关于BLE需要知道的

Posted 2023-04-29

参考技术A

蓝牙（ Bluetooth® ） 是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和个人域网之间的短距离数据交换。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）管理，负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益，制造商的设备也必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。

泛指支持蓝牙协议在4.0以下的模块，一般用于数据量比较大的传输，如：语音、音乐等。经典蓝牙模块多用在蓝牙音频模块，因为音频需要大码流的数据传输，更适合使用经典蓝牙。

BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙) 是对传统蓝牙技术的补充。尽管BLE和传统蓝牙都称之为蓝牙标准，且共享射频，但是BLE是一个完全不一样的技术。

BLE不具备和传统蓝牙的兼容性。它是专为小数据率、离散传输的应用而设计的。

蓝牙的波段为2400-2483.5MHz。这是全球范围内无需取得执照（但并非无管制的）的 2.4 GHz 短距离无线电频段。

蓝牙使用跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包，每个频道的频宽为1 MHz。蓝牙4.0之后使用2 MHz 间距，可容纳40个频道。第一个频道始于2402 MHz，每1 MHz一个频道，至2480 MHz。

高斯频移键控（GFSK）是最初也是唯一可用的调制方案。运行GFSK的设备可以以基础速率（BR）运行，瞬时速率可达1 Mbit/s；增强数据率（EDR）可达2 和 3 Mbit/s。

在蓝牙无线技术中，两种模式（BR和EDR）的结合统称为“BR/EDR射频”。

基本速率：配置文件可确保不同生产商的产品之间具备互操作性，这是蓝牙技术的另一重要特点。

增强数据率：从蓝牙2.1版中增强了短射程无线技术，令蓝牙设备的连接更加容易，只要开启设备并从菜单中选择添加即可完成连接，之后设备将会自动搜索并自动连接。

此项特点带来的优势：

Bluetooth Smart 是2010年推出的一项创新技术，这个特征是以蓝牙核心规格4.0版首次推出，是蓝牙低功耗BLE的品牌名称。

Bluetooth Smart不仅具备低耗能的特点，它还适合应用创建。能耗较低是因为它使用的电能远远少于其它无线技术。适合应用创建，是因为采用这项技术创建适合于蓝牙智能传感器的应用成本较低，并可灵活选择开发结构。

Bluetooth Smart的吞吐量约为1 Mbps (具体还取决于应用场景)。蓝牙BR/EDR的吞吐量大于2Mbps，适合高品质音频位流，或其它需要保持连接状态的更高带宽的应用。

Bluetooth Smart技术特点：

Bluetooth Smart 设备主要应用于智能电子产品中，包括心率监测仪器、体温计、血糖仪、智能穿戴设备、胎压监测和电子烟等。

官方还有 Bluetooth Smart Ready 商标，为双模式射频，表示其同时支持传统蓝牙无线连接和新蓝牙低耗能连接。包括手机、平板电脑、个人电脑、机顶盒及电视机等处于消费者互联世界核心的电子设备，这些设备可有效地接受传统蓝 牙产品和未来推出的蓝牙设备以及BluetoothSmart设备发送的数据并传送至应用软件，从而将数据转换为有用的信息。

目前所有的低功耗应用的相关配置都是基于它而来的，这个配置描述了蓝牙设备具体是如何工作的。

Descriptor：描述Characteristic中的值（值的范围，值的单位，或者其他描述性信息）

提供数据的蓝牙设备向外开放一个Service(以UUID区分，SIG已有 定义 )，服务中有一组Characteristic供其他连接的设备读写。

需要获取数据的设备(Client)连接到提供数据的设备(Server)，获取Server提供的服务，然后就可以读写服务中Characteristic的值。Client也可以使能Characteristic的通知，每当Characteristic变化时，Client会接收到通知。

中央设备（Central）和外围设备（Peripheral）区分的标准是是否可以发起连接。中央角色的设备可以向外围设备发起连接，允许设备同时支持两种模式。Bluetooth Smart 4.1开始支持双重模式。

