iOS蓝牙（BLE4.0低功耗）详细渗透讲解

Posted 2023-05-11

参考技术A 嗨大家好，我是ios开发一枚大帅比，过去的几年项目涉及到蓝牙比较多，抽空之余，把使用的小知识点归纳起来，一是方便自己对知识做很好的总结和复习，二是希望能帮助到琅琊开发的朋友们。

现在的互联网时代，智能硬件设备越来越多样化，这些设备中，有多是通过手机来控制硬件设备，来达到控制的效果，这中间少不了要使用到蓝牙功能，通过蓝牙来通信来控制设备。也就是我们说的“设备中心和外设的故事”。

蓝牙版本介绍：

每个人对于蓝牙都不陌生，近距离数据传输，方便；可是当你的业务需求需要你第一次接触蓝牙开发的时候，却会发现你对它并不了解；首先，蓝牙发展至今经历了8个版本的更新。1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2。那么在1.x~3.0之间的我们称之为传统蓝牙，4.x开始的蓝牙我们称之为低功耗蓝牙也就是蓝牙ble，当然4.x版本的蓝牙也是向下兼容的。android手机必须系统版本4.3及以上才支持BLE API。低功耗蓝牙较传统蓝牙，传输速度更快，覆盖范围更广，安全性更高，延迟更短，耗电极低等等优点。（现在的穿戴设备都是使用BLE蓝牙技术的）

传统蓝牙与低功耗蓝牙通信方式也有所不同，传统的一般通过socket方式，而低功耗蓝牙是通过Gatt协议来实现。

本文章目的便是介绍BLE 4.0的使用以及相关问题的解决，本文采用简要模式介绍BLE4.0的核心类的使用以及蓝牙开发的简介，如需了解蓝牙知识的详细知识点，百度可搜索其他大神的文章进行学习，下文通用BLE代为蓝牙4.0。

BLE的两种模式分为CBCentralMannager 中心模式 和CBPeripheralManager 外设模式，在这里主要和大家分享 CBCentralMannager 中心模式的开发和使用。

说明：Service，Characteristic是每个硬件设备出厂设定的设备服务和特征值，用UUID作为唯一标识符。UUID为这种格式：0000ffe1-0000-1000-8000-00805f9b34fb。比如有3个Service，那么就有三个不同的UUID与Service对应。这些UUID都写在硬件里，我们通过BLE提供的API可以读取到，一个BLE终端可以包含多个Service， 一个Service可以包含多个Characteristic，一个Characteristic包含一个value和多个Descriptor，一个Descriptor包含一个Value。Characteristic是比较重要的，是手机与BLE终端交换数据的关键，读取设置数据等操作都是操作Characteristic的相关属性。说白了，我们可以把每个服务特征值看成是我们网络请求的api接口，我们和蓝牙的交互，是要连接到对应的service和对应的Characteristic才可以正确读取到和硬件文档以及出厂定制好的服务和数据。

1、导入：#import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>

2、遵守CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate协议

3、初始化中心Manager，创建中心角色

4、检查当前设备中心的蓝牙状态

5、开始扫描

6、发现外设

7、连接外设

      连接状态

8、扫描外设服务Service

9、扫描service特征值

10、给特征值写数据（就是发送指令）

11、订阅特征值通知（订阅后可收到回应的数据）

12、根据特征值读取数据（注：应把之前发送数据和订阅通知的peripheral和characteristic定义为全局属性）

*该处即为接收到外设发送的数据的方法

到这里，整个蓝牙使用的核心流程就基本介绍完了，鉴于写博客文章太累，太耗时，我决定先睡觉去，回头把文章慢慢细化一下，查漏补缺，格式可能也不是很完美，请读者们见谅，多提宝贵意见，喜欢的老铁们，可以点下喜欢或者收藏！

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Android 低功耗蓝牙(Ble) 开发总结

参考技术A Android 从 4.3(API Level 18) 开始支持低功耗蓝牙，但是只支持作为中心设备（Central）模式，这就意味着 Android 设备只能主动扫描和链接其他外围设备（Peripheral）。从 Android 5.0(API Level 21) 开始两种模式都支持。

低功耗蓝牙开发算是较偏技术,实际开发中坑是比较多的,网上有很多文章介绍使用和经验总结,但是有些问题答案不好找,甚至有些误导人,比如 :获取已经连接的蓝牙,有的是通过反射,一大堆判断,然而并不是对所有手机有用,关于Ble传输速率问题的解决,都是默认Android每次只能发送20个字节,然而也并不是,,,下面进入正文。

