安卓BLE藍牙

1、簡介

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  • BLE是Bluetooth Low Energy的縮寫，又叫藍牙4.0，區(qū)別于藍牙3.0和之前的技術(shù)

  • 主要特點是快速搜索，快速連接，超低功耗保持連接和數(shù)據(jù)傳輸，缺點：數(shù)據(jù)傳輸速率低，由于其具有低功耗特點，所以經(jīng)常用在可穿戴設(shè)備之中

  • BLE設(shè)備分單模和雙模兩種，雙模簡稱BR，商標為Bluetooth Smart Ready，單模簡稱BLE或者LE,商標為Bluetooth Smart，雙模兼容傳統(tǒng)藍牙，可以和傳統(tǒng)藍牙通信，也可以和BLE通信，單模只能和BR和單模的設(shè)備通信，不能和傳統(tǒng)藍牙通信，由于功耗低，待機長，所以常用在手環(huán)的智能設(shè)備上

  • Android是在4.3后才支持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

2、連接流程

  • 1、獲取BluetoothManager對象或者是通過BluetoothAdapter的對象，兩個差多不
    (BluetoothManager) getContext().getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE); BluetoothAdapter adapter = getBluetoothManager().getAdapter();
    BluetoothAdapter.getDefaultAdapter() 
藍牙是夸進程通信的，所以源碼使用了aidl來解決跨進程通信
public static synchronized BluetoothAdapter getDefaultAdapter() {
    if (sAdapter == null) {
        IBinder b = ServiceManager.getService(BLUETOOTH_MANAGER_SERVICE);
        if (b != null) {
            IBluetoothManager managerService = IBluetoothManager.Stub.asInterface(b);
            sAdapter = new BluetoothAdapter(managerService);
        } else {
            Log.e(TAG, "Bluetooth binder is null");
        }
    }
    return sAdapter;
}
  • 2、開始掃描BLE設(shè)備，兩種方式
    1.使用 adapter.startLeScan(mScanCallback) 這個方法不建議使用,回調(diào)在ui線程，不要做耗時操作
adapter.startLeScan(mScanCallback)
  private final BluetoothAdapter.LeScanCallback mScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
        /**
         * ui線程，不要做耗時操作
         * @param device
         * @param rssi 信號強度
         * @param scanRecord 廣播數(shù)據(jù)，解析廣播
         */
        @Override
        public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
            ScanResult result = new ScanResult(device, rssi, scanRecord);
            if (TextUtils.isEmpty(device.getName())){

            }else if (!mScanResults.containsKey(device.getAddress())) {
                mScanResults.put(device.getAddress(), result);
                Log.v(TAG, String.format("onLeScan: mac = %s, name = %s, record = (%s)%d",
                        device.getAddress(), device.getName(), byteToString(scanRecord), scanRecord.length));
                mAdapter.refresh(mScanResults);
            }
        }
    };

2、通過BluetoothLeScanner，目前項目使用這個


   BluetoothAdapter adapter = getBluetoothManager().getAdapter();
        BluetoothLeScanner bluetoothLeScanner = adapter.getBluetoothLeScanner();
        bluetoothLeScanner.startScan(new ScanCallback() {
            @Override
            public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
                super.onScanResult(callbackType, result);
            }

            @Override
            public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) {
                super.onBatchScanResults(results);
            }

            @Override
            public void onScanFailed(int errorCode) {
                super.onScanFailed(errorCode);
            }
        });

  • 3、 BluetoothAdapter.LeScanCallback回調(diào),獲取到了 BluetoothDevice 了，然后在獲取到GATT句柄

  • 4、獲取到GATT句柄 BluetoothGatt,回調(diào)都在binder線程池，不能刷新ui，回調(diào)在哪個線程都不確定，建議所有的回調(diào)post到統(tǒng)一的線程，因為多線程同步有點問題哦，難搞的很

  mBluetoothGatt = mDevice.connectGatt(this, false, new BluetoothGattCallback() {
            @Override
            public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
                Log.v(TAG, String.format("onConnectionStateChange: status = %d, newState = %d", status, newState));

                if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED) {
                    onConnected();

                    if (!mBluetoothGatt.requestConnectionPriority(BluetoothGatt.CONNECTION_PRIORITY_HIGH)) {
                        disconnect();
                    }

                    if (!mBluetoothGatt.discoverServices()) {
                        disconnect();
                    }
                } else {
                    disconnect();
                }
            }

