Android蓝牙通信过程详解

蓝牙无线技术是一种全球通用的短距离无线技术，具有耗电量低、成本低、安全性、稳定性、易用性等优点，尤其在物联网设备上的占有率非常高，因此我们有必要对蓝牙做深入的了解。本文从蓝牙和Android手机的一次通信过程为引，讲解Android蓝牙通信上的一些问题和原理，以及调用方法。如有描述不当的地方还请指出。

例子

假设Android手机A要给蓝牙设备B发送一条“hello”的消息，然后B会给A回一条“world”。我们应该怎么做呢？

过程

过程可以大致分为三步：

寻找设备

连接

通信

寻找设备

A要怎么找到B呢，一般是由设备B按照一定的周期广播数据包，然后A和B指定好协议，看广播数据里有没有协议约定的数据，有的话则说明找到了B。

广播的数据包分为四种

ADV_IND

ADV_DIRECT_IND

ADV_NONCONN_IND

ADV_SCAN_IND

一般发送的是ADV_IND包（可参考蓝牙协议分析(5)_BLE广播通信相关的技术分析。

Android设备通过系统提供的API开始接受广播数据，

然后在callback里获取广播数据

ScanResult就是当前接收到的广播里数据，在5.0以及5.0以上的api，会帮我们解析广播的数据，但是5.0以下的话，只是会把整个广播数据传回来。下面大致讲解下广播协议数据。

广播协议分析：

官方文档：

https://www.bluetooth.com/specifications/assigned-numbers/generic-access-profile

广播的数据，按 len 1字节，TYPE1字节, data (len -1)字节的顺序组依次组织，key的含义在上面的表格中已经给出。 下面举个例子，

假设下面是设备B的广播数据

解析数据

另外，设备的广播频率是可以自己定义的，从几ms到几百ms不等，广播的频率决定了手机发现设备的快慢，

有个软件叫"nRF Connect",可以很方便的观看蓝牙设备的广播速度。

软件截图：

上图的Adv. Interval就是广播的间隔，上文讲到的所有东西都可以在这个软件上观察到。

连接过程

蓝牙分为5种工作状态，

准备（standby）：就绪状态，准备转变为其他状态

广播（advertising）：向外发送数据的状态

监听扫描（Scanning）: 扫描状态的时候，在接受到ADV_IND包是，会发送SCAN_REQ包，可以获得更多的信息。

发起连接（Initiating）：发起连接状态，在ADV_IND或者ADV_DIRECT_IND之后，会发送CONNECT_REQ包，从而建立连接。

已连接（Connected）：根据连接时约定的参数，发送CONNECT_EVENT，保持连接不断开。

具体工作流程如下：

可被连接的设备（Advertiser），按照一定的周期广播ADV_IND或者ADV_DIRECT_IND包（可参考“蓝牙协议分析(5)_BLE广播通信相关的技术分析”）。

主动连接的设备（Initiator），在收到广播包之后，会回应一个CONNECT_REQ请求，该请求携带了可决定后续“通信时序”的参数，例如双方在哪一个时间点、哪一个Physical Channel收发数据，等等。

Initiator在发出CONNECT_REQ数据包之后，自动转变为Connection状态，成为Master角色（注意：这是“自动”的，不需要等待另一方的回应）。同样，Advertiser在收到CONNECT_REQ请求之后，也自动转变为Connection状态，成为Slave角色。

此后，双方按照CONNECT_REQ参数所给出的约定，定时到切换到某一个Physical Channel上，按照Master->Slave然后Slave->Master的顺序，收发数据，直至连接断开。

在Android手机中，连接的代码非常简单，只有一个api可以调用，如下：

之后在bluetoothGattCallback的onConnectionChange的回调里，就可以知道连接的结果。

通信

说道通信，就要讲到跳频。跳频的原理是

蓝牙这边在通信的时候，会约定一个随机的频率（也不是完全随机，有一个范围）。双方在这个频率上通信，这样通信更稳定。所以Ble在扫描和连接两个步骤中，可能耗时比较长，但是开始通信之后，速度和稳定性都会加快不少。

而跳频的参数，是在连接命令里发过去的。

蓝牙设备，都会注册service和characteristic，并且用uuid标识。

service 可以理解为一个服务，在BLE从机中有多个服务，电量信息，系统服务信息等，每一个service中包含了多个characteristic特征值，每一个具体的characteristic特征值才是BLE通信的主题。

characteristic特征值：BLE主机从机通信均是通过characteristic进行，可以将其理解为一个标签，通过该标签可以读取或写入相关信息。

大家可以理解为service就是java里的class，characteristic是class里的public方法。所以我们应该先找到class，再调用其方法。

再往下想，写和读肯定是两个方法，所以也会是两个characteristic。

service和characteristic的uuid都是通信之前双方约定好的。android端在上文说的discoverService之后，查看有没有对应的uuid，如果有，就可以发起通信了。

setCharacteristicNotification 成功后，就可以在onCharacteristicChanged方法收到回调了。

蓝牙通信的过程，就是往writeCharacteristic里写数据，然后监听readCharacteristic的返回。这两个操作保持有序进行，就可以通信了。

过程总结

针对上文说的例子， 画个图来总结一下

蓝牙采坑总结

scan过程

据测试，Android5.0以下的手机，是不支持128位的uuid的，只支持16位的。如果过滤的uuid填入128位的话，是搜索不到设备的。所以要分别判断。

部分手机（三星遇到过），在蓝牙关闭情况下，仍然可以使用ble功能，但是经常会有问题，所以请务必打开蓝牙再开始通信。

部分手机，如果1次scan不到，后续都不会scan到了，这时要停止scan，重新启动一次。

连接错误

国内Android手机的蓝牙不知道为何，非常不稳定。在连接的过程中，会有各种各样的错误，我用了github上总结的错误，

https://github.com/Twelvelines/AndroidMuseumBleManager/blob/ef5e866c0aa8955320bac7ee9884f60be5bbe1d5/bluetooth-manager-lib/src/main/java/com/blakequ/bluetooth_manager_lib/connect/GattError.java

或者

https://blog.csdn.net/ocean20/article/details/65431478

这些错误会频繁的遇到，所以为了成功率更高，需要在连接的时候增加重试机制。

遇到这些错误，立刻断开连接，等待1-2秒后再次尝试连接。

具体见以下代码：

onConnectError的回调里，可以直接去重试连接。这样可以提高成功率。但是重新连接之前一定要close当前连接，否则会出现各种问题。

但是重试随之而来的问题是老的gatt对象可能仍然会回调（系统回调不知道什么时候回来），所以在接收回调的时候，最好判断一下当前的gatt对象是否是最新的。

然后还有就是通信问题，通信相对于连接来说，是稳定很多的，但是仍然会有一定的几率，收不到消息。所以硬件设备和手机的蓝牙代码，最好有一方有重试机制，一般来说手机重试就足够了。

参考文献

请关注我的后续文章哦：Android连接的源码分析

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