android蓝牙BLE（三） —— 广播

Posted 2023-04-24

参考技术A

​ 在蓝牙开发中，有些情况是不需要连接的，只要外设广播自己的数据即可，例如苹果的 ibeacon 。自 Android 5.0 更新蓝牙API后，手机可以作为外设广播数据。

广播包有两种：

其中 广播包是每个外设都必须广播的，而响应包是可选的 。每个广播包的长度必须是 31个字节 ，如果不到 31个字节 ，则剩下的全用 0 填充 补全，这部分的数据是无效的

广播包中包含若干个广播数据单元，广播数据单元也称为 AD Structure 。

广播数据单元 = 长度值Length + AD type + AD Data。

长度值 Length 只占 一个字节 ，并且位于广播数据单元的 第一个字节 。

概念的东西有些抽象，先看看下面的广播报文：

​ 0x代表这串字符串是十六进制的字符串。 两位十六进制数代表一个字节 。因为两个字符组成的十六进制字符串最大为 FF ，即255，而Java中byte类型的取值范围是-128到127，刚好可以表示一个255的大小。所以两个十六进制的字符串表示一个字节。

​ 继续查看报文内容，开始读取第一个广播数据单元。读取 第一个 字节: 0x07 ,转换为十进制就是7，即表示后面的7个字节是这个广播数据单元的数据内容。超过这7个字节的数据内容后，表示是一个新的广播数据单元。

​ 而第二个广播数据单元，第一个字节的值是 0x16 ,转换为十进制就是22，表示后面22个字节为第二个广播数据单元。

​ 在广播数据单元的 数据部分 中， 第一个字节 代表 数据类型 （AD type），决定数据部分表示的是什么数据。（即广播数据单元第二个字节为AD type）

AD Type 的类型如下：

​ 这bit 1~7分别代表着发送该广播的蓝牙芯片的物理连接状态。当bit的值为1时，表示支持该功能。
例：

蓝牙广播的数据格式大致讲了一下，有助于下面的广播操作的理解。

先看看广播设置（ AdvertiseSettings ）如何定义：

（1）、通过 AdvertiseSettings.Builder#setAdvertiseMode() 设置广播模式。其中有3种模式：

（2）、通过 AdvertiseSettings.Builder#setAdvertiseMode() 设置广播发射功率。共有4种功率模式：

（3）、通过 AdvertiseSettings.Builder#setTimeout() 设置持续广播的时间，单位为毫秒。最多180000毫秒。当值为0则无时间限制，持续广播，除非调用 BluetoothLeAdvertiser#stopAdvertising() 停止广播。

（4）、通过 AdvertiseSettings.Builder#setConnectable() 设置该广播是否可以连接的。

之前说过，外设必须广播广播包，扫描包是可选。但添加扫描包也意味着广播更多得数据，即可广播62个字节。

可见无论是广播包还是扫描包，其广播的内容都是用 AdvertiseData 类封装的。

（1）、 AdvertiseData.Builder#setIncludeDeviceName() 方法，可以设置广播包中是否包含蓝牙的名称。

（2）、 AdvertiseData.Builder#setIncludeTxPowerLevel() 方法，可以设置广播包中是否包含蓝牙的发射功率。

（3）、 AdvertiseData.Builder#addService UUID (Parcel UUID ) 方法，可以设置特定的 UUID 在广播包中。

（4）、 AdvertiseData.Builder#addServiceData(Parcel UUID ，byte[]) 方法，可以设置特定的 UUID 和其数据在广播包中。

（5）、 AdvertiseData.Builder#addManufacturerData(int，byte[]) 方法，可以设置特定厂商Id和其数据在广播包中。

​ 从 AdvertiseData.Builder 的设置中可以看出，如果一个外设需要在不连接的情况下对外广播数据，其数据可以存储在 UUID 对应的数据中，也可以存储在厂商数据中。但由于厂商ID是需要由Bluetooth SIG进行分配的，厂商间一般都将数据设置在厂商数据。

另外可以通过 BluetoothAdapter#setName() 设置广播的名称

先看一个例子，我们分别在 广播包 和 扫描包 中设置 AdvertiseData.Builder 的 每一种广播报文参数 ，得到一下报文内容：

(1)、Type = 0x01 表示设备LE物理连接。

(2)、Type = 0x09 表示设备的全名

(3)、Type = 0x03 表示完整的16bit UUID 。其值为0xFFF7。

(4)、Type = 0xFF 表示厂商数据。前两个字节表示厂商ID,即厂商ID为0x11。后面的为厂商数据，具体由用户自行定义。

(5)、Type = 0x16 表示16 bit UUID 的数据，所以前两个字节为 UUID ,即 UUID 为0xF117，后续为 UUID 对应的数据，具体由用户自行定义。

