Android藍牙筆記

一、相關介紹

1、概述

藍牙無線技術是一種全球通用的短距離無線技術，通過藍牙技術能夠實現多種電子設備間的相互連接，特別是在小型無線電、耗電量低、成本低、安全性、穩定性、易用性以及特別的聯網能力等固有的優勢上，藍牙無線技術發展迅速。

2、分類

藍牙分爲三種：Bluetooth Smart Ready、Bluetooth Smart（Smart是低功耗藍牙的標識）、以及標準 Bluetooth。根據 Bluetooth SIG的說法，這樣是爲了要分辨裝置間的相容性以及標識各版本的傳輸頻率。基本上來說，Bluetooth Smart Ready適用於任何雙模藍牙4.0的電子產品,而Bluetooth Smart是應用在心率監視器或計步器等使用扭扣式電池並傳輸單一的裝置。Bluetooth Smart Ready的相容性最高，可與Bluetooth Smart及標準藍牙相通。標準藍牙則無法與Bluetooth Smart相通。

3、BLE介紹

BLE是Bluetooth Low Energy的縮寫，又叫藍牙4.0，區別於藍牙3.0和之前的技術。BLE前身是NOKIA開發的Wibree技術，主要用於實現移動智能終端與周邊配件之間的持續連接，是功耗極低的短距離無線通信技術，並且有效傳輸距離被提升到了100米以上，同時只需要一顆鈕釦電池就可以工作數年之久。BLE是在藍牙技術的基礎上發展起來的，既同於藍牙，又區別於傳統藍牙。BLE設備分單模和雙模兩種，雙模簡稱BR，商標爲Bluetooth Smart Ready，單模簡稱BLE或者LE,商標爲Bluetooth Smart。Android是在4.3後才支持BLE，這說明不是所有藍牙手機都支持BLE，而且支持BLE的藍牙手機一般是雙模的。雙模兼容傳統藍牙，可以和傳統藍牙通信，也可以和BLE通信，常用在手機上，android4.3和IOS4.0之後版本都支持BR，也就是雙模設備。單模只能和BR和單模的設備通信，不能和傳統藍牙通信，由於功耗低，待機長，所以常用在手環的智能設備上。

二、基本概念

1、Generic Access Profile(GAP)

用來控制設備連接和廣播，GAP使你的設備被其他設備可見，並決定了你的設備是否可以或者怎樣與合同設備進行交互。

2、Generic Attribute Profile(GATT)

通過BLE連接，讀寫屬性類數據的Profile通用規範，現在所有的BLE應用Profile都是基於GATT的。

3、Attribute Protocol (ATT)

GATT是基於ATTProtocol的，ATT針對BLE設備做了專門的優化，具體就是在傳輸過程中使用盡量少的數據，每個屬性都有一個唯一的UUID，屬性將以characteristics and services的形式傳輸。

4、Characteristic

Characteristic可以理解爲一個數據類型，它包括一個value和0至多個對次value的描述（Descriptor）。

5、Descriptor

對Characteristic的描述，例如範圍、計量單位等。

6、Service

Characteristic的集合。例如一個service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多個Characteristics，其中可能包含一個叫做“heart ratemeasurement”的Characteristic。

7、UUID

唯一標示符，每個Service，Characteristic，Descriptor，都是由一個UUID定義。

三、Android BLE API

1、BluetoothGatt

繼承BluetoothProfile，通過BluetoothGatt可以連接設備（connect）,發現服務（discoverServices），並把相應地屬性返回到BluetoothGattCallback，可以看成藍牙設備從連接到斷開的生命週期。

2、BluetoothGattCharacteristic

相當於一個數據類型，可以看成一個特徵或能力，它包括一個value和0~n個value的描述（BluetoothGattDescriptor）。

3、BluetoothGattDescriptor

描述符，對Characteristic的描述，包括範圍、計量單位等。

4、BluetoothGattService

服務，Characteristic的集合。

5、BluetoothProfile

一個通用的規範，按照這個規範來收發數據。

6、BluetoothManager

通過BluetoothManager來獲取BluetoothAdapter。
BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

7、BluetoothAdapter

代表了移動設備的本地的藍牙適配器, 通過該藍牙適配器可以對藍牙進行基本操作，一個Android系統只有一個BluetoothAdapter，通過BluetoothManager獲取。
BluetoothAdapter bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

