BLE Advertisement Format¶

Bluetooth Low Energy (BLE) verwendet Advertising Packets, um Geräte auffindbar zu machen, ohne eine aktive Verbindung aufzubauen. Dieses Verfahren ist die Grundlage für Beacon-Systeme wie Measure2Go und BEACON-LINE Advertisement in CSV Format.

1. Paketstruktur auf Physical Layer¶

Jedes BLE-Advertising-Paket besteht aus folgenden Feldern:

┌───────────┬──────────────────┬─────────────────────────────┬─────────┐
│ Preamble  │  Access Address  │           PDU               │   CRC   │
│  1 Byte   │    4 Bytes       │    2–39 Bytes               │ 3 Bytes │
└───────────┴──────────────────┴─────────────────────────────┴─────────┘

Feld	Größe	Beschreibung
Preamble	1 Byte	Synchronisationssequenz `0xAA`
Access Address	4 Bytes	Feste Adresse für Advertising: `0x8E89BED6`
PDU	2–39 Bytes	Protocol Data Unit (Header + Payload)
CRC	3 Bytes	Cyclic Redundancy Check zur Fehlerprüfung

2. PDU – Protocol Data Unit¶

2.1 PDU Header (2 Bytes)¶

Bit:  15  14  13  12  11  10   9   8   7   6   5   4   3   2   1   0
      ───────────────────────────────────────────────────────────────
      RFU TxAdd RxAdd RFU  ←── Length (6 Bit) ───→  ←── PDU Type ──→

Feld	Bits	Beschreibung
PDU Type	4	Art des Advertising-Pakets
Length	6	Länge des Payloads (0–37 Bytes)
TxAdd	1	Adresstyp des Senders (0 = public, 1 = random)
RxAdd	1	Adresstyp des Empfängers

2.2 PDU-Typen¶

Typ	Wert	Name	Beschreibung
`ADV_IND`	`0x00`	Connectable Undirected	Generelles Advertising, verbindbar
`ADV_DIRECT_IND`	`0x01`	Connectable Directed	Gerichtetes Advertising an ein Gerät
`ADV_NONCONN_IND`	`0x02`	Non-Connectable Undirected	Nur Broadcast, keine Verbindung
`ADV_SCAN_IND`	`0x06`	Scannable Undirected	Broadcast + Scan Response möglich
`SCAN_REQ`	`0x03`	Scan Request	Anfrage nach zusätzlichen Daten
`SCAN_RSP`	`0x04`	Scan Response	Antwort auf Scan Request
`CONNECT_IND`	`0x05`	Connect Request	Verbindungsaufbau

💡 Für Beacon-Systeme wird typischerweise ADV_NONCONN_IND verwendet – keine Verbindung, nur Broadcast.

3. Advertising Data (AD) Struktur¶

Der Payload besteht aus einer oder mehreren AD Structures, die hintereinander angeordnet sind:

┌────────┬─────────┬──────────────────┐
│ Length │ AD Type │    AD Data       │
│ 1 Byte │  1 Byte │  Length-1 Bytes  │
└────────┴─────────┴──────────────────┘

Mehrere AD Structures werden direkt aneinandergereiht (max. 31 Bytes gesamt):

[Len][Type][Data...][Len][Type][Data...][Len][Type][Data...]

Wichtige AD Types (GAP Types)¶

AD Type	Name	Beschreibung
`0x01`	Flags	Advertising-Modus (General Discoverable, BR/EDR nicht unterstützt etc.)
`0x02`	Incomplete 16-bit UUIDs	Unvollständige UUID-Liste
`0x03`	Complete 16-bit UUIDs	Vollständige Liste der 16-bit Service-UUIDs
`0x06`	Incomplete 128-bit UUIDs	Unvollständige 128-bit UUID-Liste
`0x07`	Complete 128-bit UUIDs	Vollständige 128-bit UUID-Liste
`0x08`	Shortened Local Name	Verkürzter Gerätename
`0x09`	Complete Local Name	Vollständiger Gerätename
`0x0A`	TX Power Level	Sendeleistung in dBm (für Distanzschätzung)
`0x16`	Service Data (16-bit UUID)	Dienstdaten mit 16-bit UUID
`0xFF`	Manufacturer Specific Data	Herstellerspezifische Nutzdaten

Flags (0x01) – Aufschlüsselung¶

Bit 0: LE Limited Discoverable Mode
Bit 1: LE General Discoverable Mode   ← typisch für Beacons
Bit 2: BR/EDR Not Supported           ← immer gesetzt bei reinem BLE
Bit 3: Simultaneous LE and BR/EDR (Controller)
Bit 4: Simultaneous LE and BR/EDR (Host)

4. Manufacturer Specific Data (0xFF)¶

Das flexibelste AD-Feld – die ersten 2 Bytes sind immer die Company ID (vergeben von der Bluetooth SIG):

┌────────┬───────────┬──────────────────────────────────┐
│  0xFF  │ Company ID│        Custom Payload            │
│        │  2 Bytes  │        variable                  │
└────────┴───────────┴──────────────────────────────────┘

Bekannte Company IDs¶

Company ID	Hersteller
`0x004C`	Apple Inc.
`0x0059`	Nordic Semiconductor
`0x017B`	taskit GmbH
`0x0499`	Ruuvi Innovations
`0x02E5`	Espressif Inc.

