Android BLE低功耗蓝牙开发（上）关于GATT服务器的理论与搭建
2017-09-14 14:09
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前言
本来写完Android开发之BlueTooth--最简单的Andorid传统蓝牙通讯Demo之后，我打算写一篇Android开发之BlueTooth--最简单的Andorid低功耗(BLE)蓝牙通讯Demo的。后来看了看官方的文档，我的天，谷歌给给出的sample里面只有客户端的交互（就是所谓的中央设备），而且代码算是比较老了。关于建立服务端（外围设备）只字未提，这样子我要写个demo不容易啊。因为我本身穷屌丝一个，不会为了一个demo去买个蓝牙设备回来测试，打算在手机建立个服务行不~既然谷歌官方没说到，那我找找国内大神，于是打开scdn搜索
Android BLE...
不得不说结果很多，但是绝大多数都是相当于翻译谷歌文档，代码都不是自己整理的，也几乎没有关于怎么建立服务器的（就看到寥寥几个提到），那只能自己硬着头皮去看谷歌的类导航了（真的，作为一个小白没有sample，学习还是有点困难的）。
关于GATT服务类
GATT服务相关的类：BluetoothGattServer
继承关系：
public final class BluetoothGattServer
extends Object implements BluetoothProfile
java.lang.Object继承
↳ android.bluetooth.BluetoothGattServer
官方是这么描述的：
这个类提供了扮演蓝牙GATT服务器角色的功能，允许应用程序创建蓝牙智能服务和characteristics。BluetoothGattServer是通过工控机控制蓝牙服务的代理对象。使用openGattServer(Context, BluetoothGattServerCallback)得到这个类的一个实例。
这个类的主要方法我也copy一份下来：
方法很多，但是我们不需要买个都详尽了解。知道个大概就行了，而且大都见名知意。我也是仅仅列出来，在写下去就相当于把谷歌文档搬过来了~有兴趣就自己去看文档更详细了解每个方法的功能和参数。
GATT服务器搭建流程
首先需要说明一点每一个周边BluetoothGattServer，可以包含多个服务Service，每一个Service也包含多个Characteristic。
1.新建一个Characteristic：
character = new BluetoothGattCharacteristic(UUID.fromString(characteristicUUID),BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY,
BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ);
2.新建一个GATT服务：
service = new BluetoothGattService(UUID.fromString(serviceUUID),
BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);
3.把Characteristic添加到服务：
service.addCharacteristic(character);
4.获取BluetoothManager：
manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
5.获取/打开周边：
BluetoothGattServer server = manager.openGattServer(this,
new BluetoothGattServerCallback(){...});
6.把service添加到周边：server.addService(service);
7.开始广播通知我这里有个service已经开启，可以提供服务了：
BluetoothLeAdvertiser.startAdvertising(settings, data, mAdvertiseCallback);
经过这7步，似乎已经可以成功建立一个服务了。但是里面需要的参数不见得我们都会创建。
那我们来写写。代码参考自：代码连接传送门。感谢代码编写者开源。
代码示例：
这样就能简单的创建一个GATT服务了，手上只有一台4.3以上的手机，测试结果目前还不知道~而且搭建服务器要求API 21以上哦
当然，还不要忘了结束应用或者关闭蓝牙的时候关闭服务哦
关于里面的一些术语在这里也列出来一下，方便大家阅读：
通用属性描述（Generic Attribute Profile (GATT)）— GATT是一个通用规范，用于在 BLE 链接上发送和接收被称为“属性”的短数据块。目前所有的低功耗应用程序规范都是基于GATT。蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）为低功耗设备定义了很多规范。一个规范就是对一个设备在特定应用程序上如何运行的具体说明。注意，一个设备可以支持多种规范。例如，一个设备可以包含一个心率检测器和一个电池电压检测器。
属性协议（Attribute Protocol (ATT)）—GATT 是建立在 ATT 之上的。它也被称为 GATT/ATT 。ATT在BLE设备上运行表现优异。为此，它尽可能使用少的字节。每个属性（Attribute）都用一个UUID（Universally Unique Idetifier）进行唯一标识。这是一个标准的128位格式字符串ID，用于唯一标识信息。通过 ATT 传送的这些属性（Attribute）被格式化为特性（Characteristics）和服务（Services）。
特性（Characteristic） — 一个特性包含一个单独的值和 0-n 个描述符，这些描述符描述了特性的值。一个特性可以被认为是一个类型，类似于一个类。
描述符（Descriptor）— 描述符被定义为描述一个特性值的属性。例如，一个描述符可能是指定一个人类可读的描述、一个特性值所能接受的范围或一个专门用于特性值的测量单位。
服务（Service）— 一个服务是一些特性的一个集合。例如，你可能会有一个被称为“心率检测器”的服务，它包含如“心率测量”这个特性。
本来写完Android开发之BlueTooth--最简单的Andorid传统蓝牙通讯Demo之后，我打算写一篇Android开发之BlueTooth--最简单的Andorid低功耗(BLE)蓝牙通讯Demo的。后来看了看官方的文档，我的天，谷歌给给出的sample里面只有客户端的交互（就是所谓的中央设备），而且代码算是比较老了。关于建立服务端（外围设备）只字未提，这样子我要写个demo不容易啊。因为我本身穷屌丝一个，不会为了一个demo去买个蓝牙设备回来测试，打算在手机建立个服务行不~既然谷歌官方没说到，那我找找国内大神，于是打开scdn搜索
