Android藍牙4.0 ble開發初步理解 （一）

一、關鍵概念：

Generic Attribute Profile (GATT)

通過BLE連接，讀寫屬性類小數據的Profile通用規範。現在所有的BLE應用Profile都是基於GATT的。

 

Attribute Protocol (ATT)

GATT是基於ATT Protocol的。ATT針對BLE設備做了專門的優化，具體就是在傳輸過程中使用盡量少的數據。每個屬性都有一個唯一的UUID，屬性將以characteristics and services的形式傳輸。

 

Characteristic

Characteristic可以理解爲一個數據類型，它包括一個value和0至多個對次value的描述（Descriptor）。

 

Descriptor

對Characteristic的描述，例如範圍、計量單位等。

 

Service

Characteristic的集合。例如一個service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多個Characteristics，其中可能包含一個叫做“heart rate measurement"的Characteristic。

 

二、角色和職責：

Android設備與BLE設備交互有兩組角色：

 

中心設備和外圍設備（Central vs. peripheral）；

GATT server vs. GATT client.

 

Central vs. peripheral:

中心設備和外圍設備的概念針對的是BLE連接本身。Central角色負責scan advertisement。而peripheral角色負責make advertisement。

 

GATT server vs. GATT client:

這兩種角色取決於BLE連接成功後，兩個設備間通信的方式。

 

舉例說明：

現有一個活動追蹤的BLE設備和一個支持BLE的Android設備。Android設備支持Central角色，而BLE設備支持peripheral角色。創建一個BLE連接需要這兩個角色都存在，都僅支持Central角色或者都僅支持peripheral角色則無法建立連接。

 

當連接建立後，它們之間就需要傳輸GATT數據。誰做server，誰做client，則取決於具體數據傳輸的情況。例如，如果活動追蹤的BLE設備需要向Android設備傳輸sensor數據，則活動追蹤器自然成爲了server端；而如果活動追蹤器需要從Android設備獲取更新信息，則Android設備作爲server端可能更合適。

 

 

三、權限及feature：

和經典藍牙一樣，應用使用藍牙，需要聲明BLUETOOTH權限，如果需要掃描設備或者操作藍牙設置，則還需要BLUETOOTH_ADMIN權限：

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

 

除了藍牙權限外，如果需要BLE feature則還需要聲明uses-feature：

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

 

按時required爲true時，則應用只能在支持BLE的Android設備上安裝運行；required爲false時，Android設備均可正常安裝運行，需要在代碼運行時判斷設備是否支持BLE feature：

 

// Use this check to determine whether BLE is supported on the device. Then
// you can selectively disable BLE-related features.
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
    Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    finish();
}

 

 

四、啓動藍牙：

在使用藍牙BLE之前，需要確認Android設備是否支持BLE feature(required爲false時)，另外要需要確認藍牙是否打開。 

如果發現不支持BLE，則不能使用BLE相關的功能。如果支持BLE，但是藍牙沒打開，則需要打開藍牙。

 

打開藍牙的步驟：

 

1、獲取BluetoothAdapter

 

BluetoothAdapter是Android系統中所有藍牙操作都需要的，它對應本地Android設備的藍牙模塊，在整個系統中BluetoothAdapter是單例的。當你獲取到它的示例之後，就能進行相關的藍牙操作了。

 

獲取BluetoothAdapter代碼示例如下：

// Initializes Bluetooth adapter.
final BluetoothManager bluetoothManager =
        (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

 

注：這裏通過getSystemService獲取BluetoothManager，再通過BluetoothManager獲取BluetoothAdapter。BluetoothManager在Android4.3以上支持(API level 18)。

 

2、判斷是否支持藍牙，並打開藍牙

 

獲取到BluetoothAdapter之後，還需要判斷是否支持藍牙，以及藍牙是否打開。

如果沒打開，需要讓用戶打開藍牙：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
...
// Ensures Bluetooth is available on the device and it is enabled. If not,
// displays a dialog requesting user permission to enable Bluetooth.
if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

 

 

五、搜索BLE設備：

通過調用BluetoothAdapter的startLeScan()搜索BLE設備。調用此方法時需要傳入 BluetoothAdapter.LeScanCallback參數。

因此你需要實現 BluetoothAdapter.LeScanCallback接口，BLE設備的搜索結果將通過這個callback返回。

 

由於搜索需要儘量減少功耗，因此在實際使用時需要注意：

 

1、當找到對應的設備後，立即停止掃描；

2、不要循環搜索設備，爲每次搜索設置適合的時間限制。避免設備不在可用範圍的時候持續不停掃描，消耗電量。

 

搜索的示例代碼如下：

/**
 * Activity for scanning and displaying available BLE devices.
 */
public class DeviceScanActivity extends ListActivity {

    private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
    private boolean mScanning;
    private Handler mHandler;

    // Stops scanning after 10 seconds.
    private static final long SCAN_PERIOD = 10000;
    ...
    private void scanLeDevice(final boolean enable) {
        if (enable) {
            // Stops scanning after a pre-defined scan period.
            mHandler.postDelayed(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    mScanning = false;
                    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
                }
            }, SCAN_PERIOD);

            mScanning = true;
            mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);
        } else {
            mScanning = false;
            mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);
        }
        ...
    }
...
}

 

如果你只需要搜索指定UUID的外設，你可以調用 startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)方法。

其中UUID數組指定你的應用程序所支持的GATT Services的UUID。

 

 

BluetoothAdapter.LeScanCallback的實現示例如下：

private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;
...
// Device scan callback.
private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =
        new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
    @Override
    public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,
            byte[] scanRecord) {
        runOnUiThread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
               mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);
               mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();
           }
       });
   }
};

 

注意：搜索時，你只能搜索傳統藍牙設備或者BLE設備，兩者完全獨立，不可同時被搜索。

 

 

六、連接GATT Server：

兩個設備通過BLE通信，首先需要建立GATT連接。這裏我們講的是Android設備作爲client端，連接GATT Server。

連接GATT Server，你需要調用BluetoothDevice的connectGatt()方法。此函數帶三個參數：Context、autoConnect(boolean)和BluetoothGattCallback對象。調用示例：

 

mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);

 

函數成功，返回BluetoothGatt對象，它是GATT profile的封裝。通過這個對象，我們就能進行GATT Client端的相關操作。BluetoothGattCallback用於傳遞一些連接狀態及結果。

 

BluetoothGatt常規用到的幾個操作示例:

 

connect() ：連接遠程設備。

discoverServices() : 搜索連接設備所支持的service。

disconnect()：斷開與遠程設備的GATT連接。

close()：關閉GATT Client端。

readCharacteristic(characteristic) ：讀取指定的characteristic。

setCharacteristicNotification(characteristic, enabled) ：設置當指定characteristic值變化時，發出通知。

getServices() ：獲取遠程設備所支持的services。

 

等等。

 

注：

1、某些函數調用之間存在先後關係。例如首先需要connect上才能discoverServices。

2、一些函數調用是異步的，需要得到的值不會立即返回，而會在BluetoothGattCallback的回調函數中返回。例如discoverServices與onServicesDiscovered回調，readCharacteristic與onCharacteristicRead回調，setCharacteristicNotification與onCharacteristicChanged回調等。