📚 课程目录第4章广播与扫描

4. 广播与扫描：广播类型、数据格式与扫描机制

好，咱们今天聊聊 BLE 里最基础、也最容易被忽视的两个动作——广播和扫描。说白了，广播就是设备在喊“我在这儿，谁要连我？”，扫描就是另一台设备在听“谁在喊？”。

我在做第一个 BLE 项目时，就栽在广播类型上。当时想让设备既能广播数据，又能被手机连接，结果配错了广播类型，手机死活搜不到。嗯，从那以后，我对广播类型就格外上心。

4.1 广播类型：四种模式，各有各的用途

ESP32 的 BLE 广播，按连接性和扫描响应能力，分成四种类型。我习惯把它们分成两组来记：

广播类型	可连接	可扫描	典型场景
Connectable Undirected	是	是	普通外设（心率计、温湿度计）
Connectable Directed	是	否	快速重连（已知设备）
Non-connectable Undirected	否	是	纯广播（信标、iBeacon）
Scannable Undirected	否	是	广播数据+扫描响应（极少用）

关键点：Non-connectable 广播不能建立连接，只能单向发数据。如果你想让手机连上你的 ESP32，千万别选这个。

我个人最常用的是 Connectable Undirected。它最通用，既能广播设备信息，又能接受连接请求。你想想看，一个传感器节点，既要告诉手机“我是谁”，又要允许手机连上来读数据，就得用这个。

4.2 广播数据格式：AD Structure 拆解

广播数据不是随便塞一堆字节就完事的。BLE 协议规定了一套严格的格式——AD Structure（Advertising Data Structure）。

每个 AD Structure 由三部分组成：

Length（1 字节）：表示后面 AD Type + AD Data 的总长度
AD Type（1 字节）：标识数据类型（比如设备名、UUID、Tx Power）
AD Data（N 字节）：具体数据内容

举个例子，假设我们要广播设备名 "ESP32"：

// 广播数据：设备名 "ESP32"
// Length = 0x06 (AD Type 1字节 + "ESP32" 5字节)
// AD Type = 0x09 (Complete Local Name)
// AD Data = "ESP32" (0x45 0x53 0x50 0x33 0x32)

0x06 0x09 0x45 0x53 0x50 0x33 0x32

你看，就这么简单。但实际项目中，广播包往往包含多个 AD Structure，拼在一起。比如同时广播设备名和 UUID：

// 第一个 AD Structure：设备名
0x06 0x09 0x45 0x53 0x50 0x33 0x32
// 第二个 AD Structure：16-bit Service UUID
0x03 0x03 0xAA 0xFE

小技巧：广播包最大 31 字节。别贪心，放不下所有数据时，把核心信息放广播包，次要信息放扫描响应数据里。

4.3 扫描响应数据：广播的“第二页”

扫描响应数据（Scan Response Data）是啥？我打个比方：广播包就像名片上的名字和电话，扫描响应数据就是名片背面的详细地址和公司介绍。

主动扫描时，扫描设备会发送扫描请求，广播设备收到后，回复扫描响应数据。这个数据也是 31 字节，格式和广播数据完全一样（AD Structure）。

我曾经在一个项目中，把设备名和主要服务 UUID 放广播包，把序列号、固件版本、电池电量这些“次要但有用”的信息放扫描响应数据里。这样，手机扫描时就能快速获取设备信息，不用连接就能知道设备状态。

4.4 主动扫描 vs 被动扫描

这两个概念，很多初学者容易搞混。我直接说人话：

被动扫描：只听不回应。扫描设备只接收广播包，不发送任何请求。
主动扫描：听到广播后，发送扫描请求，获取扫描响应数据。

你想想看，被动扫描就像你在街上听别人喊话，只听不回应。主动扫描就像你听到有人喊，你走过去问“你还有啥信息？”

特性	被动扫描	主动扫描
功耗	低	较高（多一次收发）
获取数据量	仅广播包（最多31字节）	广播包+扫描响应（最多62字节）
典型场景	信标检测、低功耗监听	设备发现、信息采集

注意：主动扫描会增加空中包数量，在多设备密集场景下可能造成碰撞。我遇到过在展会 demo 时，几十台设备同时主动扫描，结果丢包严重。后来改成被动扫描+定时主动扫描才解决。

4.5 知识结构图：广播与扫描全景

下面这张图，把广播和扫描的完整流程、数据流向、类型关系都串起来了。建议你多看几遍，把概念和流程对应上。

4.6 ESP32 实战：配置广播与扫描

光说不练假把式。下面给一段 ESP32 上配置广播的代码片段，你直接拿去改改就能用：

#include <esp_bt.h>
#include <esp_bt_main.h>
#include <esp_gap_ble_api.h>

// 配置广播参数
static esp_ble_adv_params_t adv_params = {
    .adv_int_min        = 0x100,   // 广播间隔最小值 (约200ms)
    .adv_int_max        = 0x200,   // 广播间隔最大值 (约400ms)
    .adv_type           = ADV_TYPE_IND,  // Connectable Undirected
    .own_addr_type      = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC,
    .channel_map        = ADV_CHNL_ALL,
    .adv_filter_policy  = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY,
};

// 配置广播数据
static uint8_t adv_data[] = {
    0x02, 0x01, 0x06,           // Flags
    0x03, 0x03, 0xFF, 0x00,     // 16-bit Service UUID
    0x06, 0x09, 'E', 'S', 'P', '3', '2'  // 设备名 "ESP32"
};

// 启动广播
esp_ble_gap_config_adv_data_raw(adv_data, sizeof(adv_data));
esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params);

经验之谈：广播间隔别设太短（比如 20ms），否则功耗飙升。我一般设 100ms~500ms，兼顾响应速度和功耗。如果是信标类应用，甚至可以设到 1 秒以上。

扫描端的代码也不复杂，核心就是注册回调，处理扫描结果：

// 启动扫描
esp_ble_scan_params_t scan_params = {
    .scan_type          = BLE_SCAN_TYPE_ACTIVE,  // 主动扫描
    .own_addr_type      = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC,
    .scan_filter_policy= BLE_SCAN_FILTER_ALLOW_ALL,
    .scan_interval      = 0x50,   // 扫描间隔
    .scan_window        = 0x30,   // 扫描窗口
};

esp_ble_gap_set_scan_params(&scan_params);
esp_ble_gap_start_scanning(10);  // 扫描10秒

回调里处理扫描结果时，记得解析 AD Structure。我习惯写一个解析函数，按 AD Type 提取数据，这样代码清晰又好维护。

避坑：ESP32 的 BLE 栈默认使用静态内存。如果你在回调里分配大块内存，小心堆溢出。我曾经在扫描回调里 malloc 了一个 1KB 的 buffer，结果跑了几小时就挂了。后来改成预分配+复用，问题解决。

好了，广播和扫描的核心内容就这些。记住：广播类型决定了设备的行为边界，AD Structure 是数据组织的“语法”，主动/被动扫描是功耗和功能的权衡。把这些搞清楚了，BLE 开发你就入门了一半。