8、BluetoothDevice

掃描後發現可連接的設備，獲取已經連接的設備。
BluetoothDevice bluetoothDevice = bluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

9、BluetoothGattCallback

已經連接上設備，對設備的某些操作後返回的結果。

1

2

3

4

5


<code
class="hljs
cs">BluetoothGattCallback
bluetoothGattCallback = new

BluetoothGattCallback(){

    //實現回調方法，根據業務做相應處理

};

BluetoothGatt
bluetoothGatt = bluetoothDevice.connectGatt(this,
false,
bluetoothGattCallback);

</code>

三、操作流程

1、藍牙開啓

在使用藍牙BLE之前，需要確認Android設備是否支持BLE feature(required爲false時)，另外要需要確認藍牙是否打開。如果發現不支持BLE，則不能使用BLE相關的功能；如果支持BLE，但是藍牙沒打開，則需要打開藍牙。代碼示例如下：


<code
class="hljs
java">//是否支持藍牙模塊

@TargetApi(18)

public

static 
boolean 
isSupportBle(Context context) {

    if(context
!= null

&& context.getPackageManager().hasSystemFeature("android.hardware.bluetooth_le"))
{

        BluetoothManager
manager = (BluetoothManager)context.getSystemService("bluetooth");

        return

manager.getAdapter() != null;

    }
else

{

        return

false;

    }

}

//是否開啓藍牙

@TargetApi(18)

public

static 
boolean 
isBleEnable(Context context) {

    if(!isSupportBle(context))
{

        return

false;

    }
else

{

        BluetoothManager
manager = (BluetoothManager)context.getSystemService("bluetooth");

        return

manager.getAdapter().isEnabled();

    }

}

//開啓藍牙

public

static 
void 
enableBle(Activity act, int

requestCode) {

    Intent
mIntent = new

Intent("android.bluetooth.adapter.action.REQUEST_ENABLE");

    act.startActivityForResult(mIntent,
requestCode);

}

//藍牙開啓過程

if(isSupportBle(mContext)){

    //支持藍牙模塊

    if(!isBleEnable(mContext)){

        //沒開啓藍牙則開啓

        enableBle(mSelfActivity,
1);

    }

}
else{

    //不支持藍牙模塊處理

}

//藍牙開啓回調

@Override

protected

void 
onActivityResult(int

requestCode, int

resultCode, Intent data) {

    //判斷requestCode是否爲開啓藍牙時傳進去的值，再做相應處理

    if(requestCode
== 1){

        //藍牙開啓成功後的處理

    }

    super.onActivityResult(requestCode,
resultCode, data);

}</code>

2、設備搜索

BluetoothAdapter.startDiscovery在大多數手機上是可以同時發現經典藍牙和Ble的，但是startDiscovery的回調無法返回Ble的廣播，所以無法通過廣播識別設備，且startDiscovery掃描Ble的效率比StartLeScan低很多。所以在實際應用中，還是StartDiscovery和StartLeScan分開掃，前者掃傳統藍牙，後者掃低功耗藍牙。

由於搜索需要儘量減少功耗，因此在實際使用時需要注意：當找到對應的設備後，立即停止掃描；不要循環搜索設備，爲每次搜索設置適合的時間限制，避免設備不在可用範圍的時候持續不停掃描，消耗電量。

通過調用BluetoothAdapter的 startLeScan() 搜索BLE設備。調用此方法時需要傳入 BluetoothAdapter.LeScanCallback 參數。具體代碼示例如下：


<code
class="hljs
java">BluetoothManager
bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

BluetoothAdapter
bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

bluetoothAdapter.startLeScan(new

BluetoothAdapter.LeScanCallback() {

    @Override

    public

void 
onLeScan(BluetoothDevice device, int

rssi, byte[]
scanRecord) {

        //對掃描到的設備進行處理，可以依據BluetoothDevice中的信息、信號強度rssi以及廣播包和響應包組成的scanRecord字節數組進行分析

    }

});</code>

3、設備通信

兩個設備通過BLE通信，首先需要建立GATT連接，這裏我們講的是Android設備作爲client端，連接GATT Server。連接GATT Server，需要調用BluetoothDevice的connectGatt()方法，此函數帶三個參數：Context、autoConnect(boolean)和 BluetoothGattCallback 對象。調用後返回BluetoothGatt對象，它是GATT profile的封裝，通過這個對象，我們就能進行GATT Client端的相關操作。如斷開連接bluetoothGatt.disconnect()，發現服務bluetoothGatt.discoverServices()等等。示例代碼如下：


