BLE蓝牙GAP、GATT介绍

随着智能穿戴式设备、智能医疗以及智能家居的普及，蓝牙开发在移动开中显得非常的重要，本文主要讲解下BLE蓝牙4.0在移动开发中的应用。需要注意的一点，BLE蓝牙只能支持Android 4.3以上的系统 （SDK>=18）。

BLE前身是NOKIA开发的Wibree技术，主要用于实现移动智能终端与周边配件之间的持续连接，是功耗极低的短距离无线通信技术，并且有效传输距离被提升到了100米以上，同时只需要一颗纽扣电池就可以工作数年之久，以上诸多技术优势使得BLE的发展前景相当可观。

BLE技术“完成”一次连接( 即扫描其它设备、建立链路、发送数据、认证和适当地结束)只需3ms。而标准蓝牙技术完成相同的连接周期需要数百毫秒。应用BLE蓝牙4.0首先必须了解的两个协议：GAP（通用访问协议）、GATT（通用属性协议）。两个协议都隶属于Host层，直接关系到应用层开发，与BLE开发人员的关系比较密切，其分别负责连接前数据广播和连接后的数据传输。

一、GAP（Generic Access Profile）

GAP（Generic Access Profile）主要用来控制设备连接和广播，GAP 使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与交互设备进行通讯。GAP层有4种不同类型的广播：通用的、定向的、不可连接的以及可发现的。设备每次广播时，会在3个广播信道上发送相同的报文。这些报文被称为一个广播事件。除了定向报文以外，其他广播事件均可以选择20ms - 10.28s不等的间隔。通常，一个广播中的设备会每一秒广播一次，广播事件之间的时间称为广播间隔，主机可以控制该间隔。例如 Beacon 设备就只是向外广播，不支持连接，小米手环就等设备就可以与中心设备连接。

大部分情况下，外设通过广播自己来让中心设备发现自己，并建立 GATT 连接，从而进行更多的数据交换。也有些情况是不需要连接的，只要外设广播自己的数据即可，用这种方式主要目的是让外围设备，把自己的信息发送给多个中心设备。使用广播这种方式最典型的应用就是苹果的 iBeacon。

二、 GATT（Generic Attribute Profile）

GATT（Generic Attribute Profile）在ATT(Attribute Protocol)的基础上构建，为属性协议传输和存储数据建立了一些通用操作和框架。

GATT 通信的双方是 C/S 关系。外设作为 GATT 服务端（Server），它维护了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定义。中心设备是 GATT 客户端（Client），它向 Server 发起请求。需要注意的是，所有的通信事件，都是由客户端（也叫中心设备，Master）发起，并且接收服务端（也叫外围设备，Slave）的响应。

一旦两个设备建立起了连接，GATT 就开始起作用了，这也意味着，你必需首先完成前面的 GAP 协议。这里需要说明的是，GATT 连接必需先经过 GAP 协议。实际上，我们在 Android 开发中，可以直接使用设备的 MAC 地址，发起连接，可以不经过扫描的步骤。这并不意味不需要经过 GAP，实际上在芯片级别已经给你做好了，蓝牙芯片发起连接，总是先扫描设备，扫描到了才会发起连接。

GATT 事务是建立在嵌套的Profiles, Services 和 Characteristics之上的的，如下图。

1）Profile Profile 并不是实际存在于 BLE 外设上的，它只是一个被 Bluetooth SIG 或者外设设计者预先定义的 Service 的集合。例如心率Profile（Heart Rate Profile）就是结合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service。

2）Service Service 是把数据分成一个个的独立逻辑项，它包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。例如Heart Rate Service包含 3 个 Characteristic：Heart Rate Measurement, Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point。

3）Characteristic 在 GATT 事务中的最低界别的是 Characteristic，Characteristic 是最小的逻辑数据单元，当然它可能包含一个组关联的数据，例如加速度计的 X/Y/Z 三轴值。

实际上，和 BLE 外设打交道，主要是通过 Characteristic。你可以从 Characteristic 读取数据，也可以往 Characteristic 写数据。这样就实现了双向的通信。所以你可以自己实现一个类似串口（UART）的 Sevice，这个 Service 中包含两个 Characteristic，一个被配置只读的通道（RX），另一个配置为只写的通道（TX）。