一、前置知识
本文主要介绍的是基于RFCOMM协议实现的经典蓝牙基础性能测试应用Demo的实现及方案选型。为便于理解，本文分为两个板块，第一个板块会从相关的蓝牙基础知识开始介绍，第二个板块主要介绍Demo使用的蓝牙基本性能测试项的选项和实现思路。
1.1 Android平台对蓝牙的支持
1.1.1 官方资料
官方文档对Android平台下蓝牙模块的可用API和使用方式都有详尽的介绍，如有兴趣可以自行了解：developer.android.google.cn/develop/con…
1.1.2 概括
蓝牙的使用无非要历经扫描附近可用的设备，发起配对，建立连接，传输数据等阶段，在这个过程中需要注意的是Android平台目前针对“经典蓝牙”和“蓝牙低功耗（BLE）”两类蓝牙设备提供了两套标准API，因此使用时要注意根据实际的业务场景来决定要使用哪一套。特别注意这两套API不可混合使用，避免重复扫描或是其他不可控因素的出现。
接下来简要介绍这两类设备的差异及对应的API。
1.2 经典蓝牙和BLE蓝牙
1.2.1 一图流说明
1.2.2 拓展
经典蓝牙（Classic Bluetooth）和低功耗蓝牙（BLE）是两种不同的蓝牙技术，它们在应用、功耗和支持的协议版本等方面有很大的区别：
（1）应用和用途： 经典蓝牙：用于在较短距离内（通常不超过10米）进行高速数据传输，如音频传输（例如耳机、音响系统）、 文件传输、键盘和鼠标连接等。 低功耗蓝牙（BLE）：主要用于低功耗应用，如传感器、健康和医疗设备、物联网（IoT）设备等，它通常在较长时间内维持连接并以最低功耗传输小量数据。
（2）数据传输速度： 经典蓝牙：支持更高的数据传输速度，适用于需要传输大量数据的应用。 低功耗蓝牙（BLE）：传输速度较低，适用于小型数据包的周期性传输。
（3）功耗： 经典蓝牙：通常功耗较高，不适合长时间的低功耗操作，因此不适用于电池寿命要求较高的设备。 低功耗蓝牙（BLE）：设计用于低功耗操作，能够在较长时间内维持连接，适用于电池供电设备。
（4）连接方式： 经典蓝牙：使用较复杂的连接过程，需要建立连接并保持连接。 低功耗蓝牙（BLE）：支持快速连接和断开，以节省能量。
（5）协议版本： 经典蓝牙：支持不同版本的规范，如Bluetooth 2.0、Bluetooth 3.0、Bluetooth 4.0、Bluetooth 5.0等。 低功耗蓝牙（BLE）：支持不同版本的规范，如Bluetooth 4.0、Bluetooth 4.1、Bluetooth 4.2、Bluetooth 5.0、Bluetooth 5.1和Bluetooth 5.2。每个版本都引入了新的功能和改进，如安全性增强、速度提升、广播范围增加等。
1.3 Android平台下对两类蓝牙设备的API支持
1.3.1 两类蓝牙设备API在使用前都需要的步骤
（1）申请权限，参考官方文档即可：developer.android.google.cn/develop/con…
（2）获取bluetoothAdapter，确认设备是否支持蓝牙
val bluetoothManager: BluetoothManager = getSystemService(BluetoothManager::class.java)
val bluetoothAdapter: BluetoothAdapter? = bluetoothManager.getAdapter()
if (bluetoothAdapter == null) {
// Device doesn't support Bluetooth
}
（3）启用蓝牙 同样通过bluetoothAdapter，调用isEnabled确认设备是否支持蓝牙
if (bluetoothAdapter?.isEnabled == false) {
val enableBtIntent = Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE)
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT)
}
在用户授权并打开蓝牙后，我们就可以同时使用传统蓝牙和蓝牙低功耗（BLE）。
1.3.2 经典蓝牙工作流程简介
（1）查询已配对设备
val pairedDevices: Set<BluetoothDevice>? = bluetoothAdapter?.bondedDevices
pairedDevices?.forEach { device ->
val deviceName = device.name
val deviceHardwareAddress = device.address // MAC address
}
（2）发现设备 主要是通过bluetoothAdapter.startDiscovery()，然后接收BluetoothDevice.ACTION_FOUND广播即可。
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
...
