测间隔，但若设备列表刷新频率明显变化，可辅助判断广播是否在持续发送。

如果 App 中看不到设备，先确认广播是否已启动、发射功率是否过低、是否被过滤策略限制。若能看到设备但连接失败，检查广播类型是否为可连接类型，以及目标地址是否匹配。

广播配置与验证的完整链路

下面这张图把“配置参数 → 空口广播包 → 扫描端解析 → 结果判断”串成一条信号链，帮助你在调试时快速定位问题出在哪一段。

调试时建议按这条链逐段核对：先在代码里确认广播参数和 AD 数据，再用 nRF Connect 看空口实际内容，最后根据现象回到对应环节修改。广播间隔和发射功率是功耗与发现速度的两个主要旋钮，实际项目中应结合电池容量、期望发现时延和手机端扫描占空比一起估算，而不是只凭经验取值。