Android 4.3：BLE：startLeScan() 的过滤行为

Posted 2023-04-14

【中文标题】Android 4.3：BLE：startLeScan() 的过滤行为

【英文标题】：Android 4.3: BLE: Filtering behaviour of startLeScan()

【发布时间】：2013-10-30 10:29:18

【问题描述】：

我正在开发一个 BluetoothLE 传感器设备，为此我需要形成一对多的数据广播。根据规范，外围设备可能只有一个主设备，并且由于我设计的芯片和堆栈的限制，一个主设备只能有三个从设备。据我了解，android 无论如何都不能成为 BLE 从属设备，因此不能让我的设备作为主设备。

BT4 规范和制造商文档都谈到了另一种操作模式，称为广播模式。在广播模式下，永远不会建立连接，并且应用程序数据作为广告数据包的一部分进行传输。这完全符合我的需求，因为许多 Android/ios 手机可以同时扫描每个数据包。一个广告包以突发方式多次传输，所以我怀疑数据的接收大部分是可靠的。如果一个数据包到处丢失，这是可以容忍的。

有趣的是，我希望这些数据包能够携带实时传感器数据，这些数据以 10-20Hz 的速率更新。从我在网上找到的示例来看，这种模式下的 BLE 主要用于“iBeacon”类型的实现，它们在其中广播静态数据。我找不到有关如何在 Android 堆栈中过滤广告数据包的任何信息。它们可能是每个蓝牙硬件地址返回一个结果，也可能是地址和数据的唯一组合。第二个选项适用于此应用程序。如果开始和停止扫描会重置过滤器，我也可以做一些工作。

Android 文档没有提及扫描方法中设备过滤的工作原理。我已经能够在网上找到一篇试图解决同样问题的帖子，但回复未解决：BLE: Multiple discovery of the same peripheral during scan。在 iOS 中，我的同事告诉我，有一个参数可以传递给 scan 函数，使这成为可能。

我尝试从 Android 源代码中的 startLeScan() 调用追溯代码，但代码相当复杂，并且抽象的使用使得很难识别包含它的对象的实现。我得到的最远的是从 BluetoothManagerService 类方法 getBluetoothGatt() 返回的 IBluetoothGatt 对象。该对象接收开始扫描的请求。它在 github 上的当前修订版中围绕 line 790 of BluetoothManagerService.java 进行实例化。该对象是从消息的结果中投射出来的，所以我怀疑结果可能是电话/驱动程序特定的。能够进一步追踪它超出了我的专业知识。

我想解决的另一个问题是打开和关闭扫描的速度有多快。扫描是一项耗电量大的操作，但数据的广播将在相当精确的实时计时器上定期发生。因此，如果可以打开和关闭扫描，这将是一个很好的优化，这样广播和扫描是同步的，而扫描仪在其他 90% 以上的时间里会关闭。这可能需要进行实验测试。

我仍在进行可行性研究，看看这是否适用于我们的 Android 配件。我现在的手机还不能运行 4.3 版，所以我无法通过实验测试/破解它。

【问题讨论】：

不确定您的问题是什么。

Android 中的 BLE 扫描仪如何过滤结果？帖子的其余部分只是上下文。

【参考方案1】：

到目前为止，Android 4.3 和 4.4 似乎一团糟：一些设备调用 onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) 在一次扫描中多次用于一台设备，有些则没有。无法像在 iOS 中那样配置过滤（请参阅 阿卡迪乌什·科尼奥尔）。所以，我现在开始列出一个列表，因为我无法向我的用户询问有关他们设备的此类问题。

不过，在“未过滤”的设备上，重新开始扫描也没有问题。所以，我现在在每台设备上重新开始扫描。

不过滤（不断调用 onLeScan()）

Samsung Galaxy S4 with 4.2.2 using Samsung BLE sdk（我拥有该设备） Nexus 5 和 4.4（由 [vegarwe] 添加。设备会在扫描时连续提供附近设备的扫描记录） 带有 4.3 的三星 Galaxy S3（JSS15J.I9300XXUGMK6，我在该设备上进行测试） 带有 4.3 和 4.4.2 的三星 Galaxy S4 使用 Android SDK（由arnaud.b 添加，未提供构建） HTC One 4.4.2（由arnaud.b 添加，未提供内部版本号）

过滤设备（适用于标准）

Nexus 4 和 4.3、4.4（我拥有该设备） Nexus 7 2013 4G 和 4.4.2（KOT49H，我在那个设备上测试） 带有 4.2.2 的三星 Galaxy S4 mini（我在此设备上进行测试） Motorola Moto X（由user1603602添加，未提供安卓版本信息） Motorola Moto G with 4.3（falcon_umts，我的测试设备） Sony Xperia Tablet Z Wifi 与 Android 4.3（构建 10.4.B.0.577，型号 SGP311，我的测试设备） 一加 5.0.1 和 5.1.1 (Cyanogen 12.1)

