Android蓝牙开发（二） BLE4.0低功耗蓝牙

一、BLE4.0低功耗蓝牙

Bluetooth Low Energy,蓝牙低功耗，是从蓝牙4.0开始支持的技术。相较传统蓝牙，传输速度更快、覆盖范围广、安全性高、延时短、耗电低等特点。

二、关键术语

1.GATT（通用属性配置）：通用属性配置文件，用于ble链路上发送和接收“属性”的数据块。目前所有的ble应用都是基于GATT的，一个设备可以实现多个配置文件。
2.ATT（属性协议）：GATT是构建于ATT上面的，每一个属性都是由唯一标识码（UUID）来唯一确定。
ble交互的桥梁是Service、Characteristic、Descriptor  三者都是由UUID作为唯一标识符
3.Characteristic(特征)：一个特征包含一个单一的值和0-n个描述符（Descriptor），描述符描述用于特征的值。一个特质可以被认为是一个数据类型，或一个类。
4.Descriptor(描述符)：对Characteristic的描述，如范围、单位等。
5.Service(服务):服务是特征的集合。可以包含多个Characteristic。一个ble终端可以包含多个Service，一个Characteristic可以包含一个Value和多个Descriptor。

三、权限申请

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

 如果需要声明应用仅对低功耗蓝牙有效，还需要在app的manifest中声明

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

四、相关类

蓝牙4.0API的相关类在Framework的 frameworks/base/core/java/android/bluetooth/ 中其中主要的类有：
1.BluetoothGatt：中央设备使用的类，处理数据
2.BluetoothGattCallback： 中央设备回调
3.BluetoothGattServer：周边设备提供数据
4.BluetoothGattServerCallback：周边设备的回调
5.BluetoothGattService：Gatt服务
6.BluetoothGattCharacteristic：Gatt特性
7.BuletoothGattDecriptor：Gatt描述

五、角色和职责

1.中央与周边： 中央设备，可以进行扫描和搜索周边设备发出的广播。  而周边设备，可以发出设备广播。
2.GATT服务器与GATT客户端： 这两个 决定了建立连接后的通信方式。

六、配置BLE

在使用BLE之前，我们需要验证设备是否支持BLE4.0，如果支持，则需要验证蓝牙是否打开。而这些操作，都是使用BluetoothAdapter.
1.获取BluetoothAdapter
BluetoothAdapter代表设备自身的蓝牙适配器，整个系统，只会有一个该适配器。我们需要通过获取系统服务来获取BluetoothAdapter。
Android 4.3(API 18)以后，才支持BluetoothManager

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

2.使用蓝牙
我们可以通过 BluetoothAdapter 的isEnable()方法来判断蓝牙是否打开。如果没打开，我们需要提醒用户打开蓝牙，又或者，直接调用enable()方法来开启蓝牙。

if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {      Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);      startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);  }

七、中央扫描周边BLE设备

1.扫描设备：

//搜索附近所有的外围设备    mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);    //搜索某些uuid的外围设备。  可指定uuid  mBluetoothAdapter.startLeScan(uuid[] ,mLeScanCallback);    停止扫描    mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  

2.扫描结果回调：

mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {    public void onLeScan(BluetoothDevice device, int rssi, byte[] scanRecord) {    }    }

其中，返回的 device：搜索到的ble设备       rssi:信号强度  scanRecord:远程设备广告记录的内容（蓝牙名称）

八、发送链接请求，获取中央设备

根据第七步搜索到的外围设备，我们需要去链接它。链接，指的是链接到GATT服务器设备，

  此处我们需要传进去三个参数：
1.context 
  2.false:直接立即链接       true：等待远端设备可用时自动链接
  3.蓝牙链接回调   其中包括：链接状态改变、characteristic的read、write、change、和MTU change的监听

// Implements callback methods for GATT events that the app cares about.  For example,  // connection change and services discovered.，所有函数的回调函数  private final BluetoothGattCallback mGattCallback = new BluetoothGattCallback() {      @Override      public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {          String intentAction;          //收到设备notify值 （设备上报值）  链接状态改变回调方法，此处处理链接成功          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) {          if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {   //链接成功后，从下面获取service列表              if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP){                  if(MTU>20){                      boolean ret =   mBluetoothGatt.requestMtu(MTU);                      Log.d("BLE","requestMTU "+MTU+" ret="+ret);                  }              }              broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);          } else {              Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);              System.out.println("onServicesDiscovered received: " + status);          }      }        @Override      public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,                                       BluetoothGattCharacteristic characteristic,                                       int status) {          //读取从周边设备传递过来的数据值，在这里读数据          if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {              broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);          }      }        @Override      public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,                                          BluetoothGattCharacteristic characteristic) { //特征状态改变          broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);      }        @Override      public void onMtuChanged(BluetoothGatt gatt, int mtu, int status) {          super.onMtuChanged(gatt, mtu, status);          if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {              Log.e(TAG, "onMtuChanged: "+mtu);              //local var to record MTU size          }      }  };

