一、前言：
前面的兩篇文章，主要是在 Android 官網(wǎng)關(guān)于藍(lán)牙介紹的基礎(chǔ)上加上自己的理解完成的。主要針對的是 Android 開發(fā)中的一些 API 的使用。
第一篇文章 Android 藍(lán)牙開發(fā)（一） 主要是介紹了普通的藍(lán)牙在 Android 開發(fā)中的運用。
第二篇文章 Android 藍(lán)牙開發(fā)（二） 主要是介紹了低功耗藍(lán)牙的開發(fā)。
這篇文章主要介紹的是藍(lán)牙的歷史和一些關(guān)于藍(lán)牙的通用知識，還有廣播包的知識。要想徹底了解藍(lán)牙開發(fā)，這些基礎(chǔ)的知識也是需要的，就像網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣，這些都是基礎(chǔ)的內(nèi)容。我們的 API 的調(diào)用都是以這個為基礎(chǔ)的，了解這些，開發(fā)過程中遇到問題，才可以知道什么怎么一回事。
下篇文章主要講的就是實際開發(fā)中的一些坑。
二、藍(lán)牙介紹：
1、藍(lán)牙的發(fā)展歷史
- 藍(lán)牙技術(shù)最初是由愛立信創(chuàng)制的。技術(shù)始于愛立信公司 1994 方案，它是研究在移動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。發(fā)明者希望為設(shè)備間的通訊創(chuàng)造一組統(tǒng)一規(guī)則（標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議）用來解決用戶間相互不兼容的移動電子設(shè)備。
- 1998 年 5 月 20 日，索尼以立信、國際商業(yè)機器、英特爾、諾基亞及東芝公司等業(yè)界龍頭創(chuàng)立“特別興趣小組”（Special Interest Group SIG），即藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的前身，目標(biāo)是開發(fā)一個成本低、效益高、可以在短距離范圍內(nèi)隨意無線連接的藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)責(zé)藍(lán)牙規(guī)范的制定和推廣的國際組織。
- 1998年推出了 0.7 規(guī)格，1999 年推出了 0.8、0.9等等。1999 年 7 月正式公布 1.0 版本，使用 2.4GHz頻譜，最高資料傳輸速度 1Mbps。2001 年的 1.1 版本正式列入 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。
藍(lán)牙其實就是一種近距離無線通信技術(shù)。
低功耗藍(lán)牙 BLE
全稱是 Bluetooth Low Energy 簡稱 BLE 。最大的特點就是低功耗，有些 BLE 設(shè)備一個紐扣電池可以使用一兩年。這對于現(xiàn)在的穿戴設(shè)備以及各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器來說是一個很大的突破。同時它的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就很少。在 Android 4.3 的時候開始支持低功耗藍(lán)牙。僅僅支持中心模式，就是只可以連接其他藍(lán)牙外設(shè)。到了 2014 年 Android 5.0 開始也支持周邊模式。
2、協(xié)議棧
從下到上分別為：控制器（Controller）-->主機（host）-->應(yīng)用（Application）
- 控制器：協(xié)議棧的底層的實現(xiàn)，直接和硬件相關(guān)，由芯片廠商實現(xiàn)，包括物理層、鏈路層、主機控制接口。
- 主機：協(xié)議棧的上層實現(xiàn)是硬件的抽象，與具體的硬件廠商沒有關(guān)系。
- 應(yīng)用層：使用主機層提供的 API 開發(fā)的應(yīng)用。
詳細(xì)介紹各個層的含義：
- PHY（Physical Layer）物理層，藍(lán)牙是工作在 2.4GHz 附近，這是工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療 ISM 的頻段，免許可證。WIFI 也是工作在同一個頻段。藍(lán)牙把頻段切分為 40 個通道，其中 3 個廣播通道，37 個數(shù)據(jù)通道，按照一個規(guī)律跳頻通信。
- LL（Linker Layer）鏈路層，用于控制設(shè)備的射頻狀態(tài)，設(shè)備將處于五種狀態(tài)之一：等待、廣告、掃描、初始化、連接。廣播設(shè)備不需要建立連接就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而掃描設(shè)備接受廣播設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；發(fā)起連接的設(shè)備通過發(fā)送連接請求來回應(yīng)廣播設(shè)備，如果廣播設(shè)備接受請求，那么廣播設(shè)備與發(fā)起連接的設(shè)備將會進入連接狀態(tài)。發(fā)起連接的設(shè)備稱為主機，接受連接請求的設(shè)備稱為從機。
- HCI（Host Controller Interface）：主機和控制器就是通過這個接口來進行通訊的，通訊的介質(zhì)就是 HCI 命令。這層在協(xié)議棧中是可選的，一些小型終端可能沒有，但是 Android 設(shè)備上肯定有，這層是藍(lán)牙上層和芯片的交互必經(jīng)之路，對于藍(lán)牙硬件開發(fā)者，這里的 log 能夠很好的幫助解決問題。