最后继承 AdvertiseCallback 自定义广播回调。

初始化完毕上面的对象后，就可以进行广播：

​ 广播主要是通过 BluetoothLeAdvertiser#startAdvertising() 方法实现，但在之前需要先获取 BluetoothLeAdvertiser 对象。

BluetoothLeAdvertiser 对象存在两个情况获取为Null:

所以在调用 BluetoothAdapter#getBluetoothLeAdvertiser() 前，需要先调用判断蓝牙已开启，并判断在 BluetoothAdapter 中获取的 BluetoothLeAdvertiser 是否为空（测试过某些华为手机 mBluetoothAdapter.isMultipleAdvertisementSupported() 为 false , 但是能发送ble广播）。

​ 与广播成对出现就是 BluetoothLeAdvertiser.stopAdvertising() 停止广播了，传入开启广播时传递的广播回调对象，即可关闭广播：

​ 虽然通过广播告知外边自身拥有这些Service,但手机自身并没有初始化Gattd的Service。导致外部的中心设备连接手机后，并不能找到对应的 GATT Service 和 获取对应的数据。

Service类型有两个级别：

创建 BluetoothGattService 时，传入两个参数： UUID 和Service类型：

​ 我们都知道Gatt中， Service 的下一级是 Characteristic ， Characteristic 是最小的通信单元，通过对 Characteristic 进行读写操作来进行通信。

​ 特征属性表示该 BluetoothGattCharacteristic 拥有什么功能，即能对 BluetoothGattCharacteristic 进行什么操作。其中主要有3种：

权限属性用于配置该特征值所具有的功能。主要两种：

Characteristic 下还有 Descriptor ，初始化 BluetoothGattDescriptor 时传入： Descriptor UUID 和 权限属性

为 Service 添加 Characteristic ，为 Characteristic 添加 Descriptor ：

​ 通过蓝牙管理器 mBluetoothManager 获取 Gatt Server ，用来添加 Gatt Service 。添加完 Gatt Service 后，外部中心设备连接手机时，将能获取到对应的 GATT Service 和 获取对应的数据

​ 定义 Gatt Server 回调。当中心设备连接该手机外设、修改特征值、读取特征值等情况时，会得到相应情况的回调。

最后开启广播后，用nRF连接后看到的特征值信息如下图所示：（加多了一个只能都的特征值）

android蓝牙BLE（一） —— 扫描

android蓝牙BLE（二） —— 通信

android蓝牙BLE（三） —— 广播

android蓝牙BLE（四） —— 实战

Android-Ble蓝牙开发Demo示例–扫描,连接,发送和接收数据,分包解包(附源码)

参考技术A

万物互联的物联网时代的已经来临，ble蓝牙开发在其中扮演着举重若轻的角色。最近刚好闲一点，抽时间梳理下这块的知识点。

涉及ble蓝牙通讯的客户端(开启、扫描、连接、发送和接收数据、分包解包)和服务端(初始化广播数据、开始广播、配置Services、Server回调操作)整个环节以及一些常见的问题即踩过的一些坑。

比如
1、在Android不同版本或不同手机的适配问题，扫描不到蓝牙设备
2、如何避免ble蓝牙连接出现133错误？
3、单次写的数据大小有20字节限制，如何发送长数据

蓝牙有传统(经典)蓝牙和低功耗蓝牙BLE(Bluetooth Low Energy)之分，两者的开发的API不一样，本文主讲Ble蓝牙开发，传统蓝牙不展开，有需要的可以自行了解。

相对传统蓝牙，BLE低功耗蓝牙，主要特点是快速搜索，快速连接，超低功耗保持连接和数据传输。

客户端

服务端

Android4.3(API Level 18)开始引入BLE的核心功能并提供了相应的 API。应用程序通过这些 API 扫描蓝牙设备、查询 services、读写设备的 characteristics（属性特征）等操作。

BLE蓝牙协议是GATT协议, BLE相关类不多, 全都位于android.bluetooth包和android.bluetooth.le包的几个类:
android.bluetooth.
.BluetoothGattService 包含多个Characteristic(属性特征值), 含有唯一的UUID作为标识
.BluetoothGattCharacteristic 包含单个值和多个Descriptor, 含有唯一的UUID作为标识
.BluetoothGattDescriptor 对Characteristic进行描述, 含有唯一的UUID作为标识

.BluetoothGatt 客户端相关
.BluetoothGattCallback 客户端连接回调
.BluetoothGattServer 服务端相关
.BluetoothGattServerCallback 服务端连接回调

android.bluetooth.le.
.AdvertiseCallback 服务端的广播回调
.AdvertiseData 服务端的广播数据
.AdvertiseSettings 服务端的广播设置
.BluetoothLeAdvertiser 服务端的广播

.BluetoothLeScanner 客户端扫描相关(Android5.0新增)
.ScanCallback 客户端扫描回调
.ScanFilter 客户端扫描过滤
.ScanRecord 客户端扫描结果的广播数据
.ScanResult 客户端扫描结果
.ScanSettings 客户端扫描设置

