Android Ble

蓝牙的历史？

1999年5月20日，索尼爱立信、IBM、英特尔、诺基亚及东芝等业界龙头创立蓝牙特别兴趣组(SIG,Special Interest Group)，制订蓝牙技术标准。“蓝牙”（Bluetooth）这名称来自10世纪的丹麦国王哈拉尔德(Harald Gormsson)的外号。出身海盗家庭的哈拉尔德统一了北欧四分五裂的国家，成为维京王国的国王。由于他喜欢吃蓝莓，牙齿常常被染成蓝色，而获得“蓝 牙”的绰号，当时蓝莓因为颜色怪异的缘故被认为是不适合食用的东西，因此这位爱尝新的国王也成为创新与勇于尝试的象征。1998年，爱立信公司希望无线通信技术能统一标准而取名“蓝芽”。蓝牙，或称为蓝芽，是一种无线个人局域网（Wireless PAN），最初由爱立信创制，后来由蓝牙技术联盟订定技术标准。据说因为此技术尚在萌芽的阶段，故将Bluetooth以“蓝芽”的中文译名在台湾进行商 业的注册，不过在2006年，该组织已将全球中文统一为“蓝牙”。

什么是Ble？

BLE 是Bluetooth Low Energy的缩写，又叫蓝牙4.0，区别于蓝牙3.0和之前的技术。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。BLE是在蓝牙技术的基础上发展起来的，既同于蓝牙，又区别于传统蓝牙。BLE设备分单模和双模两种，双模简称BR，商标为Bluetooth Smart Ready，单模简称BLE或者LE,商标为Bluetooth Smart。Android是在4.3后才支持BLE，这可以解释不是所有蓝牙手机都支持BLE，而且支持BLE的蓝牙手机一般是双模的。

Ble的工作原理？

大概知道ble是什么东西后，我们就来了解下他的工作原理。想要了解原理，先搞清楚蓝牙通信之间的关系——主从关系。

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。这可以解释为什么有时无法连接蓝牙，有可能是连接的蓝牙设备过多。

蓝牙内部详细的工作原理呢，由于个人能力有限就不详细讲述了，本系列文章主要是介绍下ble在android中的开发。

Ble在android交互中的角色与职责：

Android设备与BLE设备交互有两组角色：就是中心设备与周边设备了。如图所示：

Ble开发的大概原理流程：

Android ble蓝牙问题

 

（1）蓝牙回调
安卓4.4的蓝牙回调是在异步线程中（不在主线程），若要在蓝牙回调中执行更新界面的操作，记得切换到主线程去操作

 

 

（2）三星手机兼容性问题
connectGatt()方法在某些三星手机上只能在UI线程调用。

备注：三星的手机是connet和disconnet还有connectGatt都要在UI线程中操作

 

 

（3）Android L 新API
Android L换了一套扫描设备的API：BluetoothLeScanner.startScan(List, ScanSettings, ScanCallback)

 

 

（4）Android M新的权限（android 6.0 动态权限）
Android M中必须拥有定位权限才能扫描BLE设备

 

（4）连接不断开的问题
别的BLE程序非法保留连接的设备可能会导致连接不能断开

 

（5）异步问题
读写Characteristic、Descriptor等几乎所有BLE操作结果都为异步返回，若不等待上一次操作结果返回就执行下一次操作，很可能导致操作失败或者操作无效。onDescriptorWrite()返回的线程与写入线程为同一个线程，别的操作一般在不同的线程回调。

 

 

（6）设备缓存
Android会对连接过的BLE设备的Services进行缓存，若设备升级后Services等有改动，则程序会出现通讯失败。此时就得刷新缓存，但是刷新缓存的方法并没有开放，这里只能使用反射来调用BluetoothGatt类中的refresh()方法：

1 try {
2   Method localMethod = mBluetoothGatt.getClass().getMethod("refresh");
3   if (localMethod != null) {
4       return (Boolean) localMethod.invoke(mBluetoothGatt);
5   }
6 } catch (Exception localException) {
7   Log.e("refreshServices()", "An exception occured while refreshing device");
8 }

 

（7）扫描设备
startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)

在Android4.4及以下手机中似乎只支持16位的短UUID，不支持128位完整的UUID。

（9）任何出错，超时，用完就马上调用Gatt.disconnect(), Gatt.close()。

（10）从bindService 到 onServiceConnected 这个回调花费时间较长， onServiceConnected 这个回调很可能在 MainActivity onResume之后才执行, 所以不要指望onResume里去执行扫描，因为此时serviceConnected 回调都尚未执行

（11）getBtAdapter().enable()是异步，立即返回，但从 off 到 on 的过程需要一个时间所以只能监听系统broadcast发出的intent里的state

（12） 多次扫描蓝牙，在华为荣耀，魅族M3 NOTE 中有的机型，会发现多次断开–扫描–断开–扫描… 会扫描不到设备，此时需要在断开连接后，不能立即扫描，而是要先停止扫描后，过2秒再扫描才能扫描到设备。

（13）扫描尽量不要放在主线程进行，可以放入子线程里。不然有些机型会出现 do too many work in main thread.