// Register for broadcasts when a device is discovered.
val filter = IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_FOUND)
registerReceiver(receiver, filter)
}
// Create a BroadcastReceiver for ACTION_FOUND.
private val receiver = object : BroadcastReceiver() {
override fun onReceive(context: Context, intent: Intent) {
val action: String = intent.action
when(action) {
BluetoothDevice.ACTION_FOUND -> {
// Discovery has found a device. Get the BluetoothDevice
// object and its info from the Intent.
val device: BluetoothDevice =
intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE)
val deviceName = device.name
val deviceHardwareAddress = device.address // MAC address
}
}
}
}
override fun onDestroy() {
super.onDestroy()
...
// Don't forget to unregister the ACTION_FOUND receiver.
unregisterReceiver(receiver)
}
（3）设置设备可见性
Tips：标准的Settings中，只有当用户处于Settings的蓝牙界面时，才会把设备的蓝牙可见性设置为可见，否则一般默认是仅可连接，也就是只有曾经配对过的设备才能看见当前设备，如果需要在某些特定业务场景下允许当前设备能被其他设备发现，不妨自己主动设置当前设备为可见。注意，设置当前设备可见性会增加功耗，对于功耗敏感型的设备需谨慎使用；另外，对于通常应用来讲，只能设置设备为可见，但无法主动设置当前设备为隐藏或是仅可连接，因为设置可见性的接口对应用层是隐藏的，通常只有系统级应用才允许使用。
val requestCode = 1;
//设置当前设备五分钟内可见
val discoverableIntent: Intent = Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_DISCOVERABLE).apply {
putExtra(BluetoothAdapter.EXTRA_DISCOVERABLE_DURATION, 300)
}
startActivityForResult(discoverableIntent, requestCode)
1.3.3 低功耗蓝牙（BLE）工作流程简介
（1）低功耗蓝牙（BLE）核心概念简介
1.GATT (Generic Attribute Profile): 定义了 BLE 设备间数据交换的规范和格式。
2.服务 (Service): 相关特性的集合，用于实现设备上的一个功能。每个服务由一个唯一的 UUID 标识。
3.特性 (Characteristic): 一个数据值，包含了设备的状态或数据。它可以是可读的、可写的、或支持通知/指示的。每个特性也由一个 UUID 标识。
4.描述符 (Descriptor): 提供关于特性的更多信息，例如可读的描述或如何格式化特性值。
举例来说： 你有一台 Android 手机和一台支持 BLE 的设备（如家居传感器），该外围BLE设备会将传感器数据报告回手机。 手机（中央设备）会主动扫描 BLE 设备。外围设备会进行广播，并等待收到连接请求。 手机与外围BLE设备建立连接后，它们便开始相互传送 GATT 元数据。在这个例子中，手机上运行的应用会发送数据请求，因此它充当 GATT 客户端。外围的BLE设备则会执行这些请求，因此它充当 GATT 服务器。
实现流程主要有以下几个阶段：
（2）查找BLE设备 主要区别，扫描BLE设备使用的是bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner.startScan(ScanCallback callback)
private val bluetoothLeScanner = bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner
private var scanning = false
private val handler = Handler()
// Stops scanning after 10 seconds.
private val SCAN_PERIOD: Long = 10000
private fun scanLeDevice() {
if (!scanning) { // Stops scanning after a pre-defined scan period.
handler.postDelayed({
scanning = false
bluetoothLeScanner.stopScan(leScanCallback)
}, SCAN_PERIOD)
scanning = true
bluetoothLeScanner.startScan(leScanCallback)
} else {
scanning = false
bluetoothLeScanner.stopScan(leScanCallback)
}
}
在设置的Callback内接受扫描结果：
private val leDeviceListAdapter = LeDeviceListAdapter()
// Device scan callback.
