蓝牙通用知识概述

发展历史

蓝牙技术是一种近距离无线通信技术，始于爱立信公司1994年的技术方案，在1998年，索尼，英特尔，诺基亚等创立特别兴趣小组（蓝牙技术联盟的前身），负责蓝牙规范的制定和推广

协议栈

控制器：底层实现，直接和硬件相关，由芯片厂商实现
主机：硬件的抽象。其中通用访问控制配置文件（GAP）。定义了 BLE 整个通信过程中的流程，负责处理设备访问模式和程序，包括设备发现、建立连接、终止连接等等。GAP 层总是作为下面四种角色之一：（1）广播者：不可连接的广播设备。（2）观察者：扫描设备，但不发起建立连接（3）外部设备：可连接的广播设备，可以在单个链路层连接中作为从机。（4）集中器：扫描广播设备并发起连接，可以在单链路层连接中作为主机
应用层：使用主机层提供的API开发应用

应用场景

基于非连接的：不与周边设备发生连接，主要靠扫描到的广播来获取信息。发送广播的一方为广播者（传感器broadcaster），监听广播的一方为观察者（observer），这种方式可以用来实现室内定位。每个广播数据包由31byte组成，
基于连接的：两个设备建立GATT连接，形成外围设备（Peripheral）和中心设备（Centeral），一个中心设备可以连接多个外设，但是一个外设只能连接一个中心（外设连接成功后会停止对外广播，因此别人就发现不了它了），一个中心设备的连接外设的数量也是有限的。

蓝牙分类

Android平台提供了Bluetooth API来访问蓝牙功能，可以进行设置蓝牙，查找局部区域内的配对设备，连接设备以及传输数据。

传统蓝牙

适用于电池使用强度较大的操作，如设备之间的流传输和通信

低功耗蓝牙

Android 4.3 （API 18 ）引入了低功耗蓝牙，有些BLE设备一个纽扣电池可以用一两年，因为传输的数据量很少。适用于很多物联网应用场景在低功耗蓝牙中，我们需要了解以下几个专业术语：

属性协议（ATT Attribute Protocol）：ATT 是整个BLE通信的基础，负责数据封装，使用尽可能少的字节，向外暴露属性的为服务端，获取属性的为客户端。每个属性由通用唯一标识符（UUID）来唯一标识。ATT 传输的属性被格式化为特征和服务
通用属性配置文件（GATT Generic Attribute Profile）：是一种传输数据规范，是基于 ATT 做的进一步的逻辑封装，定义数据的交互方式和含义。也被称为 GATT/ATT 。用于在 BLE 链路上发送和接受被称为属性的短数据的通用规范。目前所有低功耗应用配置文件基本都是基于 GATT。GATT 定义了三个非常重要的概念：服务（Service）、特征（Characteristic）、描述（Descripter）。他们的关系如下图
一个 Service 可以包含若干个 Characteristic，一个 Characteristic 可以包含属性（properties）和值（value），还可以包含多个 descripter 。Characteristic 实际上具有读、写、通知等权限。我们在对一个 BLE 设备发起连接成功以后，对他进行读写操作，其实就是对 Characteristic 的操作。图中的 Profile 是一组服务的集合，这些服务组个起来就形成了一个特定的使用场景了，里面的服务是嵌入式工作人员可以添加的。BLE 蓝牙使用 UUID 来区分 Service、Characteristic 、Descripter。
特征：征包含单个值和描述特征值的 0 ~ n 个描述符，BLE 设备进行通信的时候主要的操作内容
服务：服务中包含一系列的特征值。例如，我们可以使用名为 “心率监测器”的服务，其中包括"心率测量"等特征

Android蓝牙开发

权限配置

请求连接、接受连接、和传输数据

<uses-permission android:name = "android.permission.BLUETOOTH"/>

发现或者操作蓝牙设置

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>

如果是采用BLE蓝牙，通常还需要声明位置权限

  <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
  <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />

声明支持设备

如果要声明我们的应用仅适用于支持 BLE 的设备，需要清单文件中做如下声明，如果我们希望我们的应用程序在不支持 BLE 的设备上也可以运行的时候，只需要将 true 修改成 false

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

在代码中判断是否支持BLE

if(!getPackageManager().hasSystemFeature(PackgeManger.FEATURE_BLUETOOTH_LE)){
    // 不支持 BLE 设备
}