  1.通过onServicesDiscovered()成功回调获取的BluetoothGatt 我们可以调用gatt的getServices()方法,来获取List<BluetoothGattService>集合。
2.从集合中找到我们需要的service后，可以调用该service中的getCharacteristics()方法，来获取List<Characteristic> 集合。
3.再从指定的Characteristic中，我们可以通过getDescriptor()方法来获取该特征所包含的descriptor
以上的BluetoothGattService、BluetoothGattCharacteristic、BluetoothGattDescriptor。我们都可以通过其getUuid()方法，来获取其对应的Uuid，从而判断是否是自己需要的。

九、中央设备写入和接收数据

1.写入特征值
写入特征值，首先我们的特征值属性，满足BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE或BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE_NO_RESPONSE,如果其property都不包含这两个，写特征值writeCharacteristic()函数直接返回false，什么都不做处理。
  其次此characteristic权限应满足BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE,否则onCharacteristicWrite()回调收到GATT_WRITE_NOT_PERMITTED回应。

characteristic.setWriteType(BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_DEFAULT);  characteristic.setValue(string);  boolean isSuccess = mBluetoothLeService.writeCharacteristic(characteristic);  

如上代码，在写入特征之前，我们可以设置写入的类型，写入类型有三种
WRITE_TYPE_DEFAULT  默认类型，需要外围设备的确认，也就是需要外围设备的回应，这样才能继续发送写。
WRITE_TYPE_NO_RESPONSE 设置该类型不需要外围设备的回应，可以继续写数据。加快传输速率。
WRITE_TYPE_SIGNED  写特征携带认证签名
当外围设备收到中央写特征值的请求，会回调 onCharacteristicWriteRequest。
如果此次请求需要回应，则外围设备回应 mGattServer.sendResponse
中央设备收到响应，回调onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt,BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) 
2.读取特征值
读取特征值，需要调用BluetoothLeService的readCharacteristic(characteristic)方法。  读特征，也需要特征具有相应的权限和属性。
（1）该特征属性必须包含PROPERTY_READ，否则返回false.
（2）该特征属性必须满足BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ权限，否则onCharacteristicRead()回调收到GATT_READ_NOT_PERMITTED回应。
外围设备接收到中央设备读特征值请求时，则会调用onCharacteristicReadRequest()函数回调。 
外围设备回应此请求，则调用sendResponse(BluetoothDevice device, int requestId, int status, int offset, byte[] value)。
而中央设备收到外围设备回应时，则会调用onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) 回调。


3.订阅
我们可以通过BluetoothLeService的setCharacteristicNotification(characteristic, true);（后面的第二个参数，true表示订阅  false表示取消订阅）方法来指定一个Characteristic特征。当该特征发生变化时，会回调onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,   BluetoothGattCharacteristic characteristic)  方法，通过参数characteristic，可获得getValue获得其中的内容。
注意：如果该特征的属性没有设置value为：descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);    则收不到订阅信息。

十、外围设备的设置

1.获取打开外围设备

mGattServer = mBluetoothManager.openGattServer(mContext, callback);    //其中callback是一个MyGattServerCallback（继承了BluetoothGattServerCallback）对象。 

2.初始化特征
其中我们可以看到上面第八步所介绍的，外围设备的特征值的写入和读取的权限设置。

BluetoothGattCharacteristic characteristic = new BluetoothGattCharacteristic(          UUID.fromString("0000bbb1-0000-1000-8000-00805f9b34fb"),          BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY +BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE +BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ ,          BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE+BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ );

 3.设置特征属性
第二行代码，是第九步介绍的，订阅步骤中所需要的特征属性值的设定。

BluetoothGattDescriptor descriptor =  new BluetoothGattDescriptor(UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"), BluetoothGattDescriptor.PERMISSION_WRITE);  descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);  characteristic.addDescriptor(descriptor);  

 

