2018-02-20

简述安卓传统蓝牙和低耗蓝牙

概述:

通过蓝牙传输数据与Socket类似。在网络中使用Socket和ServerSocket控制客户端和服务端的数据读写。而蓝牙通讯也由客户端和服务端Socket来完成。蓝牙客户端Socket是BluetoothSocket,蓝牙服务端Socket是BluetoothServerSocket。这两个类都在android.bluetooth包中。

无论是BluetoothSocket,还是BluetoothServerSocket,都需要一个UUID(全局唯一标识符,Universally Unique Identifier).格式如下:

xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx

UUID的格式被分成5段,其中中间3段的字符数相同,都是4,第1段是8个字符,最后一段是12个字符。所以UUID实际上是一个8-4-4-4-12的字符串。

UUID相当于Socket的端口,而蓝牙地址相当于Socket的IP。

两个蓝牙设备进行连接时需要使用同一个UUID。但很多读者可能发现,有很多型号的手机(可能是非Android系统的手机)之间使用了不同的程序也可以使用蓝牙进行通讯。从表面上看,它们之间几乎不可能使用同一个UUID。

实际上,UUID和TCP的端口一样,也有一些默认的值。例如,将蓝牙模拟成串口的服务就使用了一个标准的UUID:

00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB。除此之外,还有很多标准的UUID,如下面就是两个标准的UUID。

信息同步服务:00001104-0000-1000-8000-00805F9B34FB

文件传输服务:00001106-0000-1000-8000-00805F9B34FB

——传统蓝牙核心API——

BluetoothAdapter:BluetoothAdapter代表了移动设备的本地的蓝牙适配器, 通过该蓝牙适配器可以对蓝牙进行基本操作, 例如 : 传统蓝牙启动设备发现(startDiscovery), 获取已配对设备(getBoundedDevices), 通过mac蓝牙地址获取蓝牙设备(getRemoteDevice), 从其它设备创建一个监听连接(listenUsingRfcommWithServiceRecord);

BluetoothDevice:代表一个远程蓝牙设备。让你创建一个带有各自设备的BluetoothDevice或者查询其皆如名称、地址、类和连接状态等信息。

BluetoothSocket: 已连接或连接到蓝牙套接字(socket),类似TCP里面的Socket

BluetoothServerSocket:使用BluetoothServerSocket可以创建一个监听服务端口, 使用accept()方法阻塞, 当该方法监测到连接的时候, 就会返回一个BluetoothSocket对象来管理这个连接, 例如获取输入输出流等;,类似TCP里面的ServerSocket

——低耗蓝牙——

BluetoothAdapter:同传统蓝牙

BluetoothDevice:同传统蓝牙

BluetoothGatt: BluetoothGatt作为中央来使用和处理数据,ble开发读写数据都需要用到它(非常重要)

1. 发现设备

经典蓝牙设备发现其它经典蓝牙设备的方式是调用BluetoothAdapter的startDiscovery()方法,这个方法只能够发现经典蓝牙设备。

低功耗蓝牙中则有一个主设备(Central)和从设备(Peripheral,也叫外围设备)的概念。主设备作为发现方,调用发现设备的方法,通过BluetoothAdapter的startLeScan()方法实现。从设备则作为被发现方,发出广播,以供发现。同样,这个startLeScan()方法也仅能够发现低功耗蓝牙从设备。

不过,在Android系统蓝牙搜索界面,两种蓝牙设备都是可以被发现的。只有当两种蓝牙设备被某设备(包括当前的设备)配对/绑定后,才不会再被扫描到。

2. 配对/绑定

不管是经典蓝牙还是低功耗蓝牙,绑定方法都是通用的,可以调用相同的绑定方法BluetoothAdapter.getRemoteDevice(address)。address就是ble设备的mac地址,获取到一个BluetoothDevice对象。

3. 建立连接

在建立连接的方式上,两者就千差万别了。

——蓝牙小知识——

在蓝牙设备中,存在着物理地址,我们也叫作蓝牙的MAC地址,这个地址是唯一的,就像咱们网络上的IP地址。同时还存在着一个叫做UUID的东西,可以把它理解为是IP地址中的端口号。正如知道了IP地址和端口号,就知道了怎么链接到目标网络服务器位置,知道了蓝牙设备的MAC地址和UUID也就能够确定到具体是哪一台蓝牙设备了,这两者合起来就是蓝牙的唯一身份标识。