private val leScanCallback: ScanCallback = object : ScanCallback() {
override fun onScanResult(callbackType: Int, result: ScanResult) {
super.onScanResult(callbackType, result)
leDeviceListAdapter.addDevice(result.device)
leDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged()
}
}
（3）从扫描结果中选择一个设备进行连接
1.定义GATT回调BluetoothGattCallback
// 用于管理已连接的 GATT 客户端
var connectedGatt by remember { mutableStateOf<BluetoothGatt?>(null) }
var servicesDiscovered by remember { mutableStateOf(false) }
val gattCallback = remember {
object : BluetoothGattCallback() {
override fun onConnectionStateChange(gatt: BluetoothGatt, status: Int, newState: Int) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
Log.i("GATT", "Connected to GATT server.")
connectedGatt = gatt
// 连接成功后，立即开始发现服务
scope.launch(Dispatchers.IO) {
gatt.discoverServices()
}
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
Log.i("GATT", "Disconnected from GATT server.")
connectedGatt?.close()
connectedGatt = null
servicesDiscovered = false
}
}
override fun onServicesDiscovered(gatt: BluetoothGatt, status: Int) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
Log.i("GATT", "Services discovered.")
servicesDiscovered = true
// 遍历 gatt.services 来查看所有可用的服务和特性
gatt.services.forEach { service ->
Log.d("GATT_SERVICE", "Service UUID: ${service.uuid}")
service.characteristics.forEach { characteristic ->
Log.d("GATT_CHAR", " - Characteristic UUID: ${characteristic.uuid}")
}
}
} else {
Log.w("GATT", "onServicesDiscovered received: $status")
}
}
override fun onCharacteristicRead(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, value: ByteArray, status: Int) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
val data = value.toString(Charsets.UTF_8) // 假设是 UTF-8 编码
Log.i("GATT_READ", "Read characteristic ${characteristic.uuid}: $data")
// 更新 UI ...
}
}
override fun onCharacteristicWrite(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, status: Int) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
Log.i("GATT_WRITE", "Wrote to characteristic ${characteristic.uuid} successfully")
}
}
// onCharacteristicChanged 订阅通知后，数据变化时被调用
override fun onCharacteristicChanged(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, value: ByteArray) {
val data = value.toString(Charsets.UTF_8)
Log.i("GATT_NOTIFY", "Characteristic ${characteristic.uuid} changed: $data")
// 更新 UI ...
}
}
2.对发现的蓝牙低功耗（BLE）设备发起连接
Button(
onClick = {
if (connectedGatt?.device == device) {
// 断开连接
connectedGatt?.disconnect()
} else {
...
// 连接到设备
//gattCallback就是上一步中定义好的gatt回调