（14）设备的gatt在不用时要及时关闭，系统支持的连接句柄数是有限的，当达到上限后无法再建立新的连接了。

（15）当连接断开后要调closeGatt释放资源，不用调disconnect，也不要下次复用之前的gatt来reconnect，因为有的手机上重连可能会存在问题，比如重连后死活发现不了service。这种情况下，最好只要断开连接就close gatt，下次连接时打开全新的gatt，这样就可以发现service了。

（16）BLE的特征一次读写最大长度20字节。

 （17）一个主设备(例如Android手机)可以同时连接多个从设备(一般为6个，例如智能硬件。超过就连接不上了)，一个从设备只能被一个主设备连接，一旦从设备连接上主设备，就停止广播，断开连接则继续广播。在任何时刻都只能最多一个设备在尝试建立连接。如果同时对多个蓝牙设备发起建立Gatt连接请求。如果前面的设备连接失败了，则后面的设备请求会被永远阻塞住，不会有任何连接回调。所以建议：如果要对多个设备发起连接请求，最好是一个接一个的顺序同步请求管理。

（18）对蓝牙设备的操作不能并行，只能串行，即每次都要在收到上一个操作的回调后才能继续下一个操作。但是断开连接例外，断开连接要马上closeGatt，不用等任务队列中的其他操作了。而且要给所有正在执行或者准备执行的任务都cancel。

（19）有时候蓝牙协议栈出现异常可能收不到回调，所以我们要对每个操作做超时检查，否则后面的所有操作都被阻塞了。

（20）对于超时的任务，最好closeGatt，下次重新连接的时候重开一个gatt。

（21）蓝牙连接可能不稳定，最好支持失败自动重试机制，尤其是连接和发现服务，因为80%的问题都发生在建立连接和发现服务的时候，而且这一块也是最耗时的。

（22）Android 从 4.3(API Level 18) 开始支持低功耗蓝牙，但是只支持作为中心设备 （Central） 模式，这就意味着 Android 设备只能主动扫描和链接其他外围设备 （Peripheral）。从Android 5.0(API Level 21)开始两种模式都支持。BLE 官方文档在  这里 。 

（23）

在  BluetoothAdapter.startLeScan() 的时候，在 BluetoothAdapter.LeScanCallback.onLeScan() 中不能做太多事情，特别是周围的BLE设备多的时候

开发建议：在  onLeScan() 回调中只做尽量少的工作，可以把扫描到的设备，扔到另外一个线程中去处理，让  onLeScan() 尽快返回。 

（24）BLE 设备的建立和断开连接的操作，例如 BluetoothDevice.connectGatt() ,  BluetoothGatt.connect() , BluetoothGatt.disconnect() 等操作最好都放在主线程中，否则你会遇到很多意想不到的麻烦。 

开发建议：对  BluetoothGatt 的连接和断开请求，都通过发送消息到 Android 的主线程中，让主线程来执行具体的操作。例如创建一个  new Handler(context.getMainLooper()); ，把消息发送到这个  Handler中。 

 （25）

如果你在开发 BLE 应用的时候，有时候会发现系统的功耗明显增加了，查看电量使用情况，蓝牙功耗占比非常高，好像低功耗是徒有虚名。使用  adb bugreport 获取的了系统信息，分析发现一个名叫 BluetoothRemoteDevices 的  WakeLock 锁持有时间非常长，导致系统进入不了休眠。分析源代码发现，在连接 BLE 设备的过程中，系统会持有 （Aquire） 这个  WakeLock ，直到连接上或者主动断开连接（调用  disconnect() ）才会释放。如果BLE设备不在范围内，这个超时时间大约为30s，而这时你可能又要尝试重新连接，这个  WakeLock 有被重新持有，这样系统就永远不能休眠了。 

开发建议：对BLE设备连接，连接过程要尽量短，如果连接不上，不要盲目进行重连，否这你的电池会很快被消耗掉。这个情况，实际上对传统蓝牙设备连接也是一样。  [  参考帖子 ] 

（26）

Android 作为中心设备，最多只能同时连接 6 个 BLE 外围设备（可能不同的设备这个数字不一样），超过 6 个，就会连接不上了。现在 BLE 设备越来越多，其实并不够用，所以在开发的过程中，需要特别的谨慎使用。

开发建议：按照需要连接设备，如果设备使用完了，应该马上释放连接（调用 BluetoothGatt.close() ），腾出系统资源给其他可能的设备连接。