            @Override
            public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
                Log.v(TAG, String.format("onServicesDiscovered: status = %d", status));

                if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                    refreshProfile();

                    startChannel();

                    BluetoothUtils.setCharacteristicNotification(gatt, UUID_MYSERVICE, UUID_PACKET, true);
                    mBtnPacket.postDelayed(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            mBtnPacket.setEnabled(true);
                        }
                    }, 1000);
                } else {
                    disconnect();
                }
            }

            @Override
            public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                Log.v(TAG, String.format("onCharacteristicRead: service = %s, character = %s, value = %s, status = %d",
                        characteristic.getService().getUuid(),
                        characteristic.getUuid(),
                        ByteUtils.byteToString(characteristic.getValue()),
                        status));
            }

            @Override
            public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
                Log.v(TAG, String.format("onCharacteristicWrite service = %s, character = %s, status = %d",
                        characteristic.getService().getUuid(),
                        characteristic.getUuid(),
                        status));
                if (mChannelCallback != null) {
                    mChannelCallback.onCallback(status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS ? Code.SUCCESS : Code.FAIL);
                    mChannelCallback = null;
                }
            }

            @Override
            public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
                Log.v(TAG, String.format("onCharacteristicChanged service = %s, character = %s, value = %s",
                        characteristic.getService().getUuid(),
                        characteristic.getUuid(),
                        ByteUtils.byteToString(characteristic.getValue())));

                mChannel.onRead(characteristic.getValue());
            }

            @Override
            public void onReadRemoteRssi(BluetoothGatt gatt, int rssi, int status) {
                Log.v(TAG, String.format("onReadRemoteRssi rssi = %d, status = %d", rssi, status));
            }

            @Override
            public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
                Log.v(TAG, String.format("onDescriptorWrite service = %s, character = %s, descriptor = %s, status = %d",
                        descriptor.getCharacteristic().getService().getUuid(),
                        descriptor.getCharacteristic().getUuid(),
                        descriptor.getUuid(), status));
            }
        });
  • log可以看出這里是在binder線程池，每次連接都是一個獨立的對象，也在一個獨立的線程中，所以每次斷開連接都要把GATT關(guān)閉掉，而不是 disconnect();
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  • 通過gatt= mDevice.connectGatt(this, false, new BluetoothGattCallback()出來的對象，其實是和public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status)是同一個對象，這個很有意思？具體我也不清楚為啥
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  • 注意事項
  • GATT重連，BluetoothGatt 調(diào)用connet函數(shù)，但是不建議這樣做，而是重新開啟一個gatt， 而不是用舊的gatt重連，mBluetoothGatt.connect(); 就是不用使用內(nèi)部的方法區(qū)進行重連？why？因為這里面有好多的坑
  • 斷開連接 mBluetoothGatt.close(); 或者使用 disconnect();其實最好是使用close這個方法，這是穩(wěn)定性最好的辦法， disconnect(); 有些很奇怪的問題，能力不夠，不要去采坑，close后，就不收到回調(diào)了，不用等待回調(diào)
  • BluetoothGattCallback接口回調(diào)：onCharacteristicChanged 回調(diào)中讀取藍牙設(shè)備給我們發(fā)送的數(shù)據(jù)

@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
    Log.v(TAG, String.format("onCharacteristicChanged service = %s, character = %s, value = %s",
            characteristic.getService().getUuid(),
            characteristic.getUuid(),
            ByteUtils.byteToString(characteristic.getValue())));

    mChannel.onRead(characteristic.getValue());
}
  • 通過 BluetoothGatt 類并且通過uuid獲取到 BluetoothGattService ，在獲取到BluetoothGattCharacteristic ，通過這個對象去發(fā)送數(shù)據(jù), UUID 后面解釋
private BluetoothGattCharacteristic getNotifyCharacteristic() {
    if (mBluetoothGatt != null) {
        BluetoothGattService service = mBluetoothGatt.getService(UUID_MYSERVICE);
        return service != null ? service.getCharacteristic(UUID_PACKET) : null;
    }
    return null;
}
BluetoothGattCharacteristic characteristic = getNotifyCharacteristic();
characteristic.setValue(bytes);
characteristic.setWriteType(BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT);
mBluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);
mChannelCallback = callback;

3、什么是GATT

  • 簡介：

  • GATT全稱Generic Attribute Profile，中文名叫通用屬性協(xié)議，它定義了services和characteristic兩種東西來完成低功耗藍牙設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，它是建立在通用數(shù)據(jù)協(xié)議Attribute Protocol (ATT),之上的，ATT把services和characteristic以及相關(guān)的數(shù)據(jù)保存在一張簡單的查找表中，該表使用16-bit的id作為索引