这里用的是 Android5.0 新增的扫描API，

这里说一下，如果做蓝牙设备管理页面，可能区分是否是已连接的设备,网上又通过反射或其他挺麻烦的操作,也不见得获取到,官方Api 就有提供

与外围设备交互经常每次发的数据大于 mtu的，需要做分包处理，接收数据也要判断数据的完整性最后才返回原数据做处理，所以一般交互最少包含包长度，和包校验码和原数据。当然也可以加包头，指令还有其他完整性校验。下面分享几个公用方法:

我自己封装的一个BleUtil ，因为涉及跟公司业务关联性太强（主要是传输包的协议不同）就先不开源出来了，如果这边文章对大家有帮助反馈不错，我会考虑上传个demo到github供大家使用，
在这先给大家推荐一个不错 Demo ，里面除了没有分包，协议，和传输速率。基本的功能都有，而且调试数据到打印到界面上了。最主要是它可以用两个个手机一个当中心设备一个当外围设备调试。

首先传输速率优化有两个方向，1 外围设备传输到Android 。2 Android传输到外围设备。
我在开发中首先先使用上面那位仁兄的demo调试，两个Android 设备调试不延时，上一个成功马上下一个，最多一秒发11个20字节的包。

后来和我们的蓝牙设备调试时发现发送特别快，但是数据不完整，他蓝牙模块接收成功了，但是透传数据到芯片处理时发现不完整，我们的硬件小伙伴说因为 波特率 限制（差不多每10字节透传要耗时1ms）和蓝牙模块的buff （打印时是最多100byte，100打印的）限制，就算蓝牙模块每包都告诉你接收成功，也是没透传完就又接收了。后来通过调试每次发20K数据，最后是 Android 发是 20字节/130ms 稳定。给Android 发是 20字节/ 8ms 。 （天杀的20字节，网上都是说20字节最多了）

后来看了国外一家物联网公司总结的 Ble 吞吐量的文章（上面有连接），知道Android 每个延时是可以连续接收6个包的。就改为 120字节/ 16ms (为啥是16ms，不是每次间隔要6个包吗，怎么像间隔两次，这时因为波特率影响，多了5个包100字节，差不多 我们的单片机透传到蓝牙模块要多耗时不到10ms )
而Android 发数据可以申请 我们设备的mtu 来得到最多每次能发多少字节。延时还是130ms，即：241字节/ 130ms 提高12倍，这个速度还可以。

根据蓝牙BLE协议， 物理层physical layer的传输速率是1Mbps，相当于每秒125K字节。事实上，其只是基准传输速率，协议规定BLE不能连续不断地传输数据包，否则就不能称为低功耗蓝牙了。连续传输自然会带来高功耗。所以，蓝牙的最高传输速率并不由物理层的工作频率决定的。

在实际的操作过程中，如果主机连线不断地发送数据包，要么丢包严重要么连接出现异常而断开。

在BLE里面，传输速度受其连接参数所影响。连接参数定义如下：

1）连接间隔。蓝牙基带是跳频工作的，主机和从机会商定多长时间进行跳频连接，连接上才能进行数据传输。这个连接和广播状态和连接状态的连接不是一样的意思。主机在从机广播时进行连接是应用层的主动软件行为。而跳频过程中的连接是蓝牙基带协议的规定，完全由硬件控制，对应用层透明。明显，如果这个连接间隔时间越短，那么传输的速度就增大。连接上传完数据后，蓝牙基带即进入休眠状态，保证低功耗。其是1.25毫秒一个单位。

2）连接延迟。其是为了低功耗考虑，允许从机在跳频过程中不理会主机的跳频指令，继续睡眠一段时间。而主机不能因为从机睡眠而认为其断开连接了。其是1.25毫秒一个单位。明显，这个数值越小，传输速度也高。

蓝牙BLE协议规定连接参数最小是5，即7.25毫秒；而Android手机规定连接参数最小是8，即10毫秒。iOS规定是16，即20毫秒。

连接参数完全由主机决定，但从机可以发出更新参数申请，主机可以接受也可以拒绝。android手机一部接受，而ios比较严格，拒绝的概率比较高。

参考:
在iOS和Android上最大化BLE吞吐量
最大化BLE吞吐量第2部分：使用更大的ATT MTU