蓝牙低功耗入门
介绍
蓝牙低功耗（BLE），有时候被称为“BluetoothSmart”，是经典蓝牙的一个轻型化子集，并被引入到蓝牙4.0核心规范中。尽管有一些与经典蓝牙重叠，BLE实际上有完全不同的血统，在被Bluetooth SIG采用之前，它是由诺基亚发起的，一个称为“Wibree”的室内项目。
BLE平台支持
蓝牙4.0和BLE（蓝牙4.0的子集）适用于如下所列版本的大多数主要平台：
l iOS5+ (首选iOS7+)
l Android 4.3+ (4.4+中修复了许多漏洞)
l Apple OS X 10.6+
l Windows 8 (XP, Vista and 7 only support Bluetooth 2.1)
l GNU/Linux Vanilla BlueZ 4.93+
GAP
GAP是Generic Access Profile的首字母缩写，控制蓝牙中的连接和广播。GAP使设备对外部世界可见，决定两个设备怎样能（或不能）交互。
设备角色
GAP定义了设备的各种角色，但是要记住的两个主要概念是Central（中央）设备和Peripheral（外围）设备。
l 外围设备是小型的、低功率的、资源受约束的设备，能连接到一个更强大的中央设备。外围设备是诸如一个心率监控器、一个BLE激活的距离标签等。
l 中央设备通常是移动电话或平板电脑，连接更多的处理能力和内存。
广播和扫描响应数据
有两种方式用GAP发出广播，广播数据载荷和扫描响应载荷。
两种载荷都是完全相同的，可包含多达31字节数据，但是只有广播数据载荷是强制的，因为这个载荷从设备中不断发出，让处于范围内的中央设备知道其存在。扫描响应载荷是中央设备能请求的可选的第二载荷，允许设备设计者在广播载荷中装入更多信息，如设备名称的字符串，等等。
广播过程
以下插图应该说明了广播过程，以及广播载荷和扫描响应载荷怎样工作。
外设将设置一个特定的广播区间，每次通过这个区间，将重发其主要广播包。如果设备仅每2s而不是每20ms广播自身一次，更长的延时节省了功耗，但感受到更少的响应。
如果监听设备对扫描响应载荷（其在外设上有效）感兴趣，就可以选择请求扫描响应载荷，外设将以额外的数据回应。
广播网络拓扑
尽管大多数外设广播自身，以便建立连接，并且可以使用GATT服务和特性（允许更多的数据双向交换），还是有只想知道广播数据的情况。
主要使用情况是你想要外设同时发送数据给多个设备。这样唯一的可能是使用广播包，因为连接模式下数据发送和接收仅能被两个已连接的设备看到。
通过在31字节广播或扫描响应载荷中包含小批量自定义数据，你可以使用一个低成本的BLE外设单向发送数据给监听范围内的任何外设，如以下插图所示。在这BLE中被称为Broadcasting。
这是Apple iBeacon所使用的方法，例如，使用Manufacturer Specific Data字段在主要广播包中插入一个自定义载荷。
一旦在外设和中央设备间建立了连接，广播过程通常将停止，再也不能发出广播包，将会使用GATT服务和特性进行双向通信。
GATT
GATT是Generic Attribute Profile的首字母缩写，定义了两个BLE设备使用称为Services（服务）和Characteristics（特性）的概念来回传送数据的方式。它使用称作Attribute Protocol(ATT)的通用数据协议，该协议用于在一个简单的查找表中储存服务、特性和相关数据，表中的每个入口使用16位ID。
一旦两个设备间建立起一个专用的连接，GATT就开始起作用，意味着你已经通过了由GAP支配的广播过程。
要记住GATT和连接最重要的事是连接是独有的。这个意思是一个BLE外设一次只能连接到一个中央设备（移动电话，等等）！外设一连接中央设备，就会停止广播自身，其他设备将不再能够看到它或连接到它，知道存在的连接被打破。
建立连接也是允许双向通信的仅有方式，中央设备可发送有意义的数据到外设，反之亦然。
已连接网络拓扑
以下图应该说明了BLE设备工作在已连接环境的方式。外设一次只能连接到一个中央设备（如移动电话），但是中央设备可以连接到多个外设。
如果数据需要在两个外设间交换，需要执行一个自定义的邮箱系统，所有消息通过中央设备传递。
一旦外设和中央设备间建立连接，不管怎样，通信会在两个方向上发生，这不同于使用广播数据和GAP的单向广播方法。
GATT事务
理解GATT的最重要概念是server/client的关系。
外设被称为GATT Server，保存ATT查找数据以及服务和特性定义，GATT Client（电话/平板电脑）向这个server发送请求。
所有的事务由主设备GATT Client启动，它接收来自于从设备GATTServer的响应。
当建立连接时，外设会提议一个“ConnectionInterval”（连接周期）给中央设备，中央设备将在每个连接周期试着重新连接，看是否有可用的新数据，等等。但是，最重要要记住的是这个连接周期实际上只是一个提议！中央设备因为正忙于与其他外设交谈，或者请求的系统资源刚好不适用，它可能不会履行请求。
下图应该说明了外设（GATT Server）和中央设备（GATTClient）之间的数据交换过程，主设备启动每次事务。
服务和特性
BLE中的GATT事务基于高级的、嵌套的对象，称为Profiles, Services和Characteristics，如下图所示：
Profiles（配置文件）
配置文件实际上不存在于BLE外设自身，它是已经由BluetoothSIG或由外设设计者编译的一个简单的预定义的服务集合。例如，心率配置文件（Heart Rate Profile）结合了心率服务（Heart Rate Service）和设备信息服务（Device Information Service）。官方所采用的已GATT为基础的配置文件（GATT-basedprofiles）的完整目录可在SIG的官网上找到（http://www.bluetooth.org或http://www.bluetooth.com ）。
Services服务
服务用于将数据分为逻辑实体，含有称为特性的特定块数据。一个服务可以有一个或多个特性，每个服务依靠称为UUID的唯一数字ID与其他服务区分，UUID可以是16位（官方采用的BLE服务）或128位（自定义服务）。
官方所采用的BLE服务的完整列表可以在蓝牙技术联盟官网上看到。例如，查看心率服务，可以看到官方采用的服务有16位的UUID为0x180D，包含至多三个特性，但只有第一个是强制的：Heart Rate Measurement, Body Sensor Location 和 Heart RateControl Point。
Characteristics特性
GATT中最低级别的概念是特性，它封装了一个单一的数据点（但它可能包含一个相关数据的数组，如来自于3轴加速度传感器的X/Y/Z值，等等）。
同服务一样，每个特性通过一个预定义的16位或128位UUID区分，你可以免费使用由蓝牙SIG定义的标准特性（这确保了BLE激活的HW/SW的互通性），或者定义你自己的自定义特性，只有你自己的外设和SW能理解。
举个例子，Heart RateMeasurement（HRM）是心率服务的强制特性，使用UUID为0x2A37。它从一个单一的8位值开始，这个值描述了HRM数据格式（数据是UNIT8或UNIT16，等等），接着是包含了匹配该配置字节的心率测量数据。
特性是与BLE外设交互的主要点，因此理解这个概念很重要。它们也用于将数据发回到BLE外设，因为你也可能写入特性。你可以用一个自定义的“UART Service”和两个特性，一个用于TX通道，一个用于RX通道，来实现一个简单的UART类型接口。这里一个特性可能会配置为只读，另一个会有写的权限。
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