簡介

低功耗藍牙（BLE），有時也稱為“藍牙智能”，是經(jīng)典藍牙的輕量子集，是藍牙4.0核心規(guī)范的一部分。盡管與經(jīng)典的藍牙有一些重疊，但BLE實際上具有完全不同的沿襲，并且由諾基亞作為內(nèi)部項目“ Wibree”啟動，然后被藍牙SIG采納。

有很多無線協(xié)議。對于工程師和產(chǎn)品設(shè)計師來說，使BLE如此有趣的是，這幾乎肯定是設(shè)計可以與現(xiàn)有的任何現(xiàn)代移動平臺（iOS，Android，Windows手機等）通信的東西的最簡單方法。 Apple設(shè)備是唯一的硬件設(shè)計選項，不需要您無休止地鉆研，即可合法地為iOS設(shè)備銷售產(chǎn)品。

本指南將為您提供BLE的快速概述，特別是數(shù)據(jù)的處理方式

，以“藍牙低功耗”的方式進行組織，以及設(shè)備如何宣傳它們的存在，以便您可以連接到它們并開始來回傳遞數(shù)據(jù)。

BLE平臺支持以下列出的大多數(shù)主要平臺均支持藍牙4.0和低功耗藍牙（BT 4.0的子集）：

iOS5 +（首選iOS7 +）

Android 4.3+（4.4+中的許多錯誤修復(fù)）

Apple OS X 10.6+

Windows 8（ XP，Vista和7僅支持藍牙2.1） ）

GNU/Linux Vanilla BlueZ 4.93 +

GAP

GAP是通用訪問配置文件的縮寫，它控制藍牙中的連接和廣告。 GAP使您的設(shè)備對外界可見，并確定兩個設(shè)備如何（或不能）彼此交互。

設(shè)備角色 GAP定義了設(shè)備的各種角色，但是要記住的兩個關(guān)鍵概念是 Central 設(shè)備和 Peripheral 設(shè)備。

外圍設(shè)備設(shè)備是小型，低功耗，資源受限的設(shè)備，可以連接到功能更強大的中央設(shè)備。外圍設(shè)備是諸如心率監(jiān)視器，啟用了BLE的接近標簽之類的東西。

中央設(shè)備通常是您連接的具有更大處理能力的手機或平板電腦和記憶。

和掃描響應(yīng)數(shù)據(jù)。通過GAP發(fā)送廣告有兩種方法。 廣告數(shù)據(jù) 有效載荷和掃描響應(yīng)有效載荷。

兩個有效載荷是相同的，最多可以包含31字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是只有廣告數(shù)據(jù)有效負載是強制性的，因為這是不斷從設(shè)備傳輸出去的有效負載，以使范圍內(nèi)的中央設(shè)備知道它的存在。掃描響應(yīng)有效負載是中央設(shè)備可以請求的可選輔助有效負載，并允許設(shè)備設(shè)計人員在廣告有效負載中添加更多信息，例如設(shè)備名稱字符串等。

廣告過程下圖應(yīng)說明廣告過程以及廣告有效載荷和掃描響應(yīng)有效載荷的方式

外圍設(shè)備將設(shè)置一個特定的廣告間隔，并且每經(jīng)過此間隔，它將重新傳輸其主要廣告包。如果設(shè)備僅每2秒而不是每20ms發(fā)布一次廣告，則較長的延遲可以節(jié)省功率，但響應(yīng)速度會變慢。

如果偵聽設(shè)備對掃描響應(yīng)有效負載（并且在外圍設(shè)備上可用）感興趣，則可以選擇請求掃描響應(yīng)有效負載，外圍設(shè)備將使用其他數(shù)據(jù)進行響應(yīng)。

廣播網(wǎng)絡(luò)拓撲外設(shè)通告自己，以便可以建立連接并可以使用GATT服務(wù)和特征（這允許雙向交換更多數(shù)據(jù)），在某些情況下，您只想通告數(shù)據(jù)。

這里的用例是您希望外圍設(shè)備一次將數(shù)據(jù)發(fā)送到多個設(shè)備。這只能通過廣告數(shù)據(jù)包實現(xiàn)，因為在連接模式下發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)只能被這兩個連接的設(shè)備看到。

通過在31字節(jié)廣告或掃描響應(yīng)有效載荷中包含少量自定義數(shù)據(jù)，您可以使用低成本的藍牙低功耗外設(shè)，可將數(shù)據(jù)單向發(fā)送到偵聽范圍內(nèi)的任何設(shè)備，如下圖所示。這在低功耗藍牙技術(shù)中被稱為廣播。

例如，這是Apple的iBeacon所使用的方法，它使用 Manufacturer Specific數(shù)據(jù)字段。

一旦您在外圍設(shè)備和中央設(shè)備之間建立了連接，廣告過程通常將停止，并且通常將不再能夠發(fā)送廣告包，并且您將使用GATT服務(wù)和特性在兩個方向上進行通信。/div》

GATT

GATT是“通用屬性配置文件”的縮寫，它定義了兩個低功耗藍牙設(shè)備使用稱為服務(wù)的概念來回傳輸數(shù)據(jù)的方式。 》和特征。它使用稱為屬性協(xié)議（ATT）的通用數(shù)據(jù)協(xié)議，該協(xié)議用于在表中的每個條目使用16位ID的簡單查找表中存儲服務(wù)，特征和相關(guān)數(shù)據(jù)。 。