device.connectGatt(context, false, gattCallback, BluetoothDevice.TRANSPORT_LE)
}
},
...
) {
...
}
二、基于传统蓝牙实现的蓝牙基本功能测试Demo
2.1 需求描述
从应用层角度检查当前设备蓝牙基本功能（配对/连接）是否正常，并给出可用于反映蓝牙基本性能的测试项。
2.2 主要功能实现思路
本Demo基于Kotlin+Compose实现，由于使用场景不涉及低功耗蓝牙（BLE）设备的通信，因此实现仅考虑传统蓝牙场景。
2.2.1 配对/连接测试
将设备分为待测机和配合机，配合机只需保证能被其他设备发现即可。 以下为Demo主页面总览，左侧为功能区，中间栏为已配对设备显示区，右侧栏则为附近可用蓝牙设备列表展示和测试结果显示区。
要测试蓝牙配对/连接的功能，待测机点击扫描设备，在右侧列表中发现配合机点击发起连接即可，配对成功配合机会显示在中间已配对设备列表中，这部分功能基于前文提到的经典蓝牙扫描和连接的标准API实现即可。
2.2.2 蓝牙基本性能测试
这些高级测试项都涉及蓝牙数据传输，因此需要待测机和配合机都安装此应用进行测试。蓝牙通信本身支持多种协议，最常见的有以下几种：
•A2DP (高级音频分发协议)：专门用来传输高质量立体声音频的工具（例如，手机连接蓝牙音箱播放音乐）。
•HID (人机接口设备协议)：专门用来传输控制指令的工具（例如，连接蓝牙键盘、鼠标）。
•HFP (免提协议)：专门用于语音通话的工具（例如，连接车载蓝牙讲电话）。
•SPP (串行端口协议)：提供了一个通用的、像串口一样的数据传输通道。它是最基础的数据管道之一。
我们目前的需求只是对待测设备的蓝牙基本功能进行测试，不涉及大批量或是音频数据的传输，因此选择最基础的通信协议SPP即可，并且由于此协议较为简单，不涉及复杂的音视频编解码逻辑，从一定程度上更能反映设备蓝牙的基本性能。这里补充一个概念RFCOMM（Radio Frequency Communication）串行通信协议，它能使蓝牙设备能够模拟传统的串口通信（类似于 RS-232），提供一个可靠的方式进行数据传输，而前面我们提到的SPP（Serial Port Profile）则是一种蓝牙配置文件，基于 RFCOMM 协议。这一配置文件定义了如何在蓝牙设备之间实现串行端口的通信，因此严格来说，在本demo中待测机和配合机直接通过RFCOMM协议进行蓝牙通信。
有了以上的概念，为了后续的蓝牙基本性能测试，此demo遵循以下的设计思路完成。采用C/S架构，配合机作为服务端，创建一个BluetoothServerSocket，使用唯一标识UUID来监听客户端连接请求bluetoothAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord("MyService", MY_UUID)，然后调用serverSocket.accept()阻塞方法进行等待，直到有客户端设备接入为止。一旦有客户端连接成功，accept() 方法会返回一个代表这个连接的 BluetoothSocket 对象。 待测机作为客户端，可以发现周围可用的蓝牙设备，并发起配对，配对成功后在已配对设备列表可以执行连接，调用BluetoothDevice.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID)来创建一个BluetoothSocket对象，接着调用这个对象的connect()方法发起连接，这也是一个阻塞式的方法，如果成功方法会正常返回，如果失败则会抛出异常。一旦客户端和服务端连接成功，就可以自由的双向发送和接收数据了。以下是基于此思路实现的具体测试项介绍。
（1）蓝牙延时测试
当已建立起RFCOMM连接，点击蓝牙延时测试项，客户端会立刻开始计时并通过这个链接发送一个极小的数据包，在服务端接收到这个数据后，会不作任何处理立刻返回，客户端接收这个返回的数据包后，终止计时，并计算往返时间（RTT），最终的蓝牙延迟为RTT/2，单位为ms。
（2）蓝牙吞吐量测试
采用 “Echo回声” 测试法。客户端发送一个大尺寸的数据块（例如256KB），服务端的职责不变，仍然是简单地将收到的所有数据原样反弹回来。
客户端操作：点击“蓝牙吞吐量测试”按钮后：
a.客户端准备一个256KB的数据包。
b.记录一个开始时间戳，然后将数据包完整地发送出去。
c.客户端进入接收模式，等待并接收从服务端反弹回来的整整256KB数据。
d.一旦接收完毕，记录一个结束时间戳。
结果计算与显示：程序会计算出整个往返过程所花费的时间，并由此计算出单向的有效传输速率。最终结果会以 KB/s (千字节每秒) 为单位，显示在右侧的“测试结果”区域中。
（3）蓝牙数据完整性测试
使用行业标准的 CRC32 (循环冗余校验) 算法来验证数据。
客户端操作：点击“蓝牙数据完整性测试”按钮后：
a.客户端在内存中创建一个 1KB (1024字节) 的数据包。
b.使用 java.util.zip.CRC32 库，计算出这个原始数据包的 校验和 (Checksum)。
c.将这个1KB的数据包完整地发送给服务端。
d.客户端进入接收模式，等待并接收从服务端“反弹”回来的整整1KB数据。
e.客户端对接收到的数据包，用同样的CRC32算法，计算一个新的校验和。
f.对比两个校验和。如果它们完全一致，证明数据在“一来一回”的完整链路中没有发生任何损坏。
三、结语
此Demo主要还是基于经典蓝牙API的实现，没有涉及低功耗蓝牙（BLE）的处理，小弟才疏学浅，文章中难免有疏漏之处，如有表述不清或是错漏的部分，还希望各位大佬能够不吝赐教。
源码已上传夸克，感兴趣的朋友可以自行下载阅读。
链接：pan.quark.cn/s/6a3cb0906… 提取码：8Ncd
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