android Ble通信

一.BLE介绍

BLE是Bluetooth Low Energy的缩写，又叫蓝牙4.0，区别于蓝牙3.0和之前的技术。BLE前身是NOKIA开发的Wibree技术，主要用于实现移动智能终端与周边配件之间的持续连接，是功耗极低的短距离无线通信技术，并且有效传输距离被提升到了100米以上，同时只需要一颗纽扣电池就可以工作数年之久。BLE是在蓝牙技术的基础上发展起来的，既同于蓝牙，又区别于传统蓝牙。BLE设备分单模和双模两种，双模简称BR，商标为Bluetooth Smart Ready，单模简称BLE或者LE,商标为Bluetooth Smart。Android是在4.3后才支持BLE，这说明不是所有蓝牙手机都支持BLE，而且支持BLE的蓝牙手机一般是双模的。双模兼容传统蓝牙，可以和传统蓝牙通信，也可以和BLE通信，常用在手机上，android4.3和IOS4.0之后版本都支持BR，也就是双模设备。单模只能和BR和单模的设备通信，不能和传统蓝牙通信，由于功耗低，待机长，所以常用在手环的智能设备上。

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二、基本概念

1. Generic Access Profile(GAP)
   用来控制设备连接和广播，GAP使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。

2. Generic Attribute Profile(GATT)
   通过BLE连接，读写属性类数据的Profile通用规范，现在所有的BLE应用Profile都是基于GATT的。

3. Attribute Protocol (ATT)
   GATT是基于ATTProtocol的，ATT针对BLE设备做了专门的优化，具体就是在传输过程中使用尽量少的数据，每个属性都有一个唯一的UUID，属性将以characteristics and services的形式传输。

4. Characteristic
   Characteristic可以理解为一个数据类型，它包括一个value和0至多个对次value的描述（Descriptor）。

5. Descriptor
   对Characteristic的描述，例如范围、计量单位等。

6. Service
   Characteristic的集合。例如一个service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多个Characteristics，其中可能包含一个叫做“heart ratemeasurement”的Characteristic。

7. UUID
   唯一标示符，每个Service，Characteristic，Descriptor，都是由一个UUID定义。

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三、Android BLE API

1. BluetoothManager:
   通过BluetoothManager来获取BluetoothAdapter。
   BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);

2. BluetoothAdapter:
   代表了移动设备的本地的蓝牙适配器, 通过该蓝牙适配器可以对蓝牙进行基本操作，一个Android系统只有一个BluetoothAdapter，通过BluetoothManager获取。
   BluetoothAdapter bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();

3. BluetoothDevice:
   扫描后发现可连接的设备，获取已经连接的设备。
   BluetoothDevice bluetoothDevice = bluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

4. BluetoothGatt:
   继承BluetoothProfile，通过BluetoothGatt可以连接设备（connect）,发现服务（discoverServices），并把相应地属性返回到BluetoothGattCallback，可以看成蓝牙设备从连接到断开的生命周期。

5. BluetoothGattCharacteristic:
   相当于一个数据类型，可以看成一个特征或能力，它包括一个value和0~n个value的描述（BluetoothGattDescriptor）。

6. BluetoothGattDescriptor:
   描述符，对Characteristic的描述，包括范围、计量单位等。

7. BluetoothGattService:
   服务，Characteristic的集合。

8. BluetoothProfile:
   一个通用的规范，按照这个规范来收发数据。

9. BluetoothGattCallback:
   已经连接上设备，对设备的某些操作后返回的结果。

   • onConnectionStateChange:Callback indicating when GATT client has connected/disconnected to/from a remote GATT server.
   • onServicesDiscovered:Callback invoked when the list of remote services, characteristics and descriptors for the remote device have been updated, ie new services have been discovered.
   • onCharacteristicChanged:Callback triggered as a result of a remote characteristic notification.
   • onCharacteristicRead:Callback reporting the result of a characteristic read operation.
   • onCharacteristicWrite:Callback indicating the result of a characteristic write operation.