未知过滤行为（请帮助将设备关联到某个组）

Nexus 7 2013（不同的行为被报告为 here。但我已经阅读了更多属于第一组的报告。） 其他 SAMSUNG、HTC、摩托罗拉、...、设备

【讨论】：

似乎同一个 android 版本在所有设备上的行为并不相同。所以我想这是过滤设备的蓝牙驱动程序？ （任何专家都可以确认？）此外，Nexus 5 使用 Snapdragon 800 (8974-AA) 芯片组，与三星 Galaxy S4 (GT-I9506) 的某些版本相同。 Galaxy S4还有其他版本：GT-I9505基于snapdragon 600（APQ8064T）和GT-I9500（exynos）Nexus 4，sony xperia tablet Z使用相同的芯片组（snapdragon s4 pro APQ8064）。 Moto X 和 Moto G 也基于 snapdragon s4 Nexus 7 2013 有不同的芯片组（全部？）基于 snapdrago

在我看来，这取决于可能取决于芯片组的 BLE 实现（软件）。例如，芯片制造商可以向手机制造商提供 BLE 实施。我还看到，持续扫描更常见于现有的参考 BLE 实现。这意味着 SGS4 是第一个实现 BLE 的设备，因此仍处于某种开发人员模式。毕竟，您不应该指望连续扫描模式。随着进一步的更新，它更有可能被删除。

不过滤（不断调用 onLeScan()） Galaxy S2 M250s（已测试）

关于使用新的 Android 5.0 BluetoothLeScanner 过滤设备的任何信息？它们会变成非过滤吗？

仅从我对 Nexus 4 和 5 的测试来看，我的实验发现它依赖于硬件，而不是依赖于操作系统。我的 Nexus 4 在 4.4 和 5.0 上都可以过滤，我的 Nexus 5 在 4.4 和 5.0 上都没有过滤——真是一团糟！

【参考方案2】：

蓝牙规范 (Core_v4.1.pdf) 第 2535-2536 页中关于重复广告报告的文本有些不清楚。但是，第 1258 页上的文字很清楚。它为 HCI_LE_Set_Scan_Enable 命令指定一个 Filter_Duplicates 参数。在 Android 版本 4.4 (Kitkat) 中，此参数为 0x00（禁用重复过滤）。

从 Android 4.4 (Kitkat) 版本开始，有一种简单的方法可以确定蓝牙芯片中是否进行了任何过滤。将手机设为开发者手机，进入开发者选项，勾选“启用蓝牙 HCI 监听日志”。然后关闭和打开蓝牙一次以使设置生效。从现在开始，应用处理器和蓝牙芯片之间的所有 HCI 数据包都将存储在手机上的一个文件中，该文件由 adb pull storage/emulated/legacy/btsnoop_hci.log 拉取。这不是文本文件，您需要来自http://www.fte.com/products/default.aspx 或wireshark 的程序来查看btsnoop_hci.log。对于wireshark，你需要一个相当新的版本，因为旧版本不支持BLE。我的经验是蓝牙芯片中从来没有任何过滤，即HCI事件“LE广告报告事件” ” 为每个 ADV_IND 发送 和 ADV_NONCONN_IND 蓝牙芯片接收到的。这适用于配备蓝牙芯片 Qualcomm/Atheros WCN 3680 和 Broadcom BCM 4339 的手机。

更正：btsnoop_hci.log 的路径可能因手机制造商而异。您可以通过 adb shell cat etc/bluetooth/bt_stack.conf 找到正确的路径 | grep BtSnoopFileName

【参考方案3】：

我正在使用 BLE 开发适用于 Android 4.3 (Nexus 4&7) 的应用程序，根据我的观察，如果没有 SCAN REQUEST 发送回外围设备，扫描会多次返回同一设备。

设备可以通过两种方式做广告：被动和主动。在被动模式下，外围设备只是广播它的所有数据，并且在发送周期性数据包后不监听。它只是发送，睡觉，发送，睡觉...... 在主动模式下，传感器也会做广告，但消息尽可能短。发送后，它会切换到听很短的时间。当扫描检测到短消息时，它会立即向外围设备发送 SCAN REQUEST 命令，并获得更多详细信息的响应。据我所知，Android 在一次扫描期间不会多次发送 SCAN REQUEST。

