iOS蓝牙4.0 BLE开发总结
关于具体如何开发 iOS 蓝牙，推荐如下一些博客。
Core Bluetooth框架之一：Central与Peripheral
为什么选择蓝牙技术，目前主流三种无线技术（WIFI，蓝牙，Zigbee）对比
要了解一项技术，最好先了解一下历史。1994年，爱立信一位工程师，为了解除日益增多的连接线缆的烦恼，发明了一种名为蓝牙的短距离无线通信技术。自2001年发布蓝牙1.1版本技术规范，一群诺基亚的工程师就开始畅想，在若干年后，如何让智能移动设备与周边的嵌入式设备连接的时间更长，从而使得智能移动设备成为与周边10m范围内各种电子产品通信的中枢。经过10年的努力，蓝牙技术联盟终于在2011年发布了里程碑版本的蓝牙4.0技术规范，其中最具吸引力的就是低功耗蓝牙技术规范。
在无线技术迅猛发展的今天 ，蓝牙技术到底是一个什么位置，可以通过下图做一个简单的了解。
[图片上传失败...(image-445440-1645415989275)]
目前市场上影响力最大的三种无线技术，蓝牙，WIFI和Zigbee。
[图片上传失败...(image-6a3f3e-1645415989275)]
为什么要选择蓝牙，不用 WIFI（尤其是一些可穿戴设备），很关键的原因是因为蓝牙成本比 WIFI 低，而且非常省电，相信你并不期望你的手环要每天充电一次吧，那蓝牙传输速度慢怎么办呢，对于一些可穿戴设备而言，监控个心跳，看看每天走了多少步，这个有多少大数据要去传输呢？再说蓝牙传输速度也还好，慢是 iOS 系统限制的问题，不是蓝牙标准本身的问题，下文会说明。
什么是蓝牙4.0
蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案，可广泛用于卫生保健、体育健身、家庭娱乐、安全保障等诸多领域。
它支持两种部署方式：双模式和单模式。双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或再在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。
单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。
并不是所有手机都支持蓝牙4.0技术，iPhone需要4S以上的手机，安卓需要系统4.3及以上的版本。
蓝牙4.0的三种模式
[图片上传失败...(image-f36469-1645415989275)]
从上图我们可以发现，全新的蓝牙4.0技术并不是一种技术，而是由传统蓝牙，高速蓝牙和低功耗蓝牙合而为一的一种标准。并且这三种蓝牙可以组合使用，也可以单独使用。
其中，低功耗蓝牙即BLE是蓝牙4.0的核心规范。毫不夸张的说，蓝牙4.0为什么可以成为改变生活的原因，就是因为BLE，低功耗蓝牙的产生。因为一切智能设备，都需要电，电量用完，设备就是一堆废铁。
然而，低功耗是硬件上的事情，跟我们手机 APP 有什么关系，APP 根本就不关心你耗电不耗电，我只写我的客户端就好了啊。实际上，与 APP 还是有关系的，正是因为有 BLE 和传统蓝牙，市场上是有三类蓝牙产品的。如果你不知道你在为哪一类产品开发程序，你会遇到很多麻烦。
比如说，要你用 BLE 传输音频数据，如果你不知道传音频是传统蓝牙的功能，你可能会白辛苦很久而达不到效果。
再举个例子，如果要你监控来电短信或者邮件等其他信息，然后通过 APP 发送到蓝牙设备。如果你不知道这是 ANCS（Apple Notification Center Service）的工作（该工作需要在蓝牙外设上直接根据蓝牙协议来实现，没 APP 什么事情），而自己傻傻的去找检测来电短信的办法，然后还要在程序退到后台依然能起作用，并通过 BLE 发送到设备，那可能你的工作中会充满烦恼。
所以，作为 iOS 工程师，第一件事情，就是要区分你正在开发的 APP 是为单模蓝牙，还是双模蓝牙；仅传统蓝牙是不需要 APP 的，譬如市面上大多数的蓝牙音箱，只要连上电脑或者手机，在电脑或者手机设备上播放音乐，系统底层就可以通过传统蓝牙协议，将音频数据传到蓝牙音箱上播放（这里并没有 APP 什么事情）。
总的来说，就是传统蓝牙部分在APP上不可控，在 iOS 上，更是连判断在设置中是否连接了传统蓝牙都办不到，iOS 可控的部分，系统提供接口去给工程师开发 APP 的部分，只有 BLE 部分（这才是大家在iPhone上使用蓝牙，觉得速度慢的原因，因为iOS系统根本没开放高速蓝牙和传统蓝牙）。
