一．BLE和BT區(qū)別

其實我知道許多程序員不太喜歡閱讀除了代碼以外的文檔，因為有時這些過于冗長的文檔對編程并沒有更多的好處，有了協(xié)議，接口，demo差不多很多人就能寫出很好質(zhì)量的代碼了。但其實更深入的編程是少了閱讀的，閱讀文檔可以解決很多編程中遇到的困難，比如在大數(shù)據(jù)大流量情況下，很多正常的程序會表現(xiàn)出不可靠的一面，這已經(jīng)不是夠編程能解決的了，硬件的配置，服務器帶寬，使用的數(shù)據(jù)庫，調(diào)用的接口都有可能是瓶頸。比如BLE，同樣的藍牙，但卻有著本質(zhì)區(qū)別，一個表現(xiàn)就是不是所有藍牙設備都支持BLE，編程如果不考慮這個問題，程序出錯就會迷茫。再比如連接到BLE或者藍牙上的設備是有數(shù)量限制的，如果不知道這個限制，在連接不上時，也會六神無主。

BLE在智家居中和移動設備中的應用方興未艾，做深入的研究推廣到更多的應用上，還是有意義的。

1藍牙的歷史：藍牙的創(chuàng)始公司是愛立信。1994年愛立信開始對小范圍無線通信技術進行研發(fā)，在1997年，愛立信的研究激發(fā)了其他公司的濃厚興趣，于是1998年2月，一些跨國大公司包括諾基亞、蘋果、三星組成的一個特殊興趣小組（SIG），他們共同的目標是建立一個全球性的小范圍無線通信技術，該項技術就是藍牙。

２.BLE 是Bluetooth Low Energy的縮寫，又叫藍牙4.0，區(qū)別于藍牙3.0和之前的技術。BLE前身是NOKIA開發(fā)的Wibree技術，主要用于實現(xiàn)移動智能終端與周邊配件之間的持續(xù)連接，是功耗極低的短距離無線通信技術，并且有效傳輸距離被提升到了100米以上，同時只需要一顆紐扣電池就可以工作數(shù)年之久。

3. BLE是在藍牙技術的基礎上發(fā)展起來的，既同于藍牙，又區(qū)別于傳統(tǒng)藍牙。BLE設備分單模和雙模兩種，雙模簡稱BR，商標為Bluetooth Smart Ready，單模簡稱BLE或者LE,商標為Bluetooth Smart。Android是在4.3后才支持BLE，這可以解釋不是所有藍牙手機都支持BLE，而且支持BLE的藍牙手機一般是雙模的。

4.雙模兼容傳統(tǒng)藍牙，可以和傳統(tǒng)藍牙通信，也可以和BLE通信，常用在手機上，android4.3和IOS4.0之后版本都支持BR，也就是雙模設備。單模只能和BR和單模的設備通信，不能和傳統(tǒng)藍牙通信，由于功耗低，待機長，所以常用在手環(huán)的智能設備上。這可以解釋手機上的BLE與手環(huán)等設備上的BLE的區(qū)別。

5不是所有手機都支持BLE，因為BLE不僅僅依靠軟件實現(xiàn)，同時需要硬件支持，于是有很多手機不能聯(lián)接智能手環(huán)等設備。Android4.3手機上安裝的是雙模BR，因此兼容藍牙3.0之前的技術，既能與BLE設備通信，也能與傳統(tǒng)藍牙通信，比較耗電，能夠像傳統(tǒng)設備一樣高速傳輸。大部分智能手環(huán)使用的單工BLE，不支持傳統(tǒng)藍牙，不能與之聯(lián)結和通信，低功耗低速率設備。

二．BLE（低功耗藍牙）的用途

應用特點：小包傳輸，手機擴展，低功耗

☆ 2.4G 藍牙低功耗系統(tǒng)

☆ 消費類電子產(chǎn)品

☆ 秱勱電話外圍擴展設備

☆ 運勱和休閑設備

☆ 健康醫(yī)療用品 (血壓計，體溫計 …)

☆ 汽車電子設備

☆ 人機接口設備 (鍵盤，鼠標，遙控器 …)

☆ USB Dongle

三藍牙的工作原理

1 藍牙通信的主從關系

藍牙技術規(guī)定每一對設備之間進行藍牙通訊時，必須一個為主角色，另一為從角色，才能進行通信，通信時，必須由主端進行查找，發(fā)起配對，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。理論上，一個藍牙主端設備，可同時與7個藍牙從端設備進行通訊。一個具備藍牙通訊功能的設備，可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其它主設備來連接，需要時，轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設備發(fā)起呼叫。一個藍牙設備以主模式發(fā)起呼叫時，需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發(fā)起呼叫。這可以解釋為什么有時無法連接藍牙，有可能是連接的藍牙設備過多。

2藍牙的呼叫過程

藍牙主端設備發(fā)起呼叫，首先是查找，找出周圍處于可被查找的藍牙設備。主端設備找到從端藍牙設備后，與從端藍牙設備進行配對，此時需要輸入從端設備的PIN碼，也有設備不需要輸入PIN碼。配對完成后，從端藍牙設備會記錄主端設備的信任信息，此時主端即可向從端設備發(fā)起呼叫，已配對的設備在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的設備，做為從端的藍牙耳機也可以發(fā)起建鏈請求，但做數(shù)據(jù)通訊的藍牙模塊一般不發(fā)起呼叫。鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進行雙向的數(shù)據(jù)或語音通訊。在通信狀態(tài)下，主端和從端設備都可以發(fā)起斷鏈，斷開藍牙鏈路。