配对对于蓝牙BR/EDR是强制性的，而对于Bluetooth Smart则是选择性的。通常情况下，如果音频设备（如耳机）支持蓝牙4.x，则兼容4.x BR/EDR的规格，而不兼容Bluetooth Smart。也就是说一般蓝牙耳机都要配对后使用。

常规的连接流程是：

注意：外围设备只允许被一个设备连接，中央设备可以连接有限多个外围设备

Server和Client区分是：提供数据作为Server，消费数据作为Client。

标准中Central和Peripheral都可以作为Server/Client。但是一般是外围设备做Server，中心设备做Client。连接后Client即可从Server端获取数据。

为随时可以接受连接请求，Server端启动后就会开放一个GattServer。

数据交换流程：

注意：

基于android写了一个Demo，用手机连接一个手表(可移植到手机)，然后点击手表应用时发送一个消息给手机。有兴趣的可以看一下：

信标测距与 BLE 扫描

【中文标题】信标测距与 BLE 扫描

【英文标题】：Beacon ranging vs BLE scanning

【发布时间】：2019-08-24 19:03:03

【问题描述】：

我试图了解信标测距和 BLE 扫描之间的区别。据我了解，信标测距使用 BLE 扫描来查找信标。最重要的是，它使用信号强度（我不需要）计算信标的接近度。我只需要检测信标（类似于信标监控）。由于 IOS 中的 Always 权限要求，我没有使用信标监控。我知道与测距相比，信标监控得到了高度优化，但我想知道测距与 BLE 扫描相比如何。

我可以使用BLEModule.scanForDevices(UUID) 代替CLLocationManager.startRangingBeacons(region) 来检测信标吗？如果是，我可以在检测到信标时以类似方式获得回调吗？

在电池性能或检测时间等方面这样做有什么缺点吗？

请注意，我愿意在没有接近信息（与信标的距离）的情况下凑合。

还有一个相关的问题：

在 iOS 中是否可以在具有 WhenInUse 权限的情况下在前台使用信标监控？（我在最初的调查中发现了不同的看法）

【参考方案1】：

您无法使用 Core 蓝牙扫描来检测 iBeacon。您必须使用核心位置并监控 CLBeaconRegion 才能发现 iBeacons。

发现信标后，您无需对其进行范围设置。

如Apple's documentation中所述

重要

应用必须始终具有使用区域监控的授权，并且必须配置位置更新后台模式才能启动。

即使您只希望在应用处于前台时通知信标，您也必须请求始终权限。

【讨论】：

我要补充一点，您不能使用 BLE 扫描的主要原因是 Apple 阻止访问作为 iBeacon 帧的 BLE 数据包的扫描数据有效负载。 CoreBluetooth 实际上使广告数据显示为空（实际上并非如此）。Apple 这样做是为了强制您使用 CoreLocation。

@davidgyoung，感谢您的解释。所以我想在我的应用程序中执行以下操作： 1. 使用信标监控发现 BLE 设备（如果我没有获得 Always 权限，则进行 BLE 扫描） 2. 使用 GATT 与设备交换信息。在这里，该设备旨在成为带有 BLE 芯片的微控制器。可以将 BLE 芯片配置为同时发布信标并公开 GATT 服务吗？这可以在同一个广告包中完成吗？

听起来你只是想识别一个正在宣传 GATT 服务的 BLE 外围设备；不需要 iBeacon。没有简单的方法可以将 iBeacon 发现和 Core 蓝牙外围设备联系起来；信标的 UUID 只是您分配的一个数字，您无法获取信标或 GATT 外围设备的 MAC 地址。

@Paulw11 - 感谢您的回复。信标测距与 BLE 扫描呢？即，如果我想从我的应用程序中发现一个 BLE 设备，我应该从该设备宣传信标并使用信标测距吗？或者我应该通过宣传其 GATT 配置文件来发现该设备。我问这个是因为这是为了从我的应用程序中发现设备，并且在用户进入设备范围并检测到设备之前，测距/扫描可能会持续一天以上。在这种情况下，与信标测距相比，BLE 扫描会影响电池性能吗？