Android BLE開發(fā)

最近入職一家公司做物聯(lián)網(wǎng)模塊穆壕，我負責手機藍牙和設(shè)備通信模塊待牵。經(jīng)過幾天的摸索與實踐，做一下筆記和分享喇勋。

一缨该、理解BLE，先上理論

1.1簡介

藍牙是一種近距離無線通信技術(shù)川背。它的特性就是近距離通信贰拿，典型距離是 10 米以內(nèi)，傳輸速度最高可達 24 Mbps熄云，支持多連接膨更，安全性高，非常適合用智能設(shè)備上缴允。

1.2 藍牙技術(shù)的版本演進

1999年發(fā)布1.0版本荚守，目前市面上已很少見到；
2002年發(fā)布1.1版本，目前市面上已很少見到矗漾；
2004年發(fā)布2.0版本锈候，目前市面上已很少見到；
2007年發(fā)布的2.1版本缩功，是之前使用最廣的晴及，也是我們所謂的經(jīng)典藍牙。
2009年推出藍牙 3.0版本嫡锌，也就是所謂的高速藍牙虑稼，傳輸速率理論上可高達24 Mbit/s；
2010年推出藍牙4.0版本势木，它是相對之前版本的集大成者蛛倦，它包括經(jīng)典藍牙、高速藍牙和藍牙低功耗協(xié)議啦桌。經(jīng)典藍牙包括舊有藍牙協(xié)議溯壶，高速藍牙基于Wi-Fi誓酒，低功耗藍牙就是BLE官撼。
2016年藍牙技術(shù)聯(lián)盟提出了新的藍牙技術(shù)標準琳袄，即藍牙5.0版本下翎。藍牙5.0針對低功耗設(shè)備速度有相應(yīng)提升和優(yōu)化甸怕，結(jié)合wifi對室內(nèi)位置進行輔助定位心俗，提高傳輸速度吠勘，增加有效工作距離逸寓，主要是針對物聯(lián)網(wǎng)方向的改進若治。

1.3Android上BLE功能的逐步演進

在Android開發(fā)過程中慨蓝，版本的碎片化一直是需要考慮的問題，再加上廠商定制及藍牙本身也和Android一樣一直在發(fā)展過程中端幼，所以對于每一個版本支持什么功能礼烈，是我們需要知道的。

Android 4.3 開始婆跑，開始支持BLE功能此熬，但只支持Central Mode（中心模式）
Android 5.0開始，開始支持Peripheral Mode（外設(shè)模式）

中心模式和外設(shè)模式是什么意思滑进？

Central Mode： Android端作為中心設(shè)備摹迷，連接其他外圍設(shè)備。
Peripheral Mode：Android端作為外圍設(shè)備郊供，被其他中心設(shè)備連接峡碉。在Android 5.0支持外設(shè)模式之后，才算實現(xiàn)了兩臺Android手機通過BLE進行相互通信驮审。

1.4 理解GATT協(xié)議

大部分情況下鲫寄，外設(shè)通過廣播自己來讓中心設(shè)備發(fā)現(xiàn)自己吉执，并建立 GATT 連接，從而進行更多的數(shù)據(jù)交換地来。這里有且僅有兩個角色戳玫，發(fā)起連接的一方，叫做中心設(shè)備—Central未斑，被連接的設(shè)備咕宿，叫做外設(shè)—Peripheral。

外圍設(shè)備：這一般就是非常小或者簡單的低功耗設(shè)備蜡秽，用來提供數(shù)據(jù)府阀，并連接到一個更加相對強大的中心設(shè)備，例如小米手環(huán)芽突。
中心設(shè)備：中心設(shè)備相對比較強大试浙，用來連接其他外圍設(shè)備，例如手機等寞蚌。

GATT 連接需要特別注意的是：GATT 連接是獨占的田巴。也就是一個 BLE 外設(shè)同時只能被一個中心設(shè)備連接。一旦外設(shè)被連接挟秤，它就會馬上停止廣播壹哺，這樣它就對其他設(shè)備不可見了。當設(shè)備斷開艘刚，它又開始廣播管宵。中心設(shè)備和外設(shè)需要雙向通信的話，唯一的方式就是建立 GATT 連接昔脯。

GATT 通信的雙方是 C/S 關(guān)系啄糙。外設(shè)作為 GATT 服務(wù)端（Server）笛臣，它維持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定義云稚。中心設(shè)備是 GATT 客戶端（Client），它向 Server 發(fā)起請求沈堡。需要注意的是静陈，所有的通信事件，都是由客戶端發(fā)起诞丽，并且接收服務(wù)端的響應(yīng)鲸拥。

1.5BLE通信基礎(chǔ)