那为什么还要区分单模，双模呢，知道又如何，传统蓝牙部分都无法控制，原因在哪？答案在于这里说的不可控，是指在 iOS 上限制了，但是在 iPhone 硬件上是可以知道的（所以 iPhone 越狱之后，会有一些第三方插件如AIRBLUE SHARING，可以支持两个手机之间用蓝牙传输文件，速度也不慢）。
关于 iPhone 蓝牙开发注意事项
1）iOS 系统本身只开放了 蓝牙 BLE 部分，而且蓝牙 BLE 并不是用来给你传输文件的，指望使用 iOS 蓝牙开发两个手机之间能快速传输文件这种 APP 的同学就算了。
这点你要深切的理解，苹果之所以给他们装上蓝牙不过是让你练练蓝牙耳机啊，蓝牙音箱，玩玩可穿戴设备之类的。为什么苹果要这样限制呢？因为早期非越狱苹果上，用户听音乐都是要从商店花钱购买的，如果你用蓝牙把歌曲传给别人，那不是侵权了么，所以，苹果在硬件上面就把你传输文件给限制了。
当然，也不是完全没办法，越狱安装第三方蓝牙插件，就可以使用蓝牙4.0所有功能，传输文件当然也没压力，甚至 iPhone 和 Android 之间都能配对并且传输文件。
那不越狱，要开发传输文件的功能呢？也能传输，无非是速度奇慢无比，实测只有 1-2k/s，所以要传也只能传输很小的文件，想传输一首 mp3，就算了吧。（有没有私有蓝牙 Api 可以调用的呢，应该有吧，没研究过，被拒风险大）
2）iPhone 手机最多能同时连接多少蓝牙设备
官方文档，以及蓝牙底层协议，说明理论上可以支持到同时连接 7 个，但这 7 个能同时正常工作么？不得而知，毕竟对于 iOS 而言，蓝牙也是一种资源，同时连接和同时使用消耗，占用的资源肯定不同，而且不同手机，性能也不同，说不定 iPhone 5 同时能正常使用 3 个连接，iPhone 6s 能同时支持 5 个，这个需要进一步实际测试。
3）开发完了蓝牙 APP，有什么工具可以协助蓝牙测试
Xcode 模拟器并不能来测试蓝牙，蓝牙需要在真机上调测。
如果你开发的蓝牙 APP 是作为设备端（CBPeripheral），那很幸运，在 Mac 电脑上可以安装一款叫做 LightBlue 的应用，该应用作为中心端，扫描周边设备，同时扫描设备的服务和特征，可以读取和发送任意数据来进行交互测试（注意这里，可以发送任意数据，这样对调测而言是非常方便的）。这样的话，你只需要你的 iPhone 手机装上你的 APP，你的 Mac 电脑装上 LightBlue 软件，你的电脑和手机之间就可以进行测试，一个手机足够。
如果你开发的蓝牙 APP 是作为中心端（CBCentral），那很不幸（实际上大部分蓝牙 APP 都是作为中心端来使用），至少我目前没有发现哪个 APP 可以模拟设备端来提供测试（后续有谁发现了可以分享下）。这时候你只能拿事先准备好的蓝牙外设去对接调测，但这个多少有些麻烦，比如你无法抓包去判断双方通信的协议（可能需要比较洋气的专业蓝牙测试仪器），发送的数据包是否正确，调测比较慢，短时间无法判断是哪里没对接成功。当然你自己开发一个 APP 作为设备端，提供服务，供另外一个手机来调测，这样的话，设备端 APP 可以实时打印收到的消息格式，错误等问题，调测更直观，当然这时候至少需要两个手机才能完成测试。
4）虽然 iOS 系统限制了只能使用蓝牙 BLE，但蓝牙 BLE 的传输速率到底如何呢
- 目前用一个 iPhone 4s（iOS 7.1.2）和一个 iPhone 5（iOS 9.2) 之间做一个文件传输测试，发现平均速率只有 1 k/s，相当缓慢
- 如果用一个 iPhone 6（iOS 9.2) 和一个 iPhone 5（iOS 9.2) 之间做一个文件传输测试，发现平均速率只有 1.8 k/s，相对于上面而言略有提升
该文件传输测试，是在一个特征值上重复写数据来测试了，可能有人会想到如果同时写多个特征值呢，速度会不会提升？答案是不会，同时写 2 个特征值，原有每个特征值的速率会减半，也就是总的速率并不会改变。
5）关于 iOS 上蓝牙 BLE 一次读写（注意是一次读写，不是一共读写）最大能读写多少个字节的疑问
这个在网上搜了一些资料，发现没有一个统一的说法，说法都有些偏差，不知道是不是因为对接了不同的蓝牙外设带来的差异，此处给出一个用两个 iPhone 手机测试，一个做中心端，一个做设备端得到的结论，仅供参考。