Android BLE...
不得不说结果很多，但是绝大多数都是相当于翻译谷歌文档，代码都不是自己整理的，也几乎没有关于怎么建立服务器的（就看到寥寥几个提到），那只能自己硬着头皮去看谷歌的类导航了（真的，作为一个小白没有sample，学习还是有点困难的）。
关于GATT服务类
GATT服务相关的类：BluetoothGattServer
继承关系：
public final class BluetoothGattServer
extends Object implements BluetoothProfile
java.lang.Object继承
↳ android.bluetooth.BluetoothGattServer
官方是这么描述的：
这个类提供了扮演蓝牙GATT服务器角色的功能，允许应用程序创建蓝牙智能服务和characteristics。BluetoothGattServer是通过工控机控制蓝牙服务的代理对象。使用openGattServer(Context, BluetoothGattServerCallback)得到这个类的一个实例。
这个类的主要方法我也copy一份下来：
| |
|---|---|
boolean | addService(BluetoothGattService service) Add a service to the list of services to be hosted. |
void | cancelConnection(BluetoothDevice device) Disconnects an established connection, or cancels a connection attempt currently in progress. |
void | clearServices() Remove all services from the list of provided services. |
void | close() Close this GATT server instance. |
boolean | connect(BluetoothDevice device, boolean autoConnect) Initiate a connection to a Bluetooth GATT capable device. |
List<BluetoothDevice> | getConnectedDevices() Not supported - please use getConnectedDevices(int)with GATTas argument |
int | getConnectionState(BluetoothDevice device) Not supported - please use getConnectedDevices(int)with GATTas argument |
List<BluetoothDevice> | getDevicesMatchingConnectionStates(int[] states) Not supported - please use getDevicesMatchingConnectionStates(int, int[])with GATTas first argument |
BluetoothGattService | getService(UUID uuid) Returns a BluetoothGattServicefrom the list of services offered by this device. |
List<BluetoothGattService> | getServices() Returns a list of GATT services offered by this device. |
boolean | notifyCharacteristicChanged(BluetoothDevice device, BluetoothGattCharacteristic characteristic, boolean confirm) Send a notification or indication that a local characteristic has been updated. |
void | readPhy(BluetoothDevice device) Read the current transmitter PHY and receiver PHY of the connection. |
boolean | removeService(BluetoothGattService service) Removes a service from the list of services to be provided. |
boolean | sendResponse(BluetoothDevice device, int e124 requestId, int status, int offset, byte[] value) Send a response to a read or write request to a remote device. |
void | setPreferredPhy(BluetoothDevice device, int txPhy, int rxPhy, int phyOptions) Set the preferred connection PHY for this app. |
GATT服务器搭建流程
首先需要说明一点每一个周边BluetoothGattServer，可以包含多个服务Service，每一个Service也包含多个Characteristic。
1.新建一个Characteristic：
character = new BluetoothGattCharacteristic(UUID.fromString(characteristicUUID),BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY,
BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ);
2.新建一个GATT服务：
service = new BluetoothGattService(UUID.fromString(serviceUUID),
BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);
3.把Characteristic添加到服务：
service.addCharacteristic(character);
4.获取BluetoothManager：
manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
5.获取/打开周边：
BluetoothGattServer server = manager.openGattServer(this,
new BluetoothGattServerCallback(){...});
6.把service添加到周边：server.addService(service);
7.开始广播通知我这里有个service已经开启，可以提供服务了：
BluetoothLeAdvertiser.startAdvertising(settings, data, mAdvertiseCallback);
经过这7步，似乎已经可以成功建立一个服务了。但是里面需要的参数不见得我们都会创建。
那我们来写写。代码参考自：代码连接传送门。感谢代码编写者开源。
代码示例：
package cn.small_qi.bluetoothtest.gattserver;
import android.bluetooth.BluetoothAdapter;
import android.bluetooth.BluetoothDevice;
import android.bluetooth.BluetoothGatt;
import android.bluetooth.BluetoothGattCharacteristic;
import android.bluetooth.BluetoothGattDescriptor;
import android.bluetooth.BluetoothGattServer;
import android.bluetooth.BluetoothGattServerCallback;
import android.bluetooth.BluetoothGattService;
import android.bluetooth.BluetoothManager;
import android.bluetooth.BluetoothProfile;
import android.bluetooth.le.AdvertiseCallback;
import android.bluetooth.le.AdvertiseData;
import android.bluetooth.le.AdvertiseSettings;
import android.bluetooth.le.BluetoothLeAdvertiser;
import android.content.Intent;
import android.content.pm.PackageManager;
import android.os.Build;
import android.os.ParcelUuid;
import android.support.annotation.RequiresApi;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import cn.small_qi.bluetoothtest.R;
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
public class GattServerActivity extends AppCompatActivity {
private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;
private BluetoothManager mBluetoothManager;
private BluetoothGattServer mBluetoothGattServer;
private Set<BluetoothDevice> mRegisteredDevices = new HashSet<>();
//先定几个服务类型的UUID
/* Current Time Service UUID */
public static UUID TIME_SERVICE = UUID.fromString("00001805-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
/* Mandatory Current Time Information Characteristic */
public static UUID CURRENT_TIME = UUID.fromString("00002a2b-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
/* Optional Local Time Information Characteristic */
public static UUID LOCAL_TIME_INFO = UUID.fromString("00002a0f-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
/* Mandatory Client Characteristic Config Descriptor */
public static UUID CLIENT_CONFIG = UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_gatt_server);
openAndInitBt();//初始化需要一定时间
createGattServer();//所以以下这两个方法在这里直接运行是错误的，一定要在蓝牙正确开启，并且支持BLE在执行
startAdvertising();//我卸载这里只是为了展示调用顺序。切记切记！！
}
//1.初始化并打开蓝牙
private void openAndInitBt(){
mBluetoothManager=(BluetoothManager) getSystemService(BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = mBluetoothManager.getAdapter();
if (mBluetoothAdapter==null){return;}//不支持蓝牙
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
return ;//不支持ble蓝牙
}
//.判断蓝牙是否打开
if (!mBluetoothAdapter.enable()) {
//没打开请求打开
Intent btEnable = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(btEnable, 100);
}
}
//2.创建GATT服务
private void createGattServer() {
//2.1.新建一个服务