BLE设备分为两种设备: 客户端(也叫主机/中心设备/Central), 服务端(也叫从机/外围设备/peripheral)
客户端的核心类是 BluetoothGatt
服务端的核心类是 BluetoothGattServer 和 BluetoothLeAdvertiser
BLE数据的核心类是 BluetoothGattCharacteristic 和 BluetoothGattDescriptor

下面详细讲解下客户端和服务端的开发步骤流程

安卓手机涉及蓝牙权限问题，蓝牙开发需要在AndroidManifest.xml文件中添加权限声明：

在搜索设备之前需要询问打开手机蓝牙：

注意: BLE设备地址是动态变化(每隔一段时间都会变化),而经典蓝牙设备是出厂就固定不变了！

通过扫描BLE设备，根据设备名称区分出目标设备targetDevice，下一步实现与目标设备的连接，在连接设备之前要停止搜索蓝牙；停止搜索一般需要一定的时间来完成，最好调用停止搜索函数之后加以100ms的延时，保证系统能够完全停止搜索蓝牙设备。停止搜索之后启动连接过程；

BLE蓝牙的连接方法相对简单只需调用connectGatt方法；

参数说明

与设备建立连接之后与设备通信，整个通信过程都是在BluetoothGattCallback的异步回调函数中完成；

BluetoothGattCallback中主要回调函数如下：

上述几个回调函数是BLE开发中不可缺少的；

当调用targetdDevice.connectGatt(context, false, gattCallback)后系统会主动发起与BLE蓝牙设备的连接，若成功连接到设备将回调onConnectionStateChange方法，其处理过程如下：

判断newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED表明此时已经成功连接到设备；

mBluetoothGatt.discoverServices();

扫描BLE设备服务是安卓系统中关于BLE蓝牙开发的重要一步，一般在设备连接成功后调用，扫描到设备服务后回调onServicesDiscovered()函数，函数原型如下：

BLE蓝牙开发主要有负责通信的BluetoothGattService完成的。当且称为通信服务。通信服务通过硬件工程师提供的UUID获取。获取方式如下：

具体操作方式如下：

开启监听，即建立与设备的通信的首发数据通道，BLE开发中只有当客户端成功开启监听后才能与服务端收发数据。开启监听的方式如下：

BLE单次写的数据量大小是有限制的， 通常是20字节 ，可以尝试通过requestMTU增大，但不保证能成功。分包写是一种解决方案，需要定义分包协议，假设每个包大小20字节，分两种包，数据包和非数据包。对于数据包，头两个字节表示包的序号，剩下的都填充数据。对于非数据包，主要是发送一些控制信息。
监听成功后通过向 writeCharacteristic写入数据实现与服务端的通信。写入方式如下：

其中：value一般为Hex格式指令，其内容由设备通信的蓝牙通信协议规定；

若写入指令成功则回调BluetoothGattCallback中的onCharacteristicWrite()方法，说明将数据已经发送给下位机；

若发送的数据符合通信协议，则服务端会向客户端回复相应的数据。发送的数据通过回调onCharacteristicChanged()方法获取，其处理方式如下：

通过向服务端发送指令获取服务端的回复数据，即可完成与设备的通信过程；

当与设备完成通信之后之后一定要断开与设备的连接。调用以下方法断开与设备的连接：

源码上传在CSDN上了，有需要的可以借鉴。

=====> Android蓝牙Ble通讯Demo示例源码–扫描,连接,发送和接收数据,分包解包

BLE单次写的数据量大小是有限制的，通常是20字节，可以尝试通过requestMTU增大，但不保证能成功。分包写是一种解决方案，需要定义分包协议，假设每个包大小20字节，分两种包，数据包和非数据包。对于数据包，头两个字节表示包的序号，剩下的都填充数据。对于非数据包，主要是发送一些控制信息。
总体流程如下：
1、定义通讯协议，如下(这里只是个举例，可以根据项目需求扩展)

2、封装通用发送数据接口(拆包)
该接口根据会发送数据内容按最大字节数拆分(一般20字节)放入队列，拆分完后，依次从队列里取出发送

3、封装通用接收数据接口(组包)
该接口根据从接收的数据按协议里的定义解析数据长度判读是否完整包，不是的话把每条消息累加起来

4、解析完整的数据包，进行业务逻辑处理

5、协议还可以引入加密解密，需要注意的选算法参数的时候，加密后的长度最好跟原数据长度一致，这样不会影响拆包组包

一般都是Android版本适配以及不同ROM机型（小米/红米、华为/荣耀等）（EMUI、MIUI、ColorOS等）的权限问题

蓝牙开发中有很多问题，要静下心分析问题，肯定可以解决的，一起加油；