目前用一个 iPhone 4s（iOS 7.1.2）和一个 iPhone 5（iOS 9.2) 之间做一个一次读写最大字节数的测试：
- 在 iOS 7 上，一次读的数据最大只能读到 134 个字节（包括 134），大于 134 的，系统直接截断，导致数据丢失
- 在 iOS 9 上，一次读的最大数据只能读到 628 个字节（包括 628），大于 628 的，系统直接截断，导致数据丢失
- 如果是 iOS 9 和 iOS 7 蓝牙互通，iOS 9 上读取数据范围在（156，628）之间的，iOS 7 系统会自己拆分为 157 字节一个包后，再发往 iOS 9 这边，所以 iOS 7 这边会收到多次读请求，但请求里的 offset 不同，所以 iOS 7 这边需要根据 offset 来计算偏移并多次发送数据，iOS 9 那边并不会多次收到读数据回调，只会收到一次回调
- 在 iOS 7 上，一次写的数据最大只能写 155 个字节（包括 155），大于 155 的，系统直接返回错误 Unknown error
- 在 iOS 9 上，一次写的最大数据只能写 512 个字节（包括 512），大于 512 的，系统直接返回错误 Unknown error
- 如果是 iOS 9 和 iOS 7 蓝牙互通，iOS 9 上发送数据范围在（155，512）之间的，iOS 7 系统收到之后会自己拆分为 153 字节一个包再报给上层，所以 iOS 7 这边会收到多次写请求，但请求里的 offset 不同，iOS 7 这边需要根据 offset 来合并数据
6）开发 iOS 蓝牙设备端（CBPeripheral）过程中遇到的问题
相对于开发中心端，从 CBPeripheralManager 相关接口来看，作为设备端，以下几种场景 iOS 并没有提供接口（作为中心端都可以实现）
- 设备端无法知道当前有中心端连接上来了，除非中心端发起订阅，读写请求，才知道有中心端连上来
- 设备端不知道中心端断开，如果是中心端主动发起断开，设备端无法得知
- 设备端不能主动断开与中心端的连接
对于以上几种情况，iOS 没有提供相关的接口来处理，如果是作为设备端，此时要维护和保存一些中心端相关的数据，但又不知道中心端已经断开的情况下，可能会导致设备端资源无法释放和保存，状态也没办法同步。
在系统没有提供接口的情况下，如果要实现该需求，可以参考以下的思路（底层没有接口，只能在上层数据包里自己设计协议来处理）
- 设备端和中心端约定某个可以订阅的特征，中心端连接成功就订阅这个特征，通知设备端中心端连接上来，断开之前取消订阅这个特征
- 不采用订阅特征，也可以采用读或者写某个特征，来通知设备端连上以及断开
7）作为中心端，连接上蓝牙设备之后，如何获取蓝牙设备的 MAC 地址
据说安卓有系统接口直接可以获取蓝牙外设的 MAC 地址，但很遗憾，iOS 没有提供这样的机制，如果要获取外设的 MAC 地址，有两种做法（都需要和外设硬件工程师商量方案）：
- 在蓝牙外设广播里，提供 MAC 地址，这样中心端在扫描外设的时候，可以直接读取该广播上的值，从而拿到 MAC 地址
- 可以在外设的某个服务的特征里，提供 MAC 的地址的读取，但前提是要先协商好读取哪个特征，UUID是多少
8）为什么两个 iPhone 手机都打开蓝牙之后，还是相互搜不到对方呢
两台设备，要相互知道对方，唯一的办法，只能是至少有一个人告诉对方，我是谁。如果两台设备都不说话，那肯定不知道对方是蓝牙设备的身份。所以，蓝牙连接的过程，实际上就是一个沟通的过程，在蓝牙设备中，说话是通过广播一段无线信号实现，一台蓝牙设备是不能同时广播和接收广播，因为目前芯片还没那么强大。
在蓝牙通信中，分为中心端和设备端。而通常手机都处在中心端状态，也就是只能接收广播，而自己没有向周围发送广播。所以两台手机之间一般是无法发现对方的（因为大家都是中心端）。除非，你写一段程序，让手机向周围发送广播。
目前，作为中心端的设备，是可以与多个设备端进行连接的，而作为设备端的设备，通常只能与一个中心端进行连接，通常在与一个中心端相连后，设备就会关闭广播。
所以，在开发过程中，可能你的身边有多个蓝牙设备处于运行状态，但是一个也搜索不到，那就是因为别人的手机已经连接了。然而，在蓝牙设备上，并不是在连接之后就必须关闭广播，是可以在芯片上实现让他继续广播的，也就是其它中心端还是可以搜到这个设备，这个取决于应用场景。
网友评论