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)品設計師來說，使BLE如此有趣的是，這幾乎肯定是設計可以與現(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設備是唯一的硬件設計選項，不需要您無休止地鉆研，即可合法地為iOS設備銷售產(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）

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使您的設備對外界可見，并確定兩個設備如何（或不能）彼此交互。

設備角色 GAP定義了設備的各種角色，但是要記住的兩個關鍵概念是 Central 設備和 Peripheral 設備。

外圍設備設備是小型，低功耗，資源受限的設備，可以連接到功能更強大的中央設備。外圍設備是諸如心率監(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，因為這是不斷從設備傳輸出去的有效負載，以使范圍內的中央設備知道它的存在。掃描響應有效負載是中央設備可以請求的可選輔助有效負載，并允許設備設計人員在廣告有效負載中添加更多信息，例如設備名稱字符串等。

廣告過程下圖應說明廣告過程以及廣告有效載荷和掃描響應有效載荷的方式

外圍設備將設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，但響應速度會變慢。

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

廣播網(wǎng)絡拓撲外設通告自己，以便可以建立連接并可以使用GATT服務和特征（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備一次將數(shù)據(jù)發(fā)送到多個設備。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備看到。

通過在31字節(jié)廣告或掃描響應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，可將數(shù)據(jù)單向發(fā)送到偵聽范圍內的任何設備，如下圖所示。這在低功耗藍牙技術中被稱為廣播。

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

一旦您在外圍設備和中央設備之間建立了連接，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備使用稱為服務的概念來回傳輸數(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，特征和相關數(shù)據(jù)。 。

一旦在兩個設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外圍設備一次只能連接到一個中央設備（移動電話等）！外圍設備一旦連接到中央設備，它將立即停止廣告本身，其他設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，其中中央設備可以發(fā)送有意義的數(shù)據(jù)到外圍設備，反之亦然。

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

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

一旦外圍設備與中央設備之間建立了連接，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器/客戶端關系。

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

所有交易均由主設備GATT客戶端啟動，該設備從從設備GATT接收響應服務器。

何時建立建立連接后，外圍設備將向中央設備建議一個“連接間隔”，并且中央設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！您的中央設備可能無法滿足請求，因為它正忙于與另一個外圍設備通信，或者所需的系統(tǒng)資源不可用。

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

服務和特征 GATT BLE中的事務基于稱為 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外圍設備本身上，這很簡單，已定義的已定義服務集合由藍牙SIG或外圍設計人員堆積。例如，心率配置文件將心率服務和設備信息服務結合在一起?？梢栽诖颂幉榭凑讲捎玫幕贕ATT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。服務可以具有一個或多個特征，并且每個服務都通過稱為UUID的唯一數(shù)字ID與其他服務區(qū)分開，UUID可以是16位（對于正式采用的BLE服務）或128位（對于自定義服務） ）。可以在Bluetooth Developer Portal的“服務”頁面上查看正式采用的BLE服務的完整列表。例如，如果您查看心率服務，我們可以看到此正式采用的服務具有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）。

與服務類似，每個特性通過預定義的16位或128位UUID進行區(qū)分?？梢悦赓M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，只有外圍設備和軟件可以理解。

例如，心率測量特性對于心率服務是必選的，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，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”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。/p》

責任編輯：wv