一旦在兩個設(shè)備之間建立了專用連接，GATT就開始起作用，這意味著您已經(jīng)完成了GAP規(guī)定的廣告流程。

GATT和連接要記住的最重要的一點是連接是排他的。這意味著 BLE外圍設(shè)備一次只能連接到一個中央設(shè)備（移動電話等）！外圍設(shè)備一旦連接到中央設(shè)備，它將立即停止廣告本身，其他設(shè)備將無法再看到它或連接到它，直到現(xiàn)有的連接斷開。

建立連接也是允許雙向通信的唯一方法，其中中央設(shè)備可以發(fā)送有意義的數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備，反之亦然。

拓撲下圖應(yīng)說明藍牙低能耗設(shè)備在連接環(huán)境中的工作方式。外圍設(shè)備一次只能連接到一個中央設(shè)備（例如移動電話），但是中央設(shè)備可以連接到多個外圍設(shè)備。

如果需要在兩個外圍設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)，則需要在所有消息都通過中央設(shè)備的地方實現(xiàn)自定義郵箱系統(tǒng)。

一旦外圍設(shè)備與中央設(shè)備之間建立了連接，通信就可以雙向發(fā)生，與僅使用廣告數(shù)據(jù)和GAP的單向廣播方法不同。

GATT交易與GATT一起理解的一個重要概念是服務(wù)器/客戶端關(guān)系。

外圍設(shè)備稱為 GATT服務(wù)器，其中包含ATT查找數(shù)據(jù)，服務(wù)和特征定義，以及 GATT客戶端（電話/平板電腦），向該服務(wù)器發(fā)送請求。

所有交易均由主設(shè)備GATT客戶端啟動，該設(shè)備從從設(shè)備GATT接收響應(yīng)服務(wù)器。

何時建立建立連接后，外圍設(shè)備將向中央設(shè)備建議一個“連接間隔”，并且中央設(shè)備將嘗試重新連接每個連接間隔，以查看是否有新數(shù)據(jù)可用，等等。務(wù)必牢記此連接間隔不過，這實際上只是一個建議！您的中央設(shè)備可能無法滿足請求，因為它正忙于與另一個外圍設(shè)備通信，或者所需的系統(tǒng)資源不可用。

下圖應(yīng)說明外圍設(shè)備（GATT服務(wù)器）與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換過程。中央設(shè)備（GATT客戶端），主設(shè)備啟動每個事務(wù)：

服務(wù)和特征 GATT BLE中的事務(wù)基于稱為 Profiles ， Services 和 Characteristics 的高級嵌套對象，如下圖所示：

配置文件

配置文件實際上不在BLE外圍設(shè)備本身上，這很簡單，已定義的已定義服務(wù)集合由藍牙SIG或外圍設(shè)計人員堆積。例如，心率配置文件將心率服務(wù)和設(shè)備信息服務(wù)結(jié)合在一起。可以在此處查看正式采用的基于GATT的配置文件的完整列表：配置文件概述。

Services

Services用于將數(shù)據(jù)分解為邏輯實體，并包含稱為特征的特定數(shù)據(jù)塊。服務(wù)可以具有一個或多個特征，并且每個服務(wù)都通過稱為UUID的唯一數(shù)字ID與其他服務(wù)區(qū)分開，UUID可以是16位（對于正式采用的BLE服務(wù)）或128位（對于自定義服務(wù)） ）。可以在Bluetooth Developer Portal的“服務(wù)”頁面上查看正式采用的BLE服務(wù)的完整列表。例如，如果您查看心率服務(wù)，我們可以看到此正式采用的服務(wù)具有16位UUID 0x180D，并包含多達3個特征，盡管只有第一個是必選的：心率測量，身體傳感器位置和心率控制點。

特征

GATT事務(wù)中最底層的概念是“特征”，它封裝了一個數(shù)據(jù)點（盡管它可能包含一系列相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，例如來自3軸加速度計的X/Y/Z值等）。

與服務(wù)類似，每個特性通過預(yù)定義的16位或128位UUID進行區(qū)分。可以免費使用Bluetooth SIG定義的標準特性（確保跨BLE啟用的硬件/軟件之間的互操作性），也可以定義自己的自定義特性，只有外圍設(shè)備和軟件可以理解。

例如，心率測量特性對于心率服務(wù)是必選的，并且使用0x2A37的UUID。它以一個描述HRM數(shù)據(jù)格式的單個8位值開頭（無論數(shù)據(jù)是UINT8還是UINT16等），然后繼續(xù)包含與該配置字節(jié)匹配的心率測量數(shù)據(jù)。

特征是重點是您將與BLE外設(shè)進行交互，因此了解這一概念很重要。它們還用于將數(shù)據(jù)發(fā)送回BLE外設(shè)，因為您也可以寫入特征。您可以實現(xiàn)一個具有自定義“ UART服務(wù)”和兩個特征的簡單UART類型接口，一個特征用于TX通道，一個特征用于RX通道，其中一個特征可能被配置為只讀，而另一個則具有寫特權(quán)。/p》

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