蓝牙学习十（扫描）

一、简介

        从之前的文章中我们知道，蓝牙GAP层定义了四种角色，广播者（Broadcaster）、观察者（Observer）、外围设备（Peripheral）、中央设备（Central）。

        之前的学习一直都是 外围设备（Peripheral）。这篇文章，介绍下中央设备（Central）。

        外围设备主要是通过广播向外发送数据，而中央设备如何发现外围设备，就需要通过扫描了。

        扫描是一个在一定范围内用来寻址其他低功耗蓝牙设备广播的过程。扫描者设备在扫描过程中会使用广播信道。与广播过程不同的是，扫描过程中没有严格的时间定义和信道规则。

        扫描分为主动扫描和被动扫描。

        不管是主动还是被动扫描，扫描的基本流程为：设置扫描参数 -> 使能扫描 -> Controller上报扫描结果 -> 停止扫描。

二、主动扫描

       主动扫描不单单可以捕获到对端设备的广播数据包，还可以捕获扫描响应数据包。

        设备不断发送广播信号给主机（Observer），如果主机不开启扫描窗口，是收不到设备的广播的。主机不仅要开启射频接收窗口，而且还要主机的射频接收窗口跟广播发送的发射窗口匹配成功，主机才能收到设备的广播信号。由于这种匹配成功是一个概率事件，所以主机扫描到设备也是一个概率事件。也就是说，主机有时会很快扫描到设备，比如只需要一个广播事件。主机有时也会很慢才能扫到设备，比如需要10个广播事件甚至更多。

        下图为主机主动扫描广播的过程：

        控制器收到扫描数据包后，将向应用层发送一个广播报告事件（adv_report），该事件同样包括了链路层数据包的广播类型。因此，主机能够判断对端设备是否可以连接或扫描。并区分出广播数据包和扫描响应数据包。

        扫描是集中器监听广播数据包和发送扫描请求的过程，它有2个定时参数需要特别注意：扫描窗口和扫描间隔。

        对于每一个扫描间隔，集中器扫描的时间等于一个扫描窗口，这就意味着如果扫描窗口等于扫描间隔，那么集中器将处于连续扫描之中。

        如果集中器想建立一个连接。当扫描监听到广播数据包后，将会发送连接请求。

        主动扫描流程图大致如下：

2.1 、扫描参数

        Host 设置BLE扫描所必须得参数到Controller。这样Controller才知晓扫描上报哪类低功耗设备信息。

        LE_Scan_Type：扫描类型，主动扫描还是被动扫描。

        LE_Scan_Interval：扫描间隔，控制器多久扫描一次。也就是两个连续扫描的间隔。

        LE_Scan_Window：扫描窗口。每次扫描所持续的时间，在持续时间内，扫描设备一直在刚播信道上监听。

        注：扫描窗口和扫描间隔这两个参数非常重要。扫描窗口的设置要小于或等于扫描间隔，并且都是0.625ms的整数倍。这两个参数决定了控制器的扫描占空比。如果把两者的时间间隔设置为相同的大小，那么控制器会进行连续扫描。每个间隔会改变扫描频率，也就是切换扫描信道。

        Own_Address_Type：本端设备的扫描请求数据包中使用的地址类型。

        Scanning_Filter_Policy：BLE扫描的过滤策略，也就是说接受任何广播数据或者仅仅接受报名单设备的广播数据包。实际上就是决定是否使用白名单过滤广播数据包。需要注意的是，如果定向广播数据包中的目的地址并非自己，那么该数据必须被抛弃。即使广播数据包的发送者在自己的报名单内也不例外。官方对筛选定义了如下四种情况

• #define BLE_GAP_SCAN_FP_ACCEPT_ALL 0x00：接收所有的广播包，除去广播地址不是指向该设备的定向广播
• #define BLE_GAP_SCAN_FP_WHITELIST 0x01：接收在白名单里的所有广播，除去广播地址不是指向该设备的定向广播。
• #define BLE_GAP_SCAN_FP_ALL_NOT_RESOLVED_DIRECTED 0x02：接收所有的广播包，包含定向广播包。如果广播MAC地址是私密地址，这里无法被解析。
• #define BLE_GAP_SCAN_FP_WHITELIST_NOT_RESOLVED_DIRECTED 0x03：接收白名单里所有的广播包，包含定向广播包。如果广播MAC地址是私密地址，这里无法被解析。

2.2、使能/停止扫描

        Host启动和停止广播，启动扫描后，控制端发现周围环境中的广播设备。

• LE_Scan_Enable：使能还是停止扫描。
• Filter_Duplicates：是否开启广播重复过滤。开启后可避免主机在BLE扫描期间接收到重复的低功耗设备信息，该值只有在扫描使能才会生效。

2.3、上报扫描结果

        BLE扫描过程中一个或多个低功耗蓝牙设备对主动扫描作出响应，或者在被动扫描期间收到了广播。控制器一次将扫描到的信息上报给应用层。

 三、被动扫描

        在被动扫描中，扫描者仅仅去监听广播包，而不向广播者发送任何数据。

        一旦扫描参数设置完成，主机就可以启动扫描。扫描过程中，如果控制器接收到符合过滤策略和其他规则的广播数据包，则发送一个LE Advertising Report事件给主机。除了广播者的设备地址外，报告事件还包括广播数据包中的数据，以及接受广播数据包时的信号接受强度（RSSI）。可以利用该信号强度以及位于广播数据包中的发送功率，共同确定信号的路径损失，从而给出大致的范围。这个应用就是防丢器和蓝牙定位。被动扫描不需要向从机发送任何数据。

        下图是被动扫描的过程：