BluetoothGattService service = new BluetoothGattService(TIME_SERVICE,BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);
//2.2 新建一个Characteristic
BluetoothGattCharacteristic currentTime = new BluetoothGattCharacteristic(CURRENT_TIME,
//Read-only characteristic, supports notifications
BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY,
BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ);
//2.3 新建特性描述并配置--这一步非必需
BluetoothGattDescriptor configDescriptor = new BluetoothGattDescriptor(CLIENT_CONFIG,
//Read/write descriptor
BluetoothGattDescriptor.PERMISSION_READ | BluetoothGattDescriptor.PERMISSION_WRITE);
currentTime.addDescriptor(configDescriptor);
//2.4 将特性配置到服务
service.addCharacteristic(currentTime);
//2.5 打开外围设备 注意这个services和server的区别，别记错了
mBluetoothGattServer = mBluetoothManager.openGattServer(this, mGattServerCallback);
if (mBluetoothGattServer == null) {
return;
}
mBluetoothGattServer.addService(service);
}
//3.通知服务开启
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
private void startAdvertising() {
BluetoothLeAdvertiser mBluetoothLeAdvertiser= mBluetoothAdapter.getBluetoothLeAdvertiser();
if (mBluetoothLeAdvertiser == null) {
//创建失败
return;
}
AdvertiseSettings settings = new AdvertiseSettings.Builder()
.setAdvertiseMode(AdvertiseSettings.ADVERTISE_MODE_BALANCED)
.setConnectable(true)
.setTimeout(0)
.setTxPowerLevel(AdvertiseSettings.ADVERTISE_TX_POWER_MEDIUM)
.build();
AdvertiseData data = new AdvertiseData.Builder()
.setIncludeDeviceName(true)
.setIncludeTxPowerLevel(false)
.addServiceUuid(new ParcelUuid(TIME_SERVICE))//绑定服务uuid
.build();
mBluetoothLeAdvertiser.startAdvertising(settings, data, mAdvertiseCallback);
}
private AdvertiseCallback mAdvertiseCallback = new AdvertiseCallback() {
@Override
public void onStartSuccess(AdvertiseSettings settingsInEffect) {
Log.i("", "LE Advertise Started.");
}
@Override
public void onStartFailure(int errorCode) {
Log.w("", "LE Advertise Failed: "+errorCode);
}
};
/**
* Callback to handle incoming requests to the GATT server.
* 所有characteristics 和 descriptors 的读写请求都在这里处理
* 这里我忽略了处理逻辑，这个根据实际需求写
*/
private BluetoothGattServerCallback mGattServerCallback = new BluetoothGattServerCallback() {
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothDevice device, int status, int newState) {
//连接状态改变
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
Log.i("", "BluetoothDevice CONNECTED: " + device);
mRegisteredDevices.add(device);
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
Log.i("", "BluetoothDevice DISCONNECTED: " + device);
mRegisteredDevices.remove(device);
}
}
@Override
public void onCharacteristicReadRequest(BluetoothDevice device, int requestId, int offset,
BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
//请求读特征 如果包含有多个服务，就要区分请求读的是什么，这里我只有一个服务
if(CURRENT_TIME.equals(characteristic.getUuid())){
//回应
mBluetoothGattServer.sendResponse(device,requestId,BluetoothGatt.GATT_SUCCESS,0,"随便回应".getBytes());
}
}
@Override
public void onDescriptorReadRequest(BluetoothDevice device, int requestId, int offset,