3 藍牙一對一的串口數(shù)據(jù)傳輸應用

藍牙數(shù)據(jù)傳輸應用中，一對一串口數(shù)據(jù)通訊是最常見的應用之一，藍牙設備在出廠前即提前設好兩個藍牙設備之間的配對信息，主端預存有從端設備的PIN碼、地址等，兩端設備加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路干預。一對一應用中從端設備可以設為兩種類型，一是靜默狀態(tài)，即只能與指定的主端通信，不被別的藍牙設備查找；二是開發(fā)狀態(tài)，既可被指定主端查找，也可以被別的藍牙設備查找建鏈。

四．Android與BLE

1.關鍵概念：

Generic Attribute Profile (GATT)

通過BLE連接，讀寫屬性類小數(shù)據(jù)的Profile通用規(guī)范?，F(xiàn)在所有的BLE應用Profile都是基于GATT的。

Attribute Protocol (ATT)

GATT是基于ATTProtocol的。ATT針對BLE設備做了專門的優(yōu)化，具體就是在傳輸過程中使用盡量少的數(shù)據(jù)。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可以理解為一個數(shù)據(jù)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，例如范圍、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 ratemeasurement"的Characteristic。一個手環(huán)可能

2.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:

這兩種角色取決于BLE連接成功后，兩個設備間通信的方式。

舉例說明：

現(xiàn) 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(chuàng)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 連接建立后，它們之間就需要傳輸GATT數(shù)據(jù)。誰做server，誰做client，則取決于具體數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。例如，如果活動追蹤的BLE設備需要向 Android設備傳輸sensor數(shù)據(jù)，則活動追蹤器自然成為了server端；而如果活動追蹤器需要從Android設備獲取更新信息，則 Android設備作為server端可能更合適。

3權限及feature：

和經(jīng)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-permissionandroid: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-featureandroid:name="android.hardware.bluetooth_le"android:required="true"/>

按時required為true時，則應用只能在支持BLE的Android設備上安裝運行；required為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 supportedon 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();
}

4、啟動藍牙：

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

如果發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)中BluetoothAdapter是單例的。當你獲取到它的示例之后，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：這里通過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，并打開藍牙

獲取到BluetoothAdapter之后，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 = newIntent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

5、搜索BLE設備：

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

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

由于搜索需要盡量減少功耗，因此在實際使用時需要注意：

1、當找到對應的設備后，立即停止掃描；

2、不要循環(huán)搜索設備，為每次搜索設置適合的時間限制。避免設備不在可用范圍的時候持續(xù)不停掃描，消耗電量。

搜索的示例代碼如下：

[java] view plaincopy

1. /** 
2.  * Activity for scanning and displaying available BLE devices. 
3.  */  
4. public class DeviceScanActivity extends ListActivity {  
5.   
6.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;  
7.     private boolean mScanning;  
8.     private Handler mHandler;  
9.   
10.     // Stops scanning after 10 seconds.  
11.     private static final long SCAN_PERIOD = 10000;  
12.     ...  
13.     private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
14.         if (enable) {  
15.             // Stops scanning after a pre-defined scan period.  
16.             mHandler.postDelayed(new Runnable() {  
17.                 @Override  
18.                 public void run() {  
19.                     mScanning = false;  
20.                     mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
21.                 }  
22.             }, SCAN_PERIOD);  
23.   
24.             mScanning = true;  
25.             mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
26.         } else {  
27.             mScanning = false;  
28.             mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
29.         }  
30.           
31.     }  
32.   
33. }  

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

其中UUID數(shù)組指定你的應用程序所支持的GATT Services的UUID。

BluetoothAdapter.LeScanCallback的實現(xiàn)示例如下：

[java] view plaincopy

1. private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;  
2. ...  
3. // Device scan callback.  
4. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =  
5.         new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
6.     @Override  
7.     public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,  
8.             byte[] scanRecord) {  
9.         runOnUiThread(new Runnable() {  
10.            @Override  
11.            public void run() {  
12.                mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);  
13.                mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();  
14.            }  
15.        });  
16.    }  
17. };  

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

6、連接GATTServer：

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

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

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

函數(shù)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用于傳遞一些連接狀態(tài)及結果。

BluetoothGatt常規(guī)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GATTClient端。

readCharacteristic(characteristic) ：讀取指定的characteristic。

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

getServices() ：獲取遠程設備所支持的services。

等等。

注：

1、某些函數(shù)調(diào)用之間存在先后關系。例如首先需要connect上才能discoverServices。

2、 一些函數(shù)調(diào)用是異步的，需要得到的值不會立即返回，而會在BluetoothGattCallback的回調(diào)函數(shù)中返回。例如 discoverServices與onServicesDiscovered回調(diào)，readCharacteristic與 onCharacteristicRead回調(diào)，setCharacteristicNotification與onCharacteristicChanged回調(diào)等。