BLE的两种广播方式：扩展广播和周期性广播

蓝牙低功耗（BLE）是一种无线通信协议，设计用于短距离通信。它的主要优点是低功耗，使其成为各种电池供电设备的理想选择。在BLE中，广播是一种重要的通信方式，它允许设备在不建立连接的情况下传输信息。本文将详细介绍BLE的两种广播方式：扩展广播和周期性广播。

扩展广播是BLE 5.0引入的新功能，它扩展了广播数据的长度，从而提供了更大的数据传输能力。周期性广播是另一种BLE 5.0引入的新功能，它允许设备定期发送广播信息，而无需保持连接。下面来详细介绍一下。

BLE蓝牙的扩展广播

扩展广播的主要目标是提供更大的数据传输能力。在BLE 4.x版本中，广播数据包的最大长度为31字节。然而，随着应用的复杂性增加，这种数据长度已经无法满足需求。因此，BLE 5.0引入了扩展广播，将广播数据包的最大长度增加到255字节。

工作原理

简单来说，分为三个步骤：

在BLE中，设备通过广播通道发送广播数据。每个广播数据包都包含一个广播通道索引，该索引指示接收设备应在哪个频道上监听数据。在扩展广播中，广播数据包的结构进行了修改，以包含更多的数据。

扩展广播引入了辅助通道的概念。当主广播通道的数据包长度不足以容纳所有数据时，设备可以使用辅助通道发送额外的数据。主广播通道的数据包将包含一个指向辅助通道的指针，接收设备可以通过这个指针找到额外的数据。

在某些情况下，即使使用了辅助通道，数据包的长度仍然可能超过255字节。在这种情况下，设备可以使用链式广播。链式广播允许设备发送一系列数据包，每个数据包都包含一个指向下一个数据包的指针。这样，接收设备可以按顺序接收和重组所有数据包，从而获取完整的数据。

BLE蓝牙的周期性广播

周期性广播是BLE 5.0引入的另一种广播方式，它允许设备定期发送广播信息，而无需保持连接。

工作原理

在周期性广播中，设备会在固定的时间间隔内发送广播信息。这个时间间隔被称为广播间隔。每次广播的时间点被称为广播事件。

为了接收周期性广播的信息，其他设备需要与广播设备同步。同步过程包括搜索广播设备的广播事件，并根据这些事件的时间调整自己的接收时间。一旦设备同步成功，它就可以跟踪广播设备的广播事件，并在每个广播事件时接收信息。

和扩展广播一样，周期性广播也支持链式广播。这意味着设备可以在一个广播事件中发送多个数据包，每个数据包都包含一个指向下一个数据包的指针。这样，接收设备可以按顺序接收和重组所有数据包，从而获取完整的数据。

周期性广播的优点

周期性广播作为BLE 5.0的新特性，带来了许多优点：

低功耗：周期性广播的一个主要优点是它的低功耗。由于设备只在预定的广播事件中发送或接收数据，因此大部分时间设备可以处于低功耗模式。这对于电池供电的设备来说是非常重要的。
高效的数据传输：周期性广播允许设备定期发送数据，而无需保持连接。这使得数据传输更加高效，因为设备不需要花费时间和资源来建立和维护连接。
可预测的数据传输：由于广播事件是预定的，因此设备可以准确地知道何时发送或接收数据。这使得数据传输更加可预测，从而提高了数据传输的可靠性。
链式广播：和扩展广播一样，周期性广播也支持链式广播。这意味着设备可以在一个广播事件中发送多个数据包，每个数据包都包含一个指向下一个数据包的指针。这样，接收设备可以按顺序接收和重组所有数据包，从而获取完整的数据。