假设我们在范围内有 2 个设备。一个是 f.e. Nordic 的 nRF 温度传感器（被动广告）和其他可连接设备。我收到了以下扫描回复：

11-10 21:32:54.281: D/BluetoothAdapter(13468): startLeScan(): null
11-10 21:32:54.281: D/BluetoothAdapter(13468): onClientRegistered() - status=0 clientIf=4
11-10 21:32:54.321: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CD:61:1A:A8:BC:BE RSSI=-94
11-10 21:32:55.122: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-61
11-10 21:32:56.414: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-62
11-10 21:32:57.715: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-61
11-10 21:32:59.016: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-63
11-10 21:33:01.609: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-63
11-10 21:33:02.901: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-63
11-10 21:33:04.212: D/BluetoothAdapter(13468): onScanResult() - Device=CB:32:81:CF:FD:00 RSSI=-62
11-10 21:33:04.282: D/BluetoothAdapter(13468): stopLeScan()

如您所见，可连接的设备只出现了一次，而另一台出现了 7 次。

我想解决的另一个问题是打开和关闭扫描的速度有多快。扫描是一项耗电量大的操作，但数据的广播将在相当精确的实时计时器上定期发生。因此，如果可以打开和关闭扫描，这将是一个很好的优化，这样广播和扫描是同步的，而扫描仪在其他 90% 以上的时间里会关闭。这可能需要进行实验测试。

扫描频率取决于设备。此外，广告通常在 3 个频道上进行：37、38 和 39，以增加被发现的可能性。然而，这可能是从“活动”设备多次获取广告数据包的好主意。

【讨论】：

我已经在带有官方 4.3 更新的三星 S4 上测试了同一个案例，并且我多次收到这两款设备的更新。实际上，我从 61:1A:A8:BC:BE 获得的更新比后者更频繁。因此，总而言之，这取决于您使用的是什么设备。对开发人员来说一点也不好：/

感谢您的评论，这是非常有用的信息。使用被动广告模式时，设备返回多个扫描结果是有趣且有用的。在这个应用程序中，理想情况下，我希望 Android 的行为类似于带有主动广告的被动扫描仪——这样我就可以让设备广播数据，并允许连接更改设置。

关于打开和关闭 Android Scanner：我在测试应用程序中成功打开和关闭了 startBleScan，并以 20Hz 的速率接收活动广告包。不幸的是，手机在打开和关闭时存在一些延迟，因此扫描过程最终在 80% 到 90% 的时间内处于活动状态。在较低的数据包速率下，这种方法作为“观察者”黑客可能是可行的。

@philips77：运行扫描仪的典型用例是能够向用户显示附近设备的列表，按信号最好的设备排序。在这种情况下，您真的希望设备的更新能够持续更新和排序列表（基于 RSSI）

【参考方案4】：

实际的蓝牙规格说：

不需要向主机发送重复的广告报告。 重复的广告报告是相同的广告报告 链路层处于扫描状态时的设备地址。这 广告数据可能会发生变化； 广告数据或扫描响应数据是 在确定重复广告时认为不重要 报告。

根据规范，这适用于扫描周期，这表明正确的解决方法是在每次收到广告时停止并重新开始扫描。

根据我在 BLE 方面的经验，在广告中发送可变数据似乎不是一个好主意。几乎所有事情都假设来自广告的数据不会改变。如果您想实际发送可变数据（例如温度计读数），那么最好实际连接到设备并通过特性来完成。它更可靠并且使用更少的功率。缺点是一次只能连接 8 台设备。

广告旨在检测设备的存在并识别它们。

【讨论】：

另请注意，Android 5.0 中有一个新的 BLE 扫描仪 API。我在装有 Android 5.0 的 Nexus 4 上收到所有广告。 （广告是无向的，不可连接的。）

你在这里是什么意思.."得到每一个广告"，你得到连续（重复）数据包吗？

是的，在 Nexus 4 上，我收到了有关每个广告包的通知，即使它们是相同的。这是允许的行为，但也允许不这样做。规范令人讨厌。

这很有趣..你是否也在其他手机上交叉检查过？也像你建议“这是允许的行为，但也允许不这样做”，那么有没有办法知道广告已被外围设备停止！

无法检测广告何时停止 - 您只能稍等片刻，看看是否收到任何广告数据包。正如我所说，如果您想接收每一个广告，那么您必须在每次收到广告时停止并重新开始扫描。我还没有测试过。

【参考方案5】：

在 iOS 中，此标志名为 CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey。将其传递给扫描函数会导致通知每个广告数据包。我在 Android 中找不到类似的标志。

【讨论】：

这是真的！至少在 Android 4.4 中必须是类似的东西，以避免这些不同的行为，并成为符合标准的默认行为。