5. Bekannte Beacon-Formate¶

5.1 iBeacon (Apple)¶

Nutzt Manufacturer Specific Data mit Apple Company ID:

┌────────┬─────────────┬──────┬────────┬──────────┬───────┬───────┬──────────┐
│AD Type │ Company ID  │Type  │Length  │   UUID   │ Major │ Minor │TX Power  │
│  0xFF  │ 0x4C 0x00   │ 0x02 │  0x15  │  16 B    │  2 B  │  2 B  │   1 B    │
│  1 B   │ (Apple) 2 B │  1 B │   1 B  │          │       │       │ (signed) │
└────────┴─────────────┴──────┴────────┴──────────┴───────┴───────┴──────────┘

Feld	Wert / Größe	Beschreibung
AD Type	`0xFF` – 1 Byte	Kennzeichnet Manufacturer Specific Data
Company ID	`0x004C` (Apple) – 2 Bytes	Little Endian: `0x4C 0x00`
iBeacon Type	`0x02` – 1 Byte	Kennzeichnet das iBeacon-Format
iBeacon Length	`0x15` (= 21) – 1 Byte	Länge der folgenden Nutzdaten
UUID	16 Bytes	Identifiziert die Beacon-Gruppe/Anwendung
Major	2 Bytes	Grobe Unterteilung (z.B. Gebäude, Etage)
Minor	2 Bytes	Feine Unterteilung (z.B. Raum, Position)
TX Power	1 Byte (signed)	Kalibrierte RSSI bei 1 m (für Distanzschätzung)

5.2 Eddystone (Google)¶

Nutzt Service Data mit Eddystone UUID 0xFEAA:

Eddystone-UID¶

[0x16][0xAA 0xFE][0x00][TX Power][Namespace 10B][Instance 6B]

Eddystone-URL¶

[0x16][0xAA 0xFE][0x10][TX Power][URL Scheme][Encoded URL]

URL Schemes: 0x00 = http://www. | 0x01 = https://www. | 0x02 = http:// | 0x03 = https://

Eddystone-TLM (Telemetry)¶

[0x16][0xAA 0xFE][0x20][Version][Battery mV][Temp][Adv Count][Uptime]

Enthält Batteriezustand, Temperatur, Anzahl gesendeter Pakete – nützlich für Wartungsüberwachung.

6. Advertising Channels¶

BLE nutzt 3 dedizierte Advertising-Kanäle (so gewählt, dass WLAN-Kanäle 1, 6, 11 vermieden werden):

Kanal	Frequenz	Position im 2,4-GHz-Band
37	2402 MHz	Unterhalb WLAN-Kanal 1
38	2426 MHz	Zwischen WLAN-Kanal 1 und 6
39	2480 MHz	Oberhalb WLAN-Kanal 11

Geräte senden typischerweise auf allen drei Kanälen nacheinander.

7. Advertising Interval & Stromverbrauch¶

Interval	Erreichbarkeit	Stromverbrauch	Typischer Einsatz
20 ms	Sehr schnell	Hoch	Kurzzeitiges Tracking
100 ms	Schnell	Mittel	Allgemeines Advertising
1.000 ms	Normal	Gering	Beacons, IoT-Sensoren
10.240 ms	Langsam	Sehr gering	Batterie-optimierte Beacons

💡 Measure2Go-Sensoren: Batterielebensdauer bis zu 2 Jahre durch optimiertes Advertising-Interval.

8. Beispiel: Vollständiges Advertising-Paket¶

Preamble:       AA
Access Addr:    D6 BE 89 8E
PDU Header:     02 04          (ADV_NONCONN_IND, Length=4+Payload)
AdvA (MAC):     XX XX XX XX XX XX

Advertising Data:
  [02][01][06]                  → Flags: General Discoverable, BLE only
  [1A][FF][4C 00]               → Manufacturer Specific, Apple
        [02][15]                → iBeacon Type + Length
        [UUID 16 Bytes]         → z.B. F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E
        [00 01]                 → Major = 1
        [00 2A]                 → Minor = 42
        [C5]                    → TX Power = -59 dBm

CRC:            XX XX XX