  • 一旦兩個設(shè)備建立了連接，GATT就開始發(fā)揮作用

  • GATT連接是獨占的，也就意味著一個BLE周邊設(shè)備同時只能與一個中心設(shè)備連接，一旦周邊設(shè)備與中心設(shè)備連接成功，直至連接斷開，它不再對外廣播自己的存在，其他的設(shè)備就無法發(fā)現(xiàn)該周邊設(shè)備的存在了。

  • 周邊設(shè)備和中心設(shè)備要完成雙方的通信只能通過建立GATT連接的方式。

  • GATT架構(gòu)圖


    image.png

  • 1、profile可以理解為一種規(guī)范，一個標準的通信協(xié)議，其存在于手機中，藍牙組織規(guī)定一些標準的profile:HID OVER GATT ,防丟器等，每個profile中包含了多個service了。藍牙規(guī)范（Profile）是指藍牙通信在那一種用途下應(yīng)該使用的通信協(xié)議和相關(guān)的規(guī)范。藍牙1.1定義的profile有13個。SIG認為藍牙設(shè)備有4個最基本的Profile

2、service可以理解為一個服務(wù)，在ble從機中，通過有多個服務(wù)，例如電量信息服務(wù)、系統(tǒng)信息服務(wù)等，每個service中又包含多個characteristic特征值。每個具體的characteristic特征值才是ble通信的主題。比如當前的電量是80%，所以會通過電量的characteristic特征值存在從機的profile里，這樣主機就可以通過這個characteristic來讀取80%這個數(shù)據(jù)
3、characteristic特征值，ble主從機的通信均是通過characteristic來實現(xiàn)，可以理解為一個標簽，通過這個標簽可以獲取或者寫入想要的內(nèi)容。

把Profile 當做是國家，Service 就是中國足球。Characteristic就是國足的某一個人，我需要找到這個人告訴他，明天不要提假球（類似對ble設(shè)備設(shè)置信息），所以需要uuid，uuid一般是問詢問硬件工程師，問他要這個設(shè)備的UUID

  • 主要用的是service UUID 和characteristic UUID一般讀，寫和通知的UUID 就是 characteristic UUID

4、UUID到底是個啥？

  • 通用唯一識別碼（英語：Universally Unique Identifier，縮寫：UUID）是用于計算機體系中以識別信息數(shù)目的一個128位標識符，還有相關(guān)的術(shù)語：全局唯一標識符
  • UUID是由一組32位數(shù)的16進制數(shù)字所構(gòu)成，故UUID理論上的總數(shù)為1632=2128，約等于3.4 x 1038。也就是說若每納秒（ns）產(chǎn)生1兆個UUID，要花100億年才會將所有UUID用完
  • UUID 的 16 個 8 位字節(jié)表示為 32 個十六進制（基數(shù)16）數(shù)字，顯示在由連字符分隔 '-' 的五個組中，"8-4-4-4-12" 總共 36 個字符（32 個字母數(shù)字字符和 4 個連字符）。例如：123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

5、BLE一些問題的總結(jié)，剛?cè)肟硬痪?，持續(xù)記錄

  • 經(jīng)典藍牙是通過socket ，BLE是通過gatt
  • BLE分Service /Characteristic 。一個地址，Service相當于省，Characteristic相當于市
  • 我覺得未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到繁華的時候：最靠譜的設(shè)備識別方式是解析廣播內(nèi)容，其中有個設(shè)備id，然后拿著這個id，去云端查詢設(shè)備信息，然后配對。但是我目前是靠名字配對的
  • GATT 句柄泄漏，不用了就把GATTclose掉，不關(guān)的話，就會重新開GATT，導(dǎo)致系統(tǒng)句柄耗盡，導(dǎo)致沒有辦法創(chuàng)建新的連接
  • 重復(fù)連接，打開一個gatt句柄，就會創(chuàng)建一個通道，這個通道是獨立的
  • 在高版本的手機上，在發(fā)現(xiàn)新的設(shè)備的過程，還需要運行時的權(quán)限，切記 （Android M 以上）
  • gatt的回調(diào)是binder線程池，如何把結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)一的管理，這個問題我想的解決方式動態(tài)代理去放到統(tǒng)一的線程，所以我現(xiàn)在在做這樣的工作
  • and so on
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