Android低功耗蓝牙(BLE)随笔(一)

从Android 4.3(API 18)开始,Android开始支持蓝牙低功耗技术。因为工作原因,笔者接触了蓝牙技术,踩过许多坑,也解决过些许问题,本文为笔者开发后的一些小结。

引言

通讯的目的是将信息发送出去。蓝牙通讯的发送信息有两种方式:

1.通过广播发送信息。

蓝牙设备可以间隔的向周围发送广播,任何其他蓝牙设备(譬如手机)都可以接收到广播的信息。广播可承载的信息小,最多也不会超过31字节(信息只能放置在扫描应答包的自定义信息中)。

用广播发送信息的方式,就像市场用喇叭的叫卖,只能将少量的信息,简单粗暴的传播出去,至于信息能否准确传达到目标,或者是信息是否加密一概不再考虑之中。

2.连接后发送信息。

如果要用蓝牙做些复杂点的通讯,必须先建立1对1的蓝牙连接,之后就可以相互发送信息,如果对信息安全有要求,也可以在通讯时交互密钥,使用加密的信息通讯。

GAP

GAP(Generic Access Profile)规定了设备角色以及控制设备的连接与广播。GAP就像一种通用的语言,让两个不同的设备通过蓝牙(电磁波)发生联系。GAP主要控制了设备的连接和广播,而连接之后外围设备和中心如何沟通,则需要GATT(Generic Attribute Profile)协议。

设备角色

设备主要有两种:外围设备(Peripheral)和中心设备(Central)。

外围设备:一般是小的或者简单的低功耗设备,用来提供数据,发送广播的就是外围设备,比如各色手环。

中心设备:接收广播,并用来连接其他外围设备。例如手机。

二者关系在广播时如图:


Android低功耗蓝牙(BLE)随笔(一)_第1张图片
广播关系图

在连接时如图:


Android低功耗蓝牙(BLE)随笔(一)_第2张图片
连接关系图

即,外围设备在广播时可以被多个中心设备所发现,而后只能被一个中心设备所连接,一个中心设备可以同时连接多个外围设备。

广播

外围设备发送的广播有两种:Advertising Data Payload(广播数据)和Scan Response Data(扫描应答数据)。扫描应答中可包含额外的信息,例如设备名或者其他自定义的数据。每种广播都为31字节,Android系统在接收到广播数据时会自动的把两种广播合为62字节来处理。

广播的工作流程如图:


Android低功耗蓝牙(BLE)随笔(一)_第3张图片
广播工作流程

外围设备会间隔的广播发送广播数据,中心设备在接收到广播数据后会发送扫描应答请求数据包,而后外围设备会发送扫描应答数据包。中心设备根据应答数据包获取相关信息,并决定是否连接外围设备。

GATT

GATT是蓝牙连接后读写蓝牙数据的通用规范。它基于ATT通讯协议(Attribute Protocol),目的是在传输信息过程中使用尽量少的数据。在传输时,信息将以特征值(characteristics)和服务(services)的信息传输。这些信息都具有唯一的UUID。下面分别介绍一些基本概念。

1. characteristics

特征值。可以理解为一个数据类型。包括一个值(Value),一个属性(Property)和0至多个对值的描述(Descriptor)。

2. Properties

定义了characteristic的Value如何被使用,以及characteristic的Descriptor如何被访问。

3. Descriptor

是与Characteristic值相关的描述,例如范围、计量单位等。

4. Service

是Characteristic的集合。一个Service一般包含多个Characteristic。

5. UUID

唯一标示符,每个Service,Characteristic,Descriptor,都一个唯一的UUID。以后在对它们操作时,可以通过它们的UUID查找到对应的Service,Characteristic或者Descriptor。

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