Android蓝牙 - 低功耗蓝牙BLE（一）

一、概念说明

BLE（Bluetooth Low Energy）: 即蓝牙低功耗，它是一种技术，从蓝牙4.0开始支持。蓝牙低功耗芯片有两种模式：单模和双模。

• 单模：只能执行低功耗协议栈，也就是只支持ble。
• 双模：支持传统蓝牙以及ble的使用。

优点：传输速度更快，覆盖范围更广，安全性更高，延迟更短，耗电低等优点。
缺点：传输数据量小，BLE蓝牙一包数据最多20个字节，因此在Android系统下最好不要使用BLE蓝牙传输大量的数据。

二、功能演进

蓝牙在Android发展过程如下：

Android4.3开始，开始支持BLE功能，但只支持Central Mode(中心模式)。
Android5.0开始，开始支持Peripheral Mode(外围模式)。

• Central Mode：Android端作为中心设备，连接其他外围设备，例如：手机为中心设备，小米手环就是外围设备。

一个中心设备可以连接多个外设，一个外设只能被一个中心设备连接。中心设备和外设之间的通信是双向的。可以看到这是一个典型的星型结构。其实一个中心设备能够同时连接的设备数量也是有限，一般最多连接 7 个外设。

• Peripheral Mode：Android端作为外围设备，被其他中心设备连接。在Android5.0支持外围模式之后，才实现了两台Android手机通过BLE进行相互通信。

三、相关概念

1、概念说明

• ATT（Attribute Protocol）：ATT把数据封装，向外暴露为"属性"，提供"属性"的为服务端，获取"属性"的为客户端。ATT是专门为低功耗蓝牙设计的，结构非常简单，数据长度很短，是BLE通信的基础。

• GATT（Generic Attribute Profile）：它是在ATT的基础上，对ATT进行的进一步逻辑封装，定义数据的交互方式和含义，是发送和接收简短数据片段的规范。当前所有低功耗应用程序的profile都基于GATT。

• GATT层级：GATT按照层级定义了4个概念：配置文件(profile)、服务(Service)、特征(Characteristic)和描述(Descriptor)。他们的关系是这样的，profile定义了一个实际的应用场景，一个profile包含若干个service，一个service包含若干个characteristic，一个characteristic可以包含若干个descriptor。

  
  
  image.png

• Profile：蓝牙功能中一个使用场景，例如心率Profile，包含Heart Rate Service和Device Information Service。

• Service：个人理解是Profile拆分到的更细的功能块，包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。 UUID 有16 bit 的，或者128 bit 的。16 bit 的 UUID 是官方通过认证的，需要花钱购买，128 bit 是自定义的，这个就可以自己随便设置。Heart Rate Service包含 3 个 Characteristic：Heart Rate Measurement，Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point，并且定义了只有第一个是必须的，它是可选实现的。

• Descriptor：用于描述一个characteristic值。例如，一个descriptor可以为一个characteristic的值指定一个在可接受范围内的可读性描述，或者为一个characteristic的值指定一个计量单位。

• Characteristic：数据读写的载体，定义了数值和操作，包含一个Characteristic声明、Characteristic属性、值、值的描述(Optional)。通常我们讲的 BLE 通信，其实就是对 Characteristic 的读写或者订阅通知。比如在实际操作过程中，我对某一个Characteristic进行读，就是获取这个Characteristic的value。

• UUID：UUID 是全局唯一标识，Service、Characteristic还有 Descriptor都是使用UUID唯一标识的。

蓝牙技术联盟定义基础的UUID：0x0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB

2、代码示例
如下代码可以加深对GATT层级的理解：

@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
    if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
        List services = mBluetoothGatt.getServices();
        for (int i = 0; i < services.size(); i++) {            
            BluetoothGattService bluetoothGattService = services.get(i);   
            List characteristics = bluetoothGattService.getCharacteristics();
            for (int j = 0; j < characteristics.size(); j++) {
                //获取需要的characteristics
            }            
        }
    }
}

参考文章
Android BLE开发
Android BLE 蓝牙开发指南（一）入门基础
Android蓝牙BLE的详细讲解