四、操作流程

google GitHub例子连接BluetoothLe
google Developers Bluetooth SDK reference
首先权限不能忘：

uses-permission android:name=”android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION” />
uses-permission android:name=”android.permission.BLUETOOTH” />
uses-permission android:name=”android.permission.BLUETOOTH_ADMIN” />
除了蓝牙权限外，如果需要BLE feature则还需要声明uses-feature：
uses-featureandroid:name=”android.hardware.bluetooth_le”android:required=”true”/>
按时required为true时，则应用只能在支持BLE的Android设备上安装运行；required为false时，Android设备均可正常安装运行，需要在代码运行时判断设备是否支持BLE feature

1.开启蓝牙

在使用蓝牙BLE之前，需要确认Android设备是否支持BLE feature(required为false时)，另外要需要确认蓝牙是否打开。如果发现不支持BLE，则不能使用BLE相关的功能；如果支持BLE，但是蓝牙没打开，则需要打开蓝牙。代码示例如下：

    // 检查当前手机是否支持ble 蓝牙,如果不支持退出程序        if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {            Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();            finish();        }        //初始化 Bluetooth adapter, 通过蓝牙管理器得到一个参考蓝牙适配器(API必须在以上android4.3或以上和版本)        final BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager)getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);        // 检查设备上是否支持蓝牙        mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();        if (mBluetoothAdapter == null) {            Toast.makeText(this, R.string.error_bluetooth_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();            finish();            return;        }        //自Android 6.0开始需要打开位置权限才可以搜索到Ble设备        //如果 API level 是大于等于 23(Android 6.0) 时判断是否具有权限，        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M){            //判断是否具有权限            if (ContextCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED){                //请求权限                ActivityCompat.requestPermissions(this, new String[]{Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION},REQUEST_CODE_ACCESS_COARSE_LOCATION);            }        }        Boolean result =isLocationEnable(this);        if (result){            Log.e(TAG, "用户以打开定位功能===");        }else {            setLocationService();        }

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执行完上面的请求权限后，系统会弹出提示框让用户选择是否允许改权限。选择的结果可以在回到接口中得知：

//执行完上面的请求权限后，系统会弹出提示框让用户选择是否允许改权限。选择的结果可以在回到接口中得知：    @Override    public void onRequestPermissionsResult(int requestCode, @NonNull String[] permissions, @NonNull int[] grantResults) {        if (requestCode == REQUEST_CODE_ACCESS_COARSE_LOCATION) {            if (grantResults.length > 0 && grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {                //用户允许改权限，0表示允许，-1表示拒绝 PERMISSION_GRANTED = 0， PERMISSION_DENIED = -1                //permission was granted, yay! Do the contacts-related task you need to do.                //这里进行授权被允许的处理                Log.e(TAG, "允许定位权限===");            } else {                //permission denied, boo! Disable the functionality that depends on this permission.                //这里进行权限被拒绝的处理                Log.e(TAG, "不允许定位权限===");            }        } else {            super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);        }    }

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判断定位：

    public final boolean isLocationEnable(Context context) {        LocationManager locationManager = (LocationManager) context.getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE);        boolean networkProvider = locationManager.isProviderEnabled(LocationManager.NETWORK_PROVIDER);        boolean gpsProvider = locationManager.isProviderEnabled(LocationManager.GPS_PROVIDER);        if (networkProvider || gpsProvider) {            return true;        }        return false;    }    private void setLocationService() {        Intent locationIntent = new Intent(Settings.ACTION_LOCATION_SOURCE_SETTINGS);        startActivityForResult(locationIntent, REQUEST_CODE_LOCATION_SETTINGS);    }

执行完上面的请求权限后回调:

@Override    protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {        // 用户没有开启蓝牙        if (requestCode == REQUEST_CODE_LOCATION_SETTINGS) {            if (isLocationEnable(this)) {                //定位已打开的处理                Toast.makeText(this, "定位已经打开", Toast.LENGTH_SHORT).show();            }            else {                //定位依然没有打开的处理                Toast.makeText(this, "定位没有打开", Toast.LENGTH_SHORT).show();            }        }        else if (requestCode == REQUEST_ENABLE_BT && resultCode == RESULT_CANCELED) {            finish();            return;        }        super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);    }

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2、设备搜索

• BluetoothAdapter.startDiscovery在大多数手机上是可以同时发现经典蓝牙和Ble的，但是startDiscovery的回调无法返回Ble的广播，所以无法通过广播识别设备，且startDiscovery扫描Ble的效率比StartLeScan低很多。所以在实际应用中，还是StartDiscovery和StartLeScan分开扫，前者扫传统蓝牙，后者扫低功耗蓝牙。