BLE通信的基礎(chǔ)有兩個重要的概念，ATT和GATT僧免。

ATT
全稱 attribute protocol刑赶，中文名“屬性協(xié)議”。它是 BLE 通信的基礎(chǔ)懂衩。ATT 把數(shù)據(jù)封裝撞叨，向外暴露為“屬性”金踪，提供“屬性”的為服務(wù)端，獲取“屬性”的為客戶端牵敷。ATT 是專門為低功耗藍牙設(shè)計的胡岔，結(jié)構(gòu)非常簡單，數(shù)據(jù)長度很短枷餐。
GATT
全稱 Generic Attribute Profile靶瘸，中文名“通用屬性配置文件”。它是在ATT 的基礎(chǔ)上毛肋，對 ATT 進行的進一步邏輯封裝怨咪，定義數(shù)據(jù)的交互方式和含義。GATT是我們做 BLE 開發(fā)的時候直接接觸的概念村生。
GATT 層級
GATT按照層級定義了4個概念：配置文件（Profile）惊暴、服務(wù)（Service）、特征（Characteristic）和描述（Descriptor）趁桃。他們的關(guān)系是這樣的：Profile 就是定義了一個實際的應(yīng)用場景辽话，一個 Profile包含若干個 Service，一個 Service 包含若干個 Characteristic卫病，一個 Characteristic 可以包含若干 Descriptor油啤。

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Profile
Profile 并不是實際存在于 BLE 外設(shè)上的，它只是一個被 Bluetooth SIG 或者外設(shè)設(shè)計者預(yù)先定義的 Service 的集合蟀苛。例如心率Profile（Heart Rate Profile）就是結(jié)合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service益咬。所有官方通過 GATT Profile 的列表可以從這里找到。
Service
Service 是把數(shù)據(jù)分成一個個的獨立邏輯項帜平，它包含一個或者多個 Characteristic幽告。每個 Service 有一個 UUID 唯一標識。 UUID 有 16 bit 的裆甩，或者 128 bit 的冗锁。16 bit 的 UUID 是官方通過認證的，需要花錢購買嗤栓，128 bit 是自定義的冻河，這個就可以自己隨便設(shè)置。官方通過了一些標準 Service茉帅，完整列表在這里叨叙。以 Heart Rate Service為例，可以看到它的官方通過 16 bit UUID 是 0x180D堪澎，包含 3 個 Characteristic：Heart Rate Measurement, Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point擂错，并且定義了只有第一個是必須的，它是可選實現(xiàn)的樱蛤。
Characteristic
需要重點提一下Characteristic钮呀，它定義了數(shù)值和操作桃犬，包含一個Characteristic聲明、Characteristic屬性行楞、值攒暇、值的描述(Optional)。通常我們講的 BLE 通信子房，其實就是對 Characteristic 的讀寫或者訂閱通知形用。比如在實際操作過程中，我對某一個Characteristic進行讀证杭，就是獲取這個Characteristic的value田度。
UUID
Service、Characteristic 和 Descriptor 都是使用 UUID 唯一標示的解愤。

UUID 是全局唯一標識镇饺，它是 128bit 的值，為了便于識別和閱讀送讲，一般以 “8位-4位-4位-4位-12位”的16進制標示奸笤，比如“12345678-abcd-1000-8000-123456000000”。

但是哼鬓，128bit的UUID 太長监右，考慮到在低功耗藍牙中，數(shù)據(jù)長度非常受限的情況异希，藍牙又使用了所謂的 16 bit 或者 32 bit 的 UUID健盒，形式如下：“0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB”。除了 “XXXX” 那幾位以外称簿，其他都是固定扣癣，所以說，其實 16 bit UUID 是對應(yīng)了一個 128 bit 的 UUID憨降。這樣一來父虑，UUID 就大幅減少了，例如 16 bit UUID只有有限的 65536（16的四次方）個券册。與此同時频轿，因為數(shù)量有限垂涯，所以 16 bit UUID 并不能隨便使用烁焙。藍牙技術(shù)聯(lián)盟已經(jīng)預(yù)先定義了一些 UUID，我們可以直接使用耕赘，比如“00001011-0000-1000-8000-00805F9B34FB”就一個是常見于BLE設(shè)備中的UUID骄蝇。當然也可以花錢定制自定義的UUID。

1.6通訊原理

是一步步的通過uuid找到服務(wù)操骡、在服務(wù)中通過uuid找Characteristic九火、再通過uuid找到Descriptor赚窃。

二、制定自己的通訊協(xié)議

Android要和設(shè)備通訊岔激，要有自己的通訊協(xié)議勒极，其實也是符合自己的傳輸規(guī)則。因為設(shè)備數(shù)據(jù)量特別小虑鼎，都是以字節(jié)來衡量的辱匿。我們的制定的協(xié)議是參考“以太網(wǎng)”，當然沒有它們那么復(fù)雜炫彩，具體確定要和嵌入式軟件工程師協(xié)商確定匾七，也是根據(jù)項目的業(yè)務(wù)。參考以太網(wǎng)：