[Android] Android 操作 Bluetooth（二）——BLE

0x00 低功耗蓝牙（BLE）

上一篇简单介绍了传统蓝牙设备的使用，当你沿着上一篇的思路去连接某些蓝牙设备的时候，你会发现总是不成功。没错，我们还有另外一种蓝牙没有讲：低功耗蓝牙(BLE: Bluetooth Low Energy)。

这并不是一种新的东西，它只是蓝牙协议中的一个新的版本。之前提到的多是蓝牙2.0/2.1，这里的低功耗蓝牙（BLE）主要是指蓝牙4.0/4.1/4.2。在我们的日常生活中这种蓝牙越来越常见，比如各种手环、体脂秤、智能设备、便携蓝牙设备等等。

更多关于蓝牙的介绍可以参考这里

0x01 蓝牙协议栈

和学习 TCP/IP 一样，如果了解BLE的议栈对我们掌握蓝牙会有很大的帮助。

蓝牙协议栈

物理 (PHY) 层

通过蓝牙通信信道控制 2.4Ghz 射频的传输/接收。BR/EDR 提供的信道较多但带宽较窄，而 LE 使用的信道较少但带宽较宽。
链路层

定义数据包结构/信道、发现/连接程序以及发送/接收数据。
直接测试模式

允许测试人员向 PHY 层发出指令以传输或接收给定数据包序列，通过 HCI 或 2 线 UART 接口提交命令。
主机控制器接口 (HCI)

蓝牙控制器子系统（底部三层）和蓝牙主机之间的可选标准接口。
逻辑链路控制和适配协议 (L2CAP) 层

基于数据包的协议，可将数据包传输至 HCI 或直接传输到无主机系统中的链路管理器。支持更高级别的协议多路复用、数据包分割和重组，以及将服务质量信息传输到更高层。
属性协议 (ATT)

在建立连接之后定义数据交换客户端/服务器协议。使用通用属性配置文件 (GATT) 将属性分类为有意义的服务。ATT 主要用于 LE 部署，偶尔也会用于 BR/EDR 部署。
安全管理器

定义管理蓝牙设备之间配对完整性、身份验证以及加密的协议和操作，提供安全功能工具箱，其他组件可利用该工具箱支持不同应用所需的各种安全级别。
通用属性配置文件 (GATT)

使用属性协议，GATT 对封装设备组件性能的服务进行分组，并描述基于 GATT 功能的用例、角色和一般性能。其服务框架定义服务规程和格式及其特性，其中包括发现、读取、写入、通知以及指示特性以及配置特性广播。GATT 仅用于蓝牙 LE 部署。详细了解 GATT 信息。
通用访问配置文件(GAP)

可与蓝牙 LE 部署中的 GATT 配合使用，以定义与发现蓝牙设备和共享信息相关的规程和角色，以及连接蓝牙设备的链路管理内容。

以上信息来自这里

0x02 Android系统中的BLE

Android系统中对于低功耗蓝牙我们需要关心以下几点：

Android 4.3（18）开始支持BLE
Android 5.0（21）之前手机只可以作为中心设备（Central mode）使用，5.0之后可以作为外设（Peripheral mode）使用

除了以上信息，我们在对协议中的几个概念做个介绍，这涉及到之后的开发：

Attribute Protocol (ATT)

属性协议，对应 BluetoothGattService
Generic Attribute Profile (GATT)

通用属性配置文件，对应Android中的 BluetoothGatt
Characteristic

BluetoothGattCharacteristic
Descriptor

BluetoothGattDescriptor
Service

BluetoothGattService

0x03 Android系统中的BLE操作流程

和之前的普通蓝牙相同，我们需要先检测设备的蓝牙是否可用，然后扫描周围的蓝牙设备，然后连接。这里可以看到，BLE的操作并不需要配对。如需要在设备必须支持低功耗蓝牙，则还需要加上这句：

<uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>

蓝牙扫描

private boolean mScanning;

private void scanLeDevice(final boolean enable) {
    if (enable) {
        mHandler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mScanning = false;
                mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
            }
        }, SCAN_PERIOD);

        mScanning = true;
        mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
    } else {
        mScanning = false;
        mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
    }
}

// Device scan callback.
private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
    @Override
    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
        String format = "Name:%s, Mac:%s, Type:%s";
        String msg = String.format(format, device.getName(), device.getAddress(), device.getType());
        print(msg);
    }
};

扫描完成之后，我们会拿到蓝牙的设备信息，然后就可以进行连接了。

连接蓝牙

@Override
public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
    if (null != intent) {
        mMAC = intent.getStringExtra(KEY_MAC);
    }
    if (TextUtils.isEmpty(mMAC)) {
        mMAC = MAC_BIKE;
    }
    mBluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
    mBluetoothAdapter = mBluetoothManager.getAdapter();
    if (null == mBluetoothAdapter) {
        stopSelf();
        return START_NOT_STICKY;
    }

    BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(mMAC);
    if (null == device) {
        stopSelf();
        return START_NOT_STICKY;
    }

    closeConnect();

    mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mCallBack);
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) { //5.0设置的传输最大空间
        mBluetoothGatt.requestConnectionPriority(BluetoothGatt.CONNECTION_PRIORITY_HIGH);
        mBluetoothGatt.requestMtu(84);
    }
    print("Gatt connect");
    return START_STICKY;
}

连接蓝牙

在连接的CallBack中如果我们检测到连接成功，才可以请求蓝牙提供的服务，这里先检测连接的状态：

    private final BluetoothGattCallback mCallBack = new BluetoothGattCallback() {
    @Override
    public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
        super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);

        print(String.format("status:%d, newState:%d", status, newState));

        if (status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
            closeConnect();
        }

        switch (newState) {
            case BluetoothProfile.STATE_CONNECTED:
                print("连接GATT服务成功，开始发现服务...");
                gatt.discoverServices();
                break;
            case BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED:
                print("断开GATT服务，Bye");
                closeConnect();
                break;

            default:
                break;
        }
    }
    ...
};

发现服务

private final BluetoothGattCallback mCallBack = new BluetoothGattCallback() {

    @Override
    public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
        super.onServicesDiscovered(gatt, status);

        print("发现服务：" + status);

        if (BluetoothGatt.GATT_SUCCESS == status) {
            List<BluetoothGattService> gattServices = gatt.getServices();
            if (null == gattServices || gattServices.size() == 0) {
                return;
            }
            for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {
                String serviceUUID = gattService.getUuid().toString();
                print("UUID GATT:" + serviceUUID);
                List<BluetoothGattCharacteristic> characteristics = gattService.getCharacteristics();
                for (BluetoothGattCharacteristic characteristic : characteristics) {
                    String uuid = characteristic.getUuid().toString();
                    print("UUID     Cha:" + uuid);
                    print("UUID     Status:" + getProperties(characteristic));
                    if (UUID_RECEIVE.toString().equalsIgnoreCase(uuid)) {
                        mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
                        print("开始监听：" + uuid);
                    }
                }
            }
        }
    }
    ...
}

使用服务

...

0x04 还需要了解的一些细节

UUID

判断服务的属性

0x05 可能会遇到的坑

手上的两台魅族设备，连接一个客户提供的蓝牙模块，死活连不上，其他手机连接正常。这两部设备连接淘宝上买的一个蓝牙模块正常。

0xFF 参考

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