<code
class="hljs
java">BluetoothDevice
bluetoothDevice = bluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

BluetoothGattCallback
bluetoothGattCallback = new

BluetoothGattCallback(){

    @Override

    public

void 
onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int

status, int

newState) {

        super.onConnectionStateChange(gatt,
status, newState);

    }

    @Override

    public

void 
onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int

status) {

        super.onServicesDiscovered(gatt,
status);

    }

    @Override

    public

void 
onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int

status) {

        super.onCharacteristicRead(gatt,
characteristic, status);

    }

    @Override

    public

void 
onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic,
int

status) {

        super.onCharacteristicWrite(gatt,
characteristic, status);

    }

    @Override

    public

void 
onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {

        super.onCharacteristicChanged(gatt,
characteristic);

    }

    @Override

    public

void 
onDescriptorRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int

status) {

        super.onDescriptorRead(gatt,
descriptor, status);

    }

    @Override

    public

void 
onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, 
int

status) {

        super.onDescriptorWrite(gatt,
descriptor, status);

    }

    @Override

    public

void 
onReliableWriteCompleted(BluetoothGatt gatt, int

status) {

        super.onReliableWriteCompleted(gatt,
status);

    }

    @Override

    public

void 
onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int

rssi, int

status) {

        super.onReadRemoteRssi(gatt,
rssi, status);

    }

    @Override

    public

void 
onMtuChanged(BluetoothGatt gatt, int

mtu, int

status) {

        super.onMtuChanged(gatt,
mtu, status);

    }

};

BluetoothGatt
bluetoothGatt = bluetoothDevice.connectGatt(this,
false,
bluetoothGattCallback);

//以下爲獲得Gatt後的相關操作對應的響應方法

//notification
to onCharacteristicChanged；

bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic,
true);

//readCharacteristic
to onCharacteristicRead；

bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);

//writeCharacteristic
to onCharacteristicWrite；

bluetoothGatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

//connect
and disconnect to onConnectionStateChange；

bluetoothGatt.connect();

bluetoothGatt.disconnect();

//readDescriptor
to onDescriptorRead；

bluetoothGatt.readDescriptor(descriptor);

//writeDescriptor
to onDescriptorWrite；

bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

//readRemoteRssi
to onReadRemoteRssi；

bluetoothGatt.readRemoteRssi();

//executeReliableWrite
to onReliableWriteCompleted；

bluetoothGatt.executeReliableWrite();

//discoverServices
to onServicesDiscovered;

bluetoothGatt.discoverServices();</code>

四、數據解析

BLE中有兩種角色Central和Peripheral，也就是中心設備和外圍設備，中心設備可以主動連接外圍設備，外圍設備發送廣播或者被中心設備連接，外圍通過廣播被中心設備發現，廣播中帶有外圍設備自身的相關信息。

數據包有兩種：廣播包（Advertising Data）和響應包（Scan Response），其中廣播包是每個設備必須廣播的，而響應包是可選的。數據包的格式如下圖所示（圖片來自官方 Spec）：

