MicroPython Beacon Library

项目介绍

A MicroPython library providing APIs to interact with Beacons, for ESP32

相关知识

以个人理解介绍一些和Beacon相关的知识，尽量不误导

蓝牙设备的角色定义

• Broadcaster Role (Advertiser)：蓝牙设备想要被其它设备发现并使用，第一步就是要作为Advertiser（广播员角色，广告商，基站等等）进行数据广播，将自己的名字、MAC 地址、包含的服务和外观等关键信息发布出去

• Observer Role (Scanner)：有Advertiser发送广播就要有Scanner进行观察扫描，得到对方的关键信息，比如：MAC 地址，RSSI 信号强度，可连接性，和广播信息等

• Central Role (GATT Client)：Scanner扫描并得到关键信息后，可以选择和Advertiser进行连接，此时Scanner就转变为中心设备（Central）

• Peripheral Role (GATT Server)：当Central选择进行连接后，Advertiser也就转变为外围设备（Peripheral），并终止数据广播

我们的Beacon设备为了做到不间断的数据广播，所以必须不具备可连接性，也就是只作为Advertiser角色使用

参考资料：

• ubluetooth — low-level Bluetooth

广播数据格式分析

Advertiser广播的数据，简单说就是若干组数据的组合，每组数据包含：

• 数据长度（Length）
• 数据类型（AD_TYPE）
• 数据内容（Data）

每条广播内容的长度限制为 37 字节，去掉 6 字节的设备 MAC 地址，我们实际可以使用的最大长度为 31 字节

以 ESP32 BLE 项目的HID 设备广播数据为例，它广播的数据为：

bytearray(b'\x02\x01\x06\x03\x03\x0f\x18\x03\x03\x0a\x18\x03\x03\x12\x18\x03\x19\xc1\x03\x06\xff\x06\x00\x03\x00\x80')

# 拆分后得到 6 组数据
b'\x02\x01\x06'
b'\x03\x03\x0f\x18'
b'\x03\x03\x0a\x18'
b'\x03\x03\x12\x18'
b'\x03\x19\xc1\x03'
b'\x06\xff\x06\x00\x03\x00\x80'

根据数据格式分析后，得到如下内容：

逐一分析一下 4 个不同的AD_TYPE：

• x01：数据x06转换二进制为0b00000110，根据下表即可得到x06代表设备模式为：LE General Disconverable Mode和BR/EDR Not Supported

  位数	数值	描述
  1	0	LE Limited Discoverable Mode
  2	1	LE General Disconverable Mode
  3	1	BR/EDR Not Supported
  4	0	LE and BR/ERD Capable (Controller)
  5	0	LE and BR/ERD Capable (Host)
  6	0	Reserved
  7	0	Reserved
  8	0	Reserved

• x03：数据x0fx18为大端模式表示的Service UUID，即0x180f，从 GATT Services | Bluetooth® Technology Website 页面查询可知0x180f为Battery Service，其余两个分别为Device Information和Human Interface Device

• x19：数据xc1x03也是大端模式表示，转换十进制为961，查询可知设备的Appearance为Keyboard，即图中左侧的图标

  

• xff：数据x06x00x03x00x80可拆分为：

  • x06x00：大端模式表示的公司标识符，从 Company Identifiers | Bluetooth® Technology Website 页面查询可知0x0006为Microsoft
  • x03：代表微软的Swift Pair Beacon技术
  • x00：代表应用场景为Pairing over Bluetooth LE only
  • x80：代表已保留的发射功率值

  xff代表的AD_TYPE根据不同的制造商设置不同的参数数据

最终总结：

bytearray(b'\x02\x01\x06\x03\x03\x0f\x18\x03\x03\x0a\x18\x03\x03\x12\x18\x03\x19\xc1\x03\x06\xff\x06\x00\x03\x00\x80')

Scanner扫描到这条广播内容后分析得出，这个即将成为Peripheral的设备支持通用发现模式且不支持 BR/EDR，它的外观图标为键盘，包含了Battery Service、Device Information和Human Interface Device这 3 个服务（这是作为 HID 设备的必要服务），并且它还支持微软的Swift Pair Beacon技术

需要广播的内容太多，31 字节不够用怎么办？

首先把我们必须要广播的数据准备好，再准备一个Scan Response数据然后进行广播，在Scanner扫描的时候同时会读取Scan Response的数据，整合两部分数据再进行内容分析，我们以此达到广播超过 31 字节内容的目的

Scan Response实际不会进行广播，它只是在响应Scanner扫描的时候才会进行传递

参考资料：

• BLE.gap_advertise()
• advertising_resp_payload()

如何计算 tx_power

谷歌官方称为tx_power，苹果官方称为Measured Power，是根据设备自身性能统计得到的发射功率平均值，根据设备到设备之间的功率值计算相对距离，根据文档介绍，当相对距离大于1 米时得到的数值并不可靠，所以只需给出 4 种状态（Proximity State）即可：

苹果官方给出的确定设备发射功率的方法如下：

• 至少使用iPhone 5s
• 从Apple Store下载Air Locate
• 去掉手机保护壳，垂直方向握住手机并保证上半部分未被遮挡
• 当 Beacon 设备开始广播后，站在 1 米 距离，重复采样RSSI 数值至少 10 秒
• 采样结果降序排序，去掉 10% 最高值和 20% 最低值
• 将剩余采样结果求平均值，得到发射功率

参考资料：

• Getting Started with iBeacon.pdf
• Artwork and Specifications