Android蓝牙相关API

蓝牙相关的API在android.bluetooth包中

BluetoothAdapter 本地蓝牙适配器。是所有蓝牙交互的入口，整个系统只有一个蓝牙适配器。
BluetoothDevice 远程的蓝牙设备。利用它可以通过 BluetoothSocket 请求与某个远程设备建立连接和查询设备的信息如名称，地址，绑定状态等
BluetoothSocket 蓝牙套接字接口。类似于TCP Socket，允许应用通过 InputStream 和 OutputStream 与其他蓝牙设备进行数据交换
BluetoothServerSocket 用于监听传入请求的开发服务器套接字。类似于 TCP ServerSocket，要连接两台 Android 设备，其中一台设备必须使用此类开发的一个服务器套接字。当一台远程蓝牙设备向此设备发出连接请求时，BluetoothServerSocket 将会在接受连接后返回已连接的 BluethoothSocket。
BluetoothClass 蓝牙类。描述蓝牙设备的一般特性和功能。这是一组只读属性，用于定义设备的主要和次要设备类及其服务。不过它不能可靠地描述设备支持的所有蓝牙配置文件和服务，而是适合作为设备类型提示
BluetoothProfile 蓝牙配置文件接口。适用于设备间蓝牙通信的无线接口规范。免提配置文件便是一个示例，对于连接到无线耳机的手机，两台设备都必须支持免提配置文件。我们也可以通过实现 BluetoothProfile 接口来写入自己的类来支持特定的蓝牙配置文件。Android API 提供了耳机（BluetoothHeadset），高质量音频（BlutoothA2dp），健康设备（BluetoothHealth）这几种蓝牙配置文件的实现。
BluetoothGatt 低功耗蓝牙通信的配置文件代理。实现了BluetoothProfile

设置蓝牙

获取蓝牙适配器

 BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
    if(mBluetoothAdapter == null){
        // 说明此设备不支持蓝牙操作
    }

启用蓝牙

 // 是否开启蓝牙
 mBluetoothAdapter.isEnabled()
// 通过系统设置发出启用蓝牙
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent,REQUEST_ENBLE_BT);
// 直接打开蓝牙
mBluetoothAdapter.enable();

查找设备

BluetoothAdapter通过设备发现或查询配对设备的列表来查找远程蓝牙设备。蓝牙设备仅在其当前已启用可检测时才会响应发现请求（返回设备名称，类和mac地址）。利用响应的数据可以与远程设备建立连接，首次建立连接后，将会自动向用户显示配对请求，完成配对后，则会将该设备信息（名称，mac地址）保存在本地（配对设备列表），下次则可以利用本地已知的mac地址发起连接而不需要执行设备发现。

发现设备：发现BLE设备和发现普通蓝牙设备方法不一样，并且，只能单独发现普通蓝牙设备或BLE设备，没办法同时执行。发现是一个异步过程，但对于蓝牙适配器来来说会消耗大量资源，所以要确保停止发现后再去连接。
可检测性：Android设备默认是处于不可检测状态的，可以发送Intent使系统设置发出可检测模式请求，之后默认设备会变为可检测状态并持续120s，也可以自定义持续时间，最大为3600s。之后将会显示一个用户允许的对话框。若设备未开启蓝牙，启用设备可检测性时会自动启用蓝牙

 Intent discoverableIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_DISCOVERABLE);
 discoverableIntent.putExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_DISCOVERABLE_DURATION,300);
 startActivityForResult(discoverableIntent);

配对：意味着两台设备知晓彼此的存在，具有可用于身份验证的共享链路密钥，并且能够与彼此建立加密连接。在执行设备发现之前，有必要先查询已配对设备。
连接：意味着设备当前共享一个 RFCOMM 通道，并且能够向彼此传输数据

连接设备

两台设备必须实现服务端/客户端机制才能创建连接（一台必须开放服务器套接字，一台必须发起连接）。当服务器和客户端在同一 RFCOMM 通道上分别拥有已连接的 BluetoothSocket 时，二者将被视为彼此连接。在这种情况下每台设备都能获得输入和输出流式传输，并且可以开始传输数据。在连接之前若两个设备未配对，则会自动发出配对请求。

服务器设备必须保持开放一个BluetoothServerSocket，监听传入的连接请求，在接受请求后从BluetoothServerSocket提供一个已经连接的BluetoothSocket，然后就可以close这个监听，并释放BluetoothServerSocket的所有资源，但不会关闭已经连接的BluetoothSocket，与TCP/IP不同的是RFCOMM 一次只允许每个通道有一个已经连接的客户端
客户端设备通过connect发起连接，系统将会在远程设备上执行 SDP 查找，来匹配 UUID。如果查找成功了并且远程设备接受了该连接，它将共享 RFCOMM 通道在连接期间使用。这个时候 connect() 就会返回。这个方法也是阻塞的，如果失败或者超时（12秒之后），将引发异常。调用 connect 的时候要确保客户端没有执行发现操作。如果执行了会大幅度降低连接的速度，增加失败的可能性，因此在连接之前，应该尽量都要调用一次cancelDiscovery（无论是否在扫描）
建立连接后，两个设备都有一个BluetoothSocket，并通过该Socket进行流式传输数据4
与BLE设备连接，就是连接到该设备的GATT服务，并得到一个BluetoothGatt对象，通过该对象和BLE设备交互，在支持的位置读取和写入属性。