经典蓝牙建立连接的方式实际上就是Socket的连接的建立。只不过这里不是直接用Socket,而是BluetoothSocket。获取BluetoothSocket的方式也很简单,利用搜索找到的BluetoothDevice,调用其方法createRfcommSocketToServiceRecord(UUID)得到一个BluetoothSocket对象,最后使用获取到的BluetoothSocket调用其方法connect()就建立了经典蓝牙设备之间的连接通道。

低功耗蓝牙则用了一种看起来比较怪异的方式建立连接。

——关于BLE的一些基本概念——

Generic Attribute Profile (GATT)——全称叫做通用属性配置文件,GATT按照层级定义了三个概念,服务(Service)、特征(Characteristic)和描述(Descriptor)。一个 Service 包含若干个 Characteristic,一个 Characteristic 包含若干个 Descriptor。

Characteristic——可以理解为一个类,包含了一个 value 和零至多个对该 value 的描述 (BLE设备之间的通信就在在这个里面完成的)

Descriptor——对 Characteristic 的描述,例如范围和计量单位等。 Service——Characteristic的集合。

这里举个例子,例如现在需要使用一个智能手机作为主设备去连接一个作为从设备的智能手环,那么,此时这个作为主设备的智能手机连接过程中实际是一个客户端(Client),而作为从设备的智能手环在此过程中则是服务端(Server)。这里的主设备和从设备,客户端和服务端一定要区分清楚。

想要和一台BLE从设备建立连接,一般是某个智能设备,例如智能手环、智能灯泡之类的。如果使用智能手机作为测试平台,其硬件条件是,蓝牙得至少是低功耗蓝牙版本,然后安卓系统的话,至少得是Android4.3以上系统才行,因为Google在Android4.3以上才做了BLE主设备的支持,如果想将智能手机作为BLE从设备,则必须在Android 5.0以上才行。

具体建立GATT连接的顺序则是,首先通过BluetoothAdapter的getRemoteDevice(address)方法获取大相应BLE从设备的BluetoothDevice,其中的address为目标蓝牙设备MAC地址。然后通过此BluetoothDevice的connectGatt(this,false, mGattCallback)方法获取设备连接。此时的连接,只能够进行监听,也就是获取到当前BLE从设备广播出来的数据。

4. 数据通信

经典蓝牙中,当建立连接后,就可以直接使用BluetoothSocket的getOutputStream()方法获取输出流写入需要发送的数据。读取发送回来的数据,则是调用BluetoothSocket的getInputStream()方法获取输入流读取。这点和Java中的Socket通信几乎是一模一样。

而在低功耗蓝牙中,想要实现主设备对从设备的数据发送,则需要直接读取获取到的从设备的Characteristic,而Characteristic又是Service下面的一层,所以操作顺序是:

(1)通过BLE从设备相应的Service_UUID获取对应的BluetoothGattService,获取方法是:使用BluetoothDevice的connectGatt(this,false,mGattCallback)方法返回的BluetoothGatt对象,调用BluetoothGatt的方法getService(Service_UUID)获取相应的BluetoothGattService;

(2)调用BluetoothGattService和对应的Characteristic的写入UUID获取相应的BluetoothGattCharacteristic,获取方法是:调用BluetoothGattService的getCharacteristic(Characteristic_UUID)方法获得;

(3)设置需要发送的命令值,调用BluetoothGattCharacteristic的方法setValue(value)进行设置,其中value一般为byte[];

(4)最后,使用BluetoothGatt的写入方法writeCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic)完成命令发送。

可以看到,想要实现BLE的数据通信,步骤相当繁琐,这里只是做一个简单的概念理解,如果想要获取到BLE从设备的返回值,还需要设置Notification,然后调用BluetoothGatt的readCharacteristic(characteristic)方法进行数据的读取,这里不做详细说明了,放在以后详细说明BLE通信的时候再做解释。

最后奉上Google的官方蓝牙演示DEMO源码,来自Android官方网站

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