BluetoothGattDescriptor descriptor) {
if( CLIENT_CONFIG.equals(descriptor.getUuid())){
Log.d("", "Config descriptor read");
byte[] returnValue;
if (mRegisteredDevices.contains(device)) {
returnValue = BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE;
} else {
returnValue = BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE;
}
mBluetoothGattServer.sendResponse(device,
requestId,
BluetoothGatt.GATT_SUCCESS,
0,
returnValue);
} else {
Log.w("", "Unknown descriptor read request");
mBluetoothGattServer.sendResponse(device,
requestId,
BluetoothGatt.GATT_FAILURE,
0,
null);
}
}
@Override
public void onDescriptorWriteRequest(BluetoothDevice device, int requestId,BluetoothGattDescriptor descriptor,boolean preparedWrite, boolean responseNeeded,
int offset, byte[] value) {
if (CLIENT_CONFIG.equals(descriptor.getUuid())) {
if (Arrays.equals(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE, value)) {
Log.d("", "Subscribe device to notifications: " + device);
mRegisteredDevices.add(device);
} else if (Arrays.equals(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE, value)) {
Log.d("", "Unsubscribe device from notifications: " + device);
mRegisteredDevices.remove(device);
}
if (responseNeeded) {
mBluetoothGattServer.sendResponse(device,
requestId,
BluetoothGatt.GATT_SUCCESS,
0,
null);
}
} else {
Log.w("", "Unknown descriptor write request");
if (responseNeeded) {
mBluetoothGattServer.sendResponse(device,
requestId,
BluetoothGatt.GATT_FAILURE,
0,
null);
}
}
}
//这个实际可以用于反向写数据
@Override
public void onCharacteristicWriteRequest(BluetoothDevice device, int requestId, BluetoothGattCharacteristic characteristic, boolean preparedWrite, boolean responseNeeded, int offset, byte[] value) {
super.onCharacteristicWriteRequest(device, requestId, characteristic, preparedWrite, responseNeeded, offset, value);
}
};
}这样就能简单的创建一个GATT服务了，手上只有一台4.3以上的手机，测试结果目前还不知道~而且搭建服务器要求API 21以上哦
当然，还不要忘了结束应用或者关闭蓝牙的时候关闭服务哦
protected void onDestroy() {
if (mBluetoothLeAdvertiser!=null) {
mBluetoothLeAdvertiser.stopAdvertising(mAdvertiseCallback);
}
if(mBluetoothGattServer!=null) {
mBluetoothGattServer.close();
}
super.onDestroy();
}关于里面的一些术语在这里也列出来一下，方便大家阅读：
通用属性描述（Generic Attribute Profile (GATT)）— GATT是一个通用规范，用于在 BLE 链接上发送和接收被称为“属性”的短数据块。目前所有的低功耗应用程序规范都是基于GATT。蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）为低功耗设备定义了很多规范。一个规范就是对一个设备在特定应用程序上如何运行的具体说明。注意，一个设备可以支持多种规范。例如，一个设备可以包含一个心率检测器和一个电池电压检测器。
属性协议（Attribute Protocol (ATT)）—GATT 是建立在 ATT 之上的。它也被称为 GATT/ATT 。ATT在BLE设备上运行表现优异。为此，它尽可能使用少的字节。每个属性（Attribute）都用一个UUID（Universally Unique Idetifier）进行唯一标识。这是一个标准的128位格式字符串ID，用于唯一标识信息。通过 ATT 传送的这些属性（Attribute）被格式化为特性（Characteristics）和服务（Services）。
特性（Characteristic） — 一个特性包含一个单独的值和 0-n 个描述符，这些描述符描述了特性的值。一个特性可以被认为是一个类型，类似于一个类。
描述符（Descriptor）— 描述符被定义为描述一个特性值的属性。例如，一个描述符可能是指定一个人类可读的描述、一个特性值所能接受的范围或一个专门用于特性值的测量单位。
服务（Service）— 一个服务是一些特性的一个集合。例如，你可能会有一个被称为“心率检测器”的服务，它包含如“心率测量”这个特性。
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