4.设置服务
第二个参数为service type,
SERVICE_TYPE_PRIMARY   基础服务、主要服务。
SERVICE_TYPE_SECONDARY  辅助服务（由初级服务包含在内）。
BluetoothGattService 类中方法
addService(bluetoothGattService)，将辅助服务添加到主要服务中。
getIncludeedServices() 获取包含的服务列表。
getType() 获取服务的type。
getUuid() 获取服务的UUID。

final BluetoothGattService service = new BluetoothGattService(UUID.fromString("0000bbb0-0000-1000-8000-00805f9b34fb"),           BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);   service.addCharacteristic(characteristic); 

5.添加服务

boolean isSuccess = gattServer.addService(service);          LogUtils.e(TAG," 添加service2："+isSuccess );

6.开启广播
如何需要让其他中央设备搜索到我们的周边设备呢？ 这里我们需要开启广播
mGattServer.startAdvertising();//开始广播
mGattServer.stopAdvertising();//停止广播
首先我们需要判断设备是否支持广播的开启

private void startService() {      //判断你的设备到底支持不支持BLE Peripheral,不支持则返回空      mBluetoothLeAdvertiser = bluetoothAdapter.getBluetoothLeAdvertiser();      Log.e(TAG,"mBluetoothLeAdvertiser"+mBluetoothLeAdvertiser);      if(mBluetoothLeAdvertiser == null){          return;      }      startAdvertising();  //初始化BLE蓝牙广播  }  

public void startAdvertising() {        byte[] broadcastData = {0x34, 0x56};      String bleName = "小郎";      byte[] broadcastData = bleName.getBytes();      //广播设置参数，广播数据，还有一个是Callback      mBluetoothLeAdvertiser.startAdvertising(createAdvSettings(true, 0), createAdvertiseData(broadcastData), mAdvertiseCallback);  }  

 上面的开启广播中 有三个参数
  （1）广播的基本设置

public AdvertiseSettings createAdvSettings(boolean connectable, int timeoutMillis) {      AdvertiseSettings.Builder mSettingsbuilder = new AdvertiseSettings.Builder();      mSettingsbuilder.setAdvertiseMode(AdvertiseSettings.ADVERTISE_MODE_LOW_LATENCY);      mSettingsbuilder.setConnectable(connectable);      mSettingsbuilder.setTimeout(timeoutMillis);      AdvertiseSettings mAdvertiseSettings = mSettingsbuilder.build();      return mAdvertiseSettings;  }  

（2）设置广播携带的参数

public AdvertiseData createAdvertiseData(byte[] data) {      AdvertiseData.Builder mDataBuilder = new AdvertiseData.Builder();      mDataBuilder.addManufacturerData(0x01AC, data);          mDataBuilder.addServiceUuid(ParcelUuid.fromString(uid));      mDataBuilder.setIncludeDeviceName(true);  //设置是否携带设备名称      AdvertiseData mAdvertiseData = mDataBuilder.build();      return mAdvertiseData;  }  

（3）广播开启回调
此处，我是在广播开启成功后，再初始化周边设备的

private AdvertiseCallback mAdvertiseCallback = new AdvertiseCallback() {      @Override      public void onStartSuccess(AdvertiseSettings settingsInEffect) {          super.onStartSuccess(settingsInEffect);          LogUtils.e(TAG, "开启广播成功");          ToastUtils.showToast(BLEConnectService.this, "开启广播成功", 2000);            initGattServer();  //初始化GATT服务      }        @Override      public void onStartFailure(int errorCode) {          super.onStartFailure(errorCode);          ToastUtils.showToast(BLEConnectService.this, "开启广播失败 errorCode：" + errorCode, 2000);      }  };

其中第十步骤的第一小步  打开外围设备的回调方法 在第九步有介绍 此处就不再继续解释了

十一、开发中的注意事项 （有其他的欢迎补充）

1.中央和外围设备传输的数据 有20个字节长度的限制。  在5.0之后 我们可以通过中央设备 设置MTU值，来增大传输长度

if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP){      if(MTU>20){          boolean ret =   mBluetoothGatt.requestMtu(MTU);          Log.d("BLE","requestMTU "+MTU+" ret="+ret);      }  }  

次代码可写入到onServicesDiscovered成功的回调中。  当我们设置MTU长度成功时，中央和外围设备都会回调onMtuChanged()。
如果我们的手机不是5.0的   目前我的解决方法是，通过数据拆分成多份，分多次传输的。