每個包都是 31 字節，數據包中分爲有效數據（significant）和無效數據（non-significant）兩部分。

有效數據部分：包含若干個廣播數據單元，稱爲AD Structure。如圖中所示，AD Structure的組成是：第一個字節是長度值Len，表示接下來的Len個字節是數據部分。數據部分的第一個字節表示數據的類型AD Type，剩下的Len - 1個字節是真正的數據AD data。其中AD type非常關鍵，決定了AD Data的數據代表的是什麼和怎麼解析，這個在後面會詳細講；<喎�"/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4NCjxwPs7e0KfK/b7dsr+31qO60vLOqrnjsqWw/LXEs6S2yLHY0OvKxzMx19a92qOsyOe5+9PQ0KfK/b7dsr+31rK7tb0zMdfWvdqjrMqjz8K1xL7N08MwsrnG66Os1eKyv7fWtcTK/b7dysfO3tCntcSjrL3izva1xMqxuvKjrNaxvdO69sLUvLS/yaGjPC9wPg0KPHA+sum/tE5vcmRpY7XEU0RL1tC1xLao0uWjrEFEIHR5cGW1xLao0uXU2rPM0PK1xCZsZHF1bztibGVfZ2FwLmgmcmRxdW87zbfOxLz+1tCho7ao0uXI58/Co7o8L3A+DQo8cHJlIGNsYXNzPQ=="brush:java;">#define BLE_GAP_AD_TYPE_FLAGS 0x01 //< Flags for discoverability. #define BLE_GAP_AD_TYPE_16BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE 0x02 //< Partial list of 16 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_16BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE 0x03 //< Complete list of 16 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_32BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE 0x04 //< Partial list of 32 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_32BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE 0x05 //< Complete list of 32 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_128BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE 0x06 //< Partial list of 128 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_128BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE 0x07 //< Complete list of 128 bit service UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SHORT_LOCAL_NAME 0x08 //< Short local device name. #define BLE_GAP_AD_TYPE_COMPLETE_LOCAL_NAME 0x09 //< Complete local device name. #define BLE_GAP_AD_TYPE_TX_POWER_LEVEL 0x0A //< Transmit power level. #define BLE_GAP_AD_TYPE_CLASS_OF_DEVICE 0x0D //< Class of device. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_HASH_C 0x0E //< Simple Pairing Hash C. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_RANDOMIZER_R 0x0F //< Simple Pairing Randomizer R. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SECURITY_MANAGER_TK_VALUE 0x10 //< Security Manager TK Value. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SECURITY_MANAGER_OOB_FLAGS 0x11 //< Security Manager Out Of Band Flags. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SLAVE_CONNECTION_INTERVAL_RANGE 0x12 //< Slave Connection Interval Range. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SOLICITED_SERVICE_UUIDS_16BIT 0x14 //< List of 16-bit Service Solicitation UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SOLICITED_SERVICE_UUIDS_128BIT 0x15 //< List of 128-bit Service Solicitation UUIDs. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA 0x16 //< Service Data - 16-bit UUID. #define BLE_GAP_AD_TYPE_PUBLIC_TARGET_ADDRESS 0x17 //< Public Target Address. #define BLE_GAP_AD_TYPE_RANDOM_TARGET_ADDRESS 0x18 //< Random Target Address. #define BLE_GAP_AD_TYPE_APPEARANCE 0x19 //< Appearance. #define BLE_GAP_AD_TYPE_ADVERTISING_INTERVAL 0x1A //< Advertising Interval. #define BLE_GAP_AD_TYPE_LE_BLUETOOTH_DEVICE_ADDRESS 0x1B //< LE Bluetooth Device Address. #define BLE_GAP_AD_TYPE_LE_ROLE 0x1C //< LE Role. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_HASH_C256 0x1D //< Simple Pairing Hash C-256. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_RANDOMIZER_R256 0x1E //< Simple Pairing Randomizer R-256. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA_32BIT_UUID 0x20 //< Service Data - 32-bit UUID. #define BLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA_128BIT_UUID 0x21 //< Service Data - 128-bit UUID. #define BLE_GAP_AD_TYPE_3D_INFORMATION_DATA 0x3D //< 3D Information Data. #define BLE_GAP_AD_TYPE_MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA 0xFF //< Manufacturer Specific Data. 所有的 AD Type 的定義在文檔Core Specification Supplement中。根據上面頭文件中的定義，AD Type包括如下類型：

1、TYPE = 0x01：標識設備LE物理連接的功能，佔一個字節，各bit爲1時定義如下：

1

2

3

4

5

6


<code
class="hljs
vhdl">bit
0:
LE有限發現模式

bit
1:
LE普通發現模式

bit
2:
不支持BR/EDR

bit
3:
對Same Device Capable(Controller)同時支持BLE和BR/EDR

bit
4:
對Same Device Capable(Host)同時支持BLE和BR/EDR

bit
5..7:
預留</code>

2、TYPE = 0x02：非完整的16 bit UUID列表
3、TYPE = 0x03：完整的16 bit UUID列表
4、TYPE = 0x04：非完整的32 bit UUID列表
5、TYPE = 0x05：完整的32 bit UUID列表
6、TYPE = 0x06：非完整的128 bit UUID列表
7、TYPE = 0x07：完整的128 bit UUID列表
8、TYPE = 0x08：設備簡稱
9、TYPE = 0x09：設備全名
10、TYPE = 0x0A：表示設備發送廣播包的信號強度
11、TYPE = 0x0D：設備類別
12、TYPE = 0x0E：設備配對的Hash值
13、TYPE = 0x0F：設備配對的隨機值
14、TYPE = 0x10：TK安全管理（Security Manager TK Value）
15、TYPE = 0x11：帶外安全管理（Security Manager Out of Band），各bit定義如下：

