安卓BLE开发

一、BLE基础

1.基本概念

BLE（Bluetooth low energy）蓝牙低功耗是蓝牙4.0新增的子规范，其具有低能耗、低成本、低延迟、传输距离长等特点，自安卓4.3（api level 18）起，安卓开始支持BLE。BLE与经典蓝牙对比如下图（图片来自网络）：

BLE和经典蓝牙对比.png

2.GATT及相关概念

• GATT： Generic Attribute Profile，即通用属性配置文件，GATT是一种用于收发短片段数据（属性）的通用规范，当前所有的BLE应用配置文件都是基于GATT

对于BLE，蓝牙SIG组织(Special Interest Group)已定义并采纳了很多基于GATT的配置文件。配置文件（Profile）是一种规定设备在一个特定应用中如何工作的规范，当然，一个设备可实现多种配置文件，比如一台设备可包含心率监测与电量监控等

• ATT: Attribute Profile，属性协议，GATT就建立在ATT之上。通常二者合称为GATT/ATT。ATT使用尽可能少的字节且每一个属性都被UUID唯一标志
• Chracteristic：特征，可理解成一种类型，BLE设备间通信主要就使用它。Chracteristic包含一个值（Value）、0-n个描述符（Descriptor）、一系列属性（Property，表明该特征所支持的操作）、一些列与安全相关的Permission等。
• Descriptor：描述符，描述特征值（Chracteristic中的value）的定义属性。比如特征值的范围、单位等
• Service：服务，包含一系列Chracteristic。比如心率服务，包含心跳检测特征一个profile可包含n个服务

GATT层级图如下(图片来自蓝牙官网)

GATT Profile Hierarchy.png

3.BLE中角色与职责

• Central vs. Peripheral：中心设备-外围设备，中心设备和外围设备的概念针对的是BLE连接本身，中心设备负责扫描广播，而外围设备负责发出广播。

注意：
1.只有一方支持Central另一方支持Peripheral才能通信
2.Android 4.3开始支持BLE，但只支持作为中心设备（Central）模式，
Android 5.0开始两种模式都支持

• GATT server vs. GATT client：这两种角色取决于BLE连接成功后，两个设备间通信的方式。若A需从B请求数据，则A是client，B是server；反之A是server，B是client

4.BLE设备间交互方式

• 完全基于广播
  设备间无需连接而只需外设广播数据即可。该方式主要是让外设把自己的信息发送给多个中心设备。使用该方式的应用叫作Beacon。该方式下有Broadcaster（广播者）和Observer（Scanner扫描者）两种角色。使用该方式最典型的应用就是苹果的 iBeacon，可实现广告推送和室内定位
• 基于GATT连接
  设备连接后通过GATT来进行通信

注意：GATT 连接是独占的。即一个 外设同时只能被一个中心设备连接。一旦外设被连接，它就会马上停止广播，这样它就对其他设备不可见了。当连接断开，它又开始广播

二、安卓BLE通信开发

用系统api开发参见安卓BLE开发官方文档
这里介绍使用第三方库EasyBle快速开发BLE

1.Gradle依赖

在项目根gradle中添加

allprojects {
    repositories {
        maven { url 'https://jitpack.io' }
    }
}

在具体module的gradle中添加

dependencies {
    implementation 'com.github.Ficat:EasyBle:v1.0.2'
}

2.使用

以下是BLE开发常用到的一些基础api

        //是否支持BLE
        BleManager.supportBle(context);

        //蓝牙是否打开
        BleManager.isBluetoothOn();
        
        //打开或关闭蓝牙，不显示请求用户授权dialog（一些特殊设备如大部分国产手机除外）
        BleManager.toggleBluetooth(true); 
        
        //显示dialog请求用户打开蓝牙，需在传入的activity的onActivityResult中处理请求结果
        BleManager.enableBluetooth(activity,requestCode);

1)获取BleManager对象

        //获取管理器对象
        BleManager bleManager = BleManager.getInstance(this.getApplication());

