一、GAP
GAP全名是Generic Access Profile,通用訪問配置文件，它定義了藍牙設備的角色，中心和外設，並且控制他們的連接和廣播數據。廣播數據有兩種方式：廣播數據和掃描回覆數據，數據包大小最長爲31字節，其中廣播數據方式是必需的。
廣播數據就是藍牙設備自己定時廣播數據出來，讓周圍環境的其它設備可以掃描到它，知道它的存在，是外設主動完成的。而掃描回覆數據是可選的，它會根據需要響應請求，比如收到中心設備連接請求，會響應這個請求。這個協議決定了藍牙設備的交互方式，比如iBeacon只能向外廣播消息，而小米手環可以與中心設備雙向通信。
GAP的工作流程如下圖：
GAP廣播流程圖.png
大部分情況外設廣播自己來讓中心設備發現自己並建立連接，然後GATT（後面講到）就可以用來進行更多的數據交換，這種方式是獨佔的，就是建立連接了以後外設就不再廣播了，只跟連接上的中心通信。但也有一種是不需要連接的，比如上面說的Beancon設備，它只需要向外廣播數據，只要在一定的範圍內，所有的中心設備都可以收到數據，不需要指定跟具體某個中心建立連接，他們的網絡拓撲圖如下：
GAP廣播方式網絡拓撲圖.png
二、GATT
GATT，全名Generic Attribute Profile, 通用屬性配置文件。它定義了兩個BLE設備的數據傳輸方式和兩個概念：Services 和 Characteristics。它建立在ATT（Attribute Protocol）協議的基礎上，ATT協議主要是定義了Attribute（屬性）這個數據結構。
一個attribute由三個元素組成：
1、16 bit的句柄（唯一性，用於區分和查找不同的attribute）
2、UUID（ATT本身不定義，留給GATT來定義）
3、一個定長的值value（配合UUID使用，由GATT來決定這個UUID的意義和數據）
GATT協議中的Service和Characteristic需要遵循ATT這種數據結構，ATT會管理這些數據並提供查找方法。
GATT是建立在GAP基礎之上發揮作用的，就是兩個BLE設備只有通過GAP建立連接之後才能用GATT進行通信。上面說了掃描回覆數據交互方式是獨佔的，所以GATT通信只允許是一個外設和一箇中心連接。如果兩個外設想要通信，唯一的方式就是建立GATT連接，通過中心來中轉。
記住：一個外設只能跟一箇中心建立連接（獨佔的），而一箇中心可以同時連接多個外設（一個手機可以同時連接多個BLE設備）
GATT連接網絡拓撲圖
GATT網絡拓撲圖.png
GATT通信的雙方是C/S關係，外設作爲GATT的服務器（Server），中心設備是GATT的客戶端（Client），它向Server發起請求。注意，所有的通信都是由主設備（客戶端Client）發起，服務器Server響應數據反饋給Client。一旦建立了通信連接，外設會建議中心設備做定時連接（connection interval），這樣中心設備就會在每個連接間隔嘗試重新連接，檢查有沒有新的數據。這個只是一個建議，中心設備可能不會嚴格按照這個時間間隔來執行，例如中心設備正忙於連接其它外設或者資源太忙。
外設與中心數據交換圖：
數據交換圖.png
GATT結構由嵌套的Profile、Service、Characteristics組成，如下圖：
GATT結構圖.png
Profile，每個Profile就是預先定義好的Service集合。例如官方的心率Heart Rate Profile就是結合了Heart Rate Service和Device Information Service（可以在這裏下載下面這兩個PDF文件查看詳細內容）
心率.png
所有官方通過GATT的Profile可以看這裏
Service就是一個獨立的邏輯項，它包含一個或多個Characteristic，每個Service都由唯一的UUID標識，UUID有16位的有128位的，16位的UUID是官方通過認證的，需要花錢購買，128位的可以隨便自己定義。完整的Service列表可以看這裏。
Characteristic是GATT中最小的邏輯數據單元，當然它可能包含一組關聯的數據，例如加速度計的 X/Y/Z 三軸值。還是官方心率的例子，可以看到它包含了 3 個 Characteristic：Heart Rate Measurement、Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point，並且定義了只有第一個是必須的，其他是可選實現的。
每個Characteristic對應的value就是對應格式的實際心率數據。中心可以通過讀取service、再進一步讀取characteristic來獲得具體的心率數值。
與Service類似，每個 Characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 UUID 唯一標識。所有數據交互必須通過明確的UUID確定到service和characteristic。
你可以免費使用 Bluetooth SIG 官方定義的標準 Characteristic，使用官方定義的，可以確保 BLE 的軟件和硬件能相互理解。當然，你可以自定義 Characteristic，這樣的話，就只有你自己的軟件和外設能夠相互理解。
實際上，和 BLE 外設打交道，主要是通過 Characteristic。你可以從 Characteristic 讀取數據，也可以往 Characteristic 寫數據。這樣就實現了雙向的通信。所以你可以自己實現一個類似串口（UART）的 Sevice，這個 Service 中包含兩個 Characteristic，一個被配置只讀的通道（RX），另一個配置爲只寫的通道（TX）。
作者：eb59f8b6f06e
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