1

2

3

4


<code
class="hljs
vhdl">bit
0:
OOB Flag，0-表示沒有OOB數據，1-表示有

bit
1:
支持LE

bit
2:
對Same Device Capable(Host)同時支持BLE和BR/EDR

bit
3:
地址類型，0-表示公開地址，1-表示隨機地址</code>

16、TYPE = 0x12：外設（Slave）連接間隔範圍，數據中定義了Slave最大和最小連接間隔，數據包含4個字節：前兩字節定義最小連接間隔，取值範圍：0x0006 ~ 0x0C80，而0xFFFF表示未定義；後兩字節，定義最大連接間隔，取值範圍同上，不過需要保證最大連接間隔大於或者等於最小連接間隔。
17、TYPE = 0x14：服務搜尋16 bit UUID列表
18、TYPE = 0x15：服務搜尋128 bit UUID列表
19、TYPE = 0x16：16 bit UUID Service，前兩個字節是UUID，後面是Service的數據
20、TYPE = 0x17：公開目標地址，表示希望這個廣播包被指定的目標設備處理，此設備綁定了公開地址
21、TYPE = 0x18：隨機目標地址，表示希望這個廣播包被指定的目標設備處理，此設備綁定了隨機地址
22、TYPE = 0x19：表示設備的外觀
23、TYPE = 0x1A：廣播區間
24、TYPE = 0x1B：LE設備地址
25、TYPE = 0x1C：LE設備角色
26、TYPE = 0x1D：256位設備配對的Hash值
27、TYPE = 0x1E：256位設備配對的隨機值
28、TYPE = 0x20：32 bit UUID Service，前4個字節是UUID，後面是Service的數據
29、TYPE = 0x21：128 bit UUID Service，前16個字節是UUID，後面是Service的數據
30、TYPE = 0x3D：3D信息數據
31、TYPE = 0xFF：廠商自定義數據，廠商自定義的數據中，前兩個字節表示廠商ID，剩下的是廠商自己按照需求添加，裏面的數據內容自己定義。

根據如下數據包，舉例說明解析的思路
搜索設備獲取的數據包如下：

1


<code
class="hljs
mathematica">02




FF 11







1F 09





CE DD 5E 5A 5D 23






2D 35



E7 FE 12

FF 0F 18

0A 18





















00</code>

根據解析規則，可分成如下部分：
1、廣播數據

1	`<codeclass="hljs mathematica">02` `01` `06` `14` `FF11` `22` `00` `00` `00` `01` `00` `1F09` `01` `00` `00` `00` `CE DD 5E 5A 5D23` `06` `08` `48` `45` `54` `2D35` `</code>`

2、響應數據

1	`<codeclass="hljs autohotkey">09` `03` `E7 FE12` `FF 0F18` `0A18` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00</code>`

3、有效數據

1	`<codeclass="hljs mathematica">02` `01` `06` `14` `FF11` `22` `00` `00` `00` `01` `00` `1F09` `01` `00` `00` `00` `CE DD 5E 5A 5D23` `06` `08` `48` `45` `54` `2D35` `09` `03` `E7 FE12` `FF 0F18` `0A18</code>`

4、無效數據

1	`<codeclass="hljs ">00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00` `00</code>`

其中的有效數據又可分爲如下幾個數據單元：
02 01 06
14 FF 11 22 00 00 00 01 00 1F 09 01 00 00 00 CE DD 5E 5A 5D 23
06 08 48 45 54 2D 35
09 03 E7 FE 12 FF 0F 18 0A 18
根據上面定義的AD Type分別解析如下：
第一組數據告訴我們該設備屬於LE普通發現模式，不支持BR/EDR；
第二組數據告訴我們該數據爲廠商自定義數據，一般是必須解析的，可根據協議規則進行解析獲取對應的所需信息；
第三組數據告訴我們該設備的簡稱爲HET-5，其中對應的字符是查找ASSIC表得出的；
第四組數據告訴我們UUID爲E7FE-12FF-0F18-0A18(此處有疑，類型03表示的是16位的UUID，對應的兩個字節，而此處有8個字節，估計是設備燒錄時把字節位數理解爲了字符位數導致的問題).