        //设置ble选项，可多次设置,EasyBle将使用最新的options。比如本次扫描周期
        //为10s，但你想要下一次扫描周期更长一些，则再次调用本方法去设置即可
        BleManager.Options options = new BleManager.Options();
        options.loggable = true; //是否打印日志
        options.connectTimeout = 10000; //连接超时时间
        options.scanPeriod = 12000; //扫描周期
        options.scanDeviceName = "targetDeviceName"; //扫描的目标设备名
        options.scanDeviceAddress = "targetDeviceAddress"; //扫描目标设备地址如"DD:0D:30:00:0D:9B"
        options.scanServiceUuids = serviceUuidArray; //扫描含该服务UUID的目标设备
        bleManager.option(options);

2)扫描

安卓版本不小于6.0的，扫描必须要有定位权限

        bleManager.startScan(new BleScanCallback() {
            @Override
            public void onLeScan(BleDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {
                String name = device.name;
                String address = device.address;
            }

            @Override
            public void onStart(boolean startScanSuccess, String info) {
                if (startScanSuccess) {
                    //开始扫描成功
                } else {
                    //未能成功开始扫描，可通过info查看详情
                    String failReason = info;
                }
            }

            @Override
            public void onFinish() {
               
            }
        });

当需要结束扫描时用以下方法结束扫描，建议在扫描到目标设备后停止扫描

        bleManager.stopScan();

3)连接

       BleConnectCallback bleConnectCallback = new BleConnectCallback() {
            @Override
            public void onStart(boolean startConnectSuccess, String info, BleDevice device) {
                if (startConnectSuccess) {
                    //开始连接
                } else {
                    //未能成功开始连接，可通过info查看详情
                    String failReason = info;
                }
            }

            @Override
            public void onTimeout(BleDevice device) {

            }

            @Override
            public void onConnected(BleDevice device) {

            }

            @Override
            public void onDisconnected(BleDevice device) {

            }
        };

       //通过BleDevice对象连接设备
       bleManager.connect(bleDevice, bleConnectCallback);

       //直接通过mac地址连接
       bleManager.connect(address, bleConnectCallback)

当需要断开与设备的连接时可使用以下任一方法断开设备连接

       //断开与指定设备的连接
       bleManager.disconnect(bleDevice);
       
       //传入目标的mac地址断开与该设备的连接
       bleManager.disconnect(address);

       //断开所有已连接设备
       bleManager.disconnectAll();

4)设置通知（notify或indicate）

notify和indicate都使用以下方法

       bleManager.notify(bleDevice, serviceUuid, notifyUuid, new BleNotifyCallback() {
            @Override
            public void onCharacteristicChanged(byte[] data, BleDevice device) {
              
            }
            
            @Override
            public void onNotifySuccess(String notifySuccessUuid, BleDevice device) {

            }

            @Override
            public void onFail(int failCode, String info, BleDevice device) {
             
            }
        });

当需要取消notify或indicate时调用以下方法

       bleManager.cancelNotify(bleDevice, notifyUuid);

5)写入特征数据

       bleManager.write(bleDevice, serviceUuid, writeUuid, data, new BleWriteCallback() {
            @Override
            public void onWrite(byte[] data, BleDevice device) {

            }

            @Override
            public void onFail(int failCode, String info, BleDevice device) {

            }
        });

如果一次性写入的数据长度大于MTU即最大传输单元（默认是20字节），则可以使用下列方法进行分批写入

       bleManager.writeByBatch(bleDevice, serviceUuid, writeUuid, data, lengthPerPackage, new  BleWriteByBatchCallback() {
            @Override
            public void writeByBatchSuccess(byte[] data, BleDevice device) {

            }

            @Override
            public void onFail(int failCode, String info, BleDevice device) {

            }
        });

6)Destroy

当结束BLE通信时不要忘了调用destroy

       bleManager.destroy();

其他api

       //获取设备支持的服务信息，如果设备尚未连接上则返回值为null
       bleManager.getDeviceServices(bleDevice);
    
       //读取已连接的远程设备信号
       bleManager.readRssi(bleDevice, bleRssiCallback);

       //设置MTU
       bleManager.setMtu(bleDevice, mtu, bleMtuCallback);

       //读取特征数据
       bleManager.read(bleDevice, serviceUuid, readUuid, bleReadCallback);

       //获取当前连接的设备
       bleManager.getConnectedDevices(); 

       //判断是否已连接上某台设备
       bleManager.isConnected(address);