• 由于搜索需要尽量减少功耗，因此在实际使用时需要注意：当找到对应的设备后，立即停止扫描；不要循环搜索设备，为每次搜索设置适合的时间限制，避免设备不在可用范围的时候持续不停扫描，消耗电量。

• 通过调用BluetoothAdapter的 startLeScan() 搜索BLE设备。调用此方法时需要传入 BluetoothAdapter.LeScanCallback 参数。具体代码示例如下：

  /** * Device scan callback. * BluetoothAdapter.LeScanCallback ：public static interface * onLeScan：Callback reporting an LE device found during a device scan initiated by the        startLeScan(BluetoothAdapter.LeScanCallback) function. */private final 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();                    }                });            }        };

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3、设备通信

两个设备通过BLE通信，首先需要建立GATT连接，这里我们讲的是Android设备作为client端，连接GATT Server。连接GATT Server需要调用BluetoothDevice的connectGatt()方法，此函数带三个参数：Context、autoConnect(boolean)和 BluetoothGattCallback 对象。调用后返回BluetoothGatt对象，它是GATT profile的封装，通过这个对象，我们就能进行GATT Client端的相关操作。如断开连接bluetoothGatt.disconnect()，发现服务bluetoothGatt.discoverServices()等等。示例代码如下：

   final BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);   if (device == null) {        Log.w(TAG, "Device not found.  Unable to connect.");        return false;    }    // We want to directly connect to the device, so we are setting the autoConnect    // parameter to false.    //Connect to GATT Server hosted by this device.    mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);    Log.d(TAG, "Trying to create a new connection.");    /**     * BluetoothGattCallback: public abstract class     * onConnectionStateChange:Callback indicating when GATT client has connected/disconnected to/from a remote GATT server.     * onServicesDiscovered:Callback invoked when the list of remote services, characteristics and descriptors for the remote device have been updated, ie new services have been discovered.     * onCharacteristicChanged:Callback triggered as a result of a remote characteristic notification.     * onCharacteristicRead:Callback reporting the result of a characteristic read operation.     * onCharacteristicWrite:Callback indicating the result of a characteristic write operation.     */    private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback(){        @Override        public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {            super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);            Log.i(TAG, "onConnectionStateChange.newState = " + newState);            String intentAction;            if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {                intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;                mConnectionState = STATE_CONNECTED;                broadcastUpdate(intentAction);                Log.i(TAG, "Connected to GATT server.");                // Attempts to discover services after successful connection.                Log.i(TAG, "Attempting to start service discovery:" +                        mBluetoothGatt.discoverServices());            } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {                intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;                mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;                Log.i(TAG, "Disconnected from GATT server.");                broadcastUpdate(intentAction);            }        }        @Override        public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {            super.onServicesDiscovered(gatt, status);            Log.i(TAG, "onServicesDiscovered.");            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {                broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);            } else {                Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);            }        }        @Override        public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {            super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);            Log.i(TAG, "onCharacteristicChanged.");            //broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);        }        @Override        public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {            super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);            Log.i(TAG, "onCharacteristicRead.status = " + status);            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {                broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);            }        }        @Override        public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {            super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);            Log.i(TAG, "onCharacteristicWrite.status = " + status);            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {                broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);            }        }    };

以下为获得Gatt后的相关操作对应的响应方法
//notification to onCharacteristicChanged；
bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

//readCharacteristic to onCharacteristicRead；
bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);

//writeCharacteristic to onCharacteristicWrite；
bluetoothGatt.wirteCharacteristic(mCurrentcharacteristic);

//connect and disconnect to onConnectionStateChange；
bluetoothGatt.connect();
bluetoothGatt.disconnect();

//readDescriptor to onDescriptorRead；
bluetoothGatt.readDescriptor(descriptor);

//writeDescriptor to onDescriptorWrite；
bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

//readRemoteRssi to onReadRemoteRssi；
bluetoothGatt.readRemoteRssi();

//executeReliableWrite to onReliableWriteCompleted；
bluetoothGatt.executeReliableWrite();

//discoverServices to onServicesDiscovered;
bluetoothGatt.discoverServices();