- HOST 部分要復(fù)雜。有鏈路控制和適配層（L2CAP），安全管理（SM）等。重點看屬性協(xié)議層，也就是 ATT。它是整個 BLE 通信的基礎(chǔ)。ATT負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)封裝，向外暴露為 “屬性”，提供“屬性”的為服務(wù)端，獲取“屬性”的為客戶端。ATT 是專門為 BLE 低功耗藍(lán)牙而設(shè)計的傳輸協(xié)議，結(jié)構(gòu)簡單，傳輸數(shù)據(jù)短。
- GATT（Generic Attribute Profile）：全稱叫做通用屬性配置文件，是基于 ATT 做的進一步的邏輯封裝，定義數(shù)據(jù)的交互方式和含義，APP 開發(fā)就是用的這一層。GATT 定義了三個非常重要的概念：服務(wù)（Service）、特征（Characteristic）、描述（Descripter）。他們的
關(guān)系如下圖
一個 Service 可以包含若干個 Characteristic，一個 Characteristic 可以包含屬性（properties）和值（value），還可以包含多個 descripter 。Characteristic 實際上具有讀、寫、通知等權(quán)限。我們在對一個 BLE 設(shè)備發(fā)起連接成功以后，對他進行讀寫操作，其實就是對 Characteristic 的操作。圖中的 Profile 是一組服務(wù)的集合，這些服務(wù)組個起來就形成了一個特定的使用場景了，里面的服務(wù)是嵌入式工作人員可以添加的。BLE 藍(lán)牙使用 UUID 來區(qū)分 Service、Characteristic 、Descripter。
GAP（Generic Access Profile）：通用訪問控制配置文件。定義了 BLE 整個通信過程中的流程，負(fù)責(zé)處理設(shè)備訪問模式和程序，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、建立連接、終止連接等等。GAP 層總是作為下面四種角色之一：（1）廣播者：不可連接的廣播設(shè)備。（2）觀察者：掃描設(shè)備，但不發(fā)起建立連接 （3）外部設(shè)備：可連接的廣播設(shè)備，可以在單個鏈路層連接中作為從機。（4）集中器：掃描廣播設(shè)備并發(fā)起連接，可以在單鏈路層連接中作為主機。
三、應(yīng)用開發(fā)
BLE 應(yīng)用可以分為兩大類：基于非連接的和基于連接的
1、基于非連接的：
意思就是外設(shè)和周邊設(shè)備不發(fā)生連接，主要靠掃描到的廣播來獲取信息。發(fā)送廣播的一方叫做 broadcaster 監(jiān)聽廣播的一方叫做 oberver 在 GAP 層有對應(yīng)的角色定義。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：
這種方式就是廣播設(shè)備不斷的向外發(fā)送廣播（含有特定的信息），然后觀察者接受到廣播按照兩者之間約定好的協(xié)議進行解析拿到有用的信息。例如：iBeacon，通過這種設(shè)備我們可以實現(xiàn)室內(nèi)定位。
其實這些設(shè)備的角色可以即使廣播者又是觀察者。接收到廣播后作出了處理，然后又發(fā)送廣播。這樣就形成了雙向的網(wǎng)絡(luò)，類似于因特網(wǎng)，這就是藍(lán)牙 Mesh 組網(wǎng)。
廣播數(shù)據(jù)包格式：
每個廣播數(shù)據(jù)包由 31 byte 組成。分為有效數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù)兩部分。
無效數(shù)據(jù)部分：因為廣播數(shù)據(jù)包的長度必須是 31 字節(jié)，如果有效數(shù)據(jù)不夠 31 個字節(jié)那么剩下的就用 0 來補全。這一部分就是無效的，也就是無效數(shù)據(jù)。
有效數(shù)據(jù)部分：包含若干個廣播數(shù)據(jù)單元，稱為 AD Structure。每個 AD Structure 的組成格式是：第一個字節(jié)是長度值 Length，表示接下來的 Length 個字節(jié)是數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)分別的第一個字節(jié)表示數(shù)據(jù)類型 AD Type，剩下的 Length - 1 是真正的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)類型很重要，有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，決定了數(shù)據(jù)代表什么意思和怎么解析
例子：
E/TAG:scandata:02011A05FFAC0134560000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
這里是掃描的數(shù)據(jù)包（轉(zhuǎn)換成了 16 進制，兩個代表一個字節(jié)），第一個字節(jié)是 02 表示后面的兩個字節(jié)是數(shù)據(jù)部分，然后第二個字節(jié)是 01 表示了數(shù)據(jù)的類型。后面一個字節(jié)就是真正的數(shù)據(jù)了。這個廣播數(shù)據(jù)單元就分析完了。下面就是另一個數(shù)據(jù)單元了。依次類推，關(guān)于數(shù)據(jù)類型的解釋，官網(wǎng)有。
這是數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的含義表。
2、基于連接的：
就是兩個設(shè)備建立 GATT 連接，需要雙方進行通信。這里的兩個角色是，外設(shè)設(shè)備（Peripheral）和中心設(shè)備（一般是手機）Centeral。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：
一個中心設(shè)備可連接多個外設(shè)，但是一個外設(shè)只能連接一個中心（外設(shè)連接成功后就會停止對外廣播，別人就發(fā)現(xiàn)不了它了）。其中一個中心設(shè)備的連接外設(shè)的數(shù)量也是有限的。
