蓝牙 GATT（Generic Attribute Profile）
GATT（通用属性协议）是低功耗蓝牙（BLE）的核心协议之一，定义了设备之间如何通过属性（Attribute） 进行数据交换。它是构建 BLE 应用的基础框架，适用于设备间传输小规模、低频次数据（如传感器数据、指令控制等）。
一、GATT 核心概念与角色
1、角色划分
- GATT Server（服务端）：存储数据并提供服务（如心率传感器存储心率数据）。
- GATT Client（客户端）：主动发起请求，读取或修改服务端数据（如手机 App 读取传感器数据）。 注：一个设备可以同时作为 Server 和 Client（如智能手表既向手机发送数据，又控制耳机）。
2、协议栈位置 GATT 基于ATT（Attribute Protocol）协议实现，属于 BLE 协议栈的上层应用层：
┌───────────────┐
│ GATT │
├───────────────┤
│ ATT │
├───────────────┤
│ L2CAP │
├───────────────┤
│ HCI │
└───────────────┘
二、GATT 数据模型：服务、特征与描述符
GATT 数据以层级结构 组织，包含三个核心层级：
Service（服务）
- 作用：封装一组功能相关的操作（如电池服务、心率服务）。
- UUID：唯一标识符（16-bit 或 128-bit）。
- 标准服务 UUID（如 0x180D 代表心率服务）。
- 自定义服务 UUID（开发者定义，格式如 0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB）。
Characteristic（特征）
- 作用：服务中的具体数据点（如心率值、电池电量）。
- 属性：
- PROPERTY_READ：可读
- PROPERTY_WRITE：可写
- PROPERTY_NOTIFY：可通知（服务端主动推送数据）
- PROPERTY_INDICATE：需确认的通知（客户端需回复确认）
- 结构：
┌───────────────────┐
│ Characteristic │
│ - Value │ // 实际数据（如 0x64 表示心率 100）
│ - Descriptors │ // 描述符（如客户端配置通知）
└───────────────────┘
Descriptor（描述符）
- 作用：描述特征的元数据或配置选项。
- 常用描述符：
- Client Characteristic Configuration Descriptor（CCCD，UUID: 0x2902）用于启用/禁用特征的通知（NOTIFY 或 INDICATE）。写入 0x0001 启用通知，0x0000 禁用。
- Characteristic User Description（UUID: 0x2901）存储人类可读的特征描述（如“心率测量值”）。
三、GATT 数据操作流程（Android 示例）
1. 客户端连接与发现服务
// 连接 GATT 服务端（以手机作为客户端连接传感器为例）
BluetoothGatt gatt = device.connectGatt(context, false, new BluetoothGattCallback() {
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
gatt.discoverServices(); // 发现服务
}
}
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
// 获取所有服务
List<BluetoothGattService> services = gatt.getServices();
// 查找目标服务（如心率服务）
BluetoothGattService heartRateService = gatt.getService(UUID.fromString("0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB"));
}
}
});
2. 读取特征值
BluetoothGattCharacteristic characteristic = heartRateService.getCharacteristic(UUID.fromString("00002A37-0000-1000-8000-00805F9B34FB"));
gatt.readCharacteristic(characteristic); // 触发读取请求
// 在回调中接收数据
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
byte[] data = characteristic.getValue(); // 解析数据（如心率值）
}
}
3. 启用通知（监听服务端推送）
// 启用通知
gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
// 配置 gatt 描述符
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805F9B34FB"));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
gatt.writeDescriptor(descriptor);
// 接收通知数据
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
byte[] data = characteristic.getValue(); // 实时数据更新
}
4. 写入特征值（向服务端发送指令）
characteristic.setValue(new byte[]{0x01}); // 设置写入值（如开启传感器）
gatt.writeCharacteristic(characteristic);
// 写入结果回调
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
Log.d("GATT", "写入成功");
}
}
四、GATT 开发注意事项
连接与线程安全
- BLE 操作（如 connectGatt、readCharacteristic）必须在主线程调用，但回调可能在其他线程触发，需使用 Handler 或 runOnUiThread 更新 UI。
- 连接超时处理：Android 默认无连接超时机制，需手动实现（如 Handler.postDelayed）。
MTU 与数据传输优化
- MTU（Maximum Transmission Unit）：默认 23 字节，可通过 gatt.requestMtu() 协商更大的值（如 512 字节），提升传输效率。
- 数据分包：长数据需分多次传输，并处理顺序和完整性。
权限与兼容性
- Android 12+：需动态申请 BLUETOOTH_CONNECT、BLUETOOTH_SCAN 权限。
- 设备差异：部分设备对通知（NOTIFY）支持不稳定，需测试重连机制。
资源释放
断开连接后必须调用 gatt.close()，否则会导致连接泄漏。
五、常见问题与解决
-
连接失败（status ≠ GATT_SUCCESS）
- 检查设备是否在广播，或尝试重启蓝牙适配器。
- 确保应用有正确的定位权限（Android 6.0+ 需要 ACCESS_FINE_LOCATION 用于 BLE 扫描）。
-
特征读写返回 GATT_READ_NOT_PERMITTED
- 服务端特征未配置正确的权限（如客户端尝试写入只读特征）。
-
通知不触发
- 确认已调用 setCharacteristicNotification(true) 并正确写入 CCCD 描述符。
- 服务端特征需配置 PROPERTY_NOTIFY 或 PROPERTY_INDICATE。
-
跨设备兼容性问题
- 不同厂商对 GATT 规范实现可能不一致，需实测并处理异常（如重试机制）。
通过理解 GATT 的结构与操作流程，结合 Android API 的实现，可以高效开发 BLE 应用（如健康监测、智能家居控制等）。