周期性广播的缺点

尽管周期性广播有许多优点，但它也有一些缺点需要注意：

同步问题：为了接收周期性广播的信息，设备需要与广播设备同步。这个同步过程可能会消耗一定的时间和资源。如果广播设备的广播间隔设置得过短，或者广播设备和接收设备之间的时间同步不准确，可能会导致接收设备错过一些广播事件。
数据丢失：周期性广播是一种无连接的通信方式，这意味着设备在发送数据后无法确认是否已经被接收。如果广播数据包在传输过程中丢失，接收设备可能无法获取完整的数据。
干扰问题：由于BLE使用的是2.4GHz的ISM频段，这个频段也被许多其他无线设备使用，因此可能会存在干扰问题。如果有大量的设备在同一时间进行广播，可能会导致数据传输的质量下降。

周期性广播的使用场景

周期性广播的使用场景广泛且多样，以下是一些主要的应用领域：

健康和健身设备：健康和健身设备，如心率监测器、健身跟踪器等，需要定期发送大量数据。周期性广播可以提供更高的数据传输效率，使这些设备能够更准确地跟踪用户的健康状况。
智能家居：在智能家居系统中，各种设备需要通过无线方式进行通信。周期性广播可以提供更大的数据传输能力，使得设备之间的通信更加顺畅。
工业自动化：在工业自动化系统中，设备需要实时传输大量数据。周期性广播可以提供更高的数据传输效率，使得系统能够更好地运行。
物联网设备：物联网设备通常需要传输大量数据，而且对功耗有严格的要求。周期性广播可以提供更大的数据传输能力，同时保持低功耗，因此非常适合物联网设备。

如何优化周期性广播的使用

尽管周期性广播存在一些缺点，但我们可以通过以下方法来优化其使用：

优化广播间隔：设备可以根据其数据传输需求和电池寿命要求来调整广播间隔。一般来说，增大广播间隔可以减少功耗，但可能会增加数据传输的延迟。反之，减小广播间隔可以减少数据传输的延迟，但可能会增加功耗。
使用可靠的数据传输协议：为了解决数据丢失的问题，设备可以使用可靠的数据传输协议，如TCP或者自定义的可靠传输协议。这些协议可以提供数据包重传机制，从而确保数据的完整性。
避免频道干扰：设备可以通过选择合适的广播频道来避免干扰。例如，如果某个频道上的设备过多，可以选择其他较空闲的频道进行广播。
使用链式广播：如果需要传输的数据量较大，设备可以使用链式广播。通过将数据分割成多个数据包，设备可以在一个广播事件中发送更多的数据。

扩展广播 vs 周期性广播

数据传输方式：扩展广播主要用于提供更大的数据传输能力，它允许设备在一个广播事件中发送更多的数据。而周期性广播则允许设备定期发送数据，而无需保持连接。
广播事件：在扩展广播中，设备可以在一个广播事件中发送多个数据包，每个数据包都包含一个指向下一个数据包的指针。而在周期性广播中，设备在预定的广播事件中发送或接收数据。
功耗：由于周期性广播只在预定的广播事件中发送或接收数据，因此它的功耗通常比扩展广播低。
数据传输的可靠性：扩展广播和周期性广播都是无连接的通信方式，这意味着设备在发送数据后无法确认是否已经被接收。然而，由于扩展广播可以发送更大的数据包，因此在传输大量数据时，它的数据传输可靠性可能会更高。

BLE蓝牙的一些其他重要特性：

低功耗：BLE的全称为Bluetooth Low Energy，也就是蓝牙低功耗。它的主要特点是低成本、超低功耗、短距离、标准接口和强大的互操作性，并且工作在免许可的2.4GHz ISM射频段。

新的PHY：在BLE 5.0中，引入了新的PHY，包括1M PHY、2M PHY和Coded PHY。这些新的PHY提供了更高的通信速率和更好的抗干扰能力。
信道选择算法：BLE 5.0引入了新的信道选择算法，可以提高抗干扰能力和数据传输的可靠性。
LE Audio：BLE 5.2引入了LE Audio，提供了同步信道和LC3音频编码器，但目前还不被广泛支持。