android蓝牙BLE（三） —— 广播

​ 在蓝牙开发中，有些情况是不需要连接的，只要外设广播自己的数据即可，例如苹果的ibeacon。自Android 5.0更新蓝牙API后，手机可以作为外设广播数据。

广播包有两种：

• 广播包（Advertising Data）
• 响应包（Scan Response）

其中广播包是每个外设都必须广播的，而响应包是可选的。每个广播包的长度必须是31个字节，如果不到31个字节 ，则剩下的全用0填充 补全，这部分的数据是无效的

广播数据单元

广播包中包含若干个广播数据单元，广播数据单元也称为 AD Structure。

广播数据单元 = 长度值Length + AD type + AD Data。

长度值Length只占一个字节，并且位于广播数据单元的第一个字节。

概念的东西有些抽象，先看看下面的广播报文：

​ 0x代表这串字符串是十六进制的字符串。两位十六进制数代表一个字节。因为两个字符组成的十六进制字符串最大为FF，即255，而Java中byte类型的取值范围是-128到127，刚好可以表示一个255的大小。所以两个十六进制的字符串表示一个字节。

​ 继续查看报文内容，开始读取第一个广播数据单元。读取第一个字节:0x07,转换为十进制就是7，即表示后面的7个字节是这个广播数据单元的数据内容。超过这7个字节的数据内容后，表示是一个新的广播数据单元。

​ 而第二个广播数据单元，第一个字节的值是0x16,转换为十进制就是22，表示后面22个字节为第二个广播数据单元。

​ 在广播数据单元的数据部分中，第一个字节代表数据类型（AD type），决定数据部分表示的是什么数据。（即广播数据单元第二个字节为AD type）

AD Type的类型如下：

• Flags：TYPE = 0x01。用来标识设备LE物理连接。
  • bit 0: LE 有限发现模式
  • bit 1: LE 普通发现模式
  • bit 2: 不支持 BR/EDR
  • bit 3: 对 Same Device Capable(Controller) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 4: 对 Same Device Capable(Host) 同时支持 BLE 和 BR/EDR
  • bit 5..7: 预留

​ 这bit 1~7分别代表着发送该广播的蓝牙芯片的物理连接状态。当bit的值为1时，表示支持该功能。 例：

• Service UUID。广播数据中可以将设备支持的GATT Service的UUID广播出来，来告知中心设备其支持的Service。对于不同bit的UUID,其对应的类型也有不同：

  • 非完整的16bit UUID: TYPE = 0x02;
  • 完整的16bit UUID 列表: TYPE = 0x03;
  • 非完整的32bit UUID 列表: TYPE = 0x04;
  • 完整的32bit UUID 列表: TYPE = 0x05;
  • 非完整的128bit UUID 列表: TYPE = 0x06;
  • 完整的128bit UUID: TYPE = 0x07;

• TX Power Level: TYPE = 0x0A，表示设备发送广播包的信号强度。 数值范围：±127 dBm。

• 设备名字，DATA 是名字的字符串，可以是设备的全名，也可以是设备名字的缩写。

  • 缩写的设备名称： TYPE = 0x08
  • 完整的设备名称： TYPE = 0x09

• Service Data: Service 对应的数据。

  • 16 bit UUID Service: TYPE = 0x16, 前 2 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；
  • 32 bit UUID Service: TYPE = 0x20, 前 4 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；
  • 128 bit UUID Service: TYPE = 0x21, 前 16 字节是 UUID，后面是 Service 的数据；

• 厂商自定义数据: TYPE = 0xFF。厂商数据中，前两个字节表示厂商ID,剩下的是厂商自定义的数据。

BLE广播

蓝牙广播的数据格式大致讲了一下，有助于下面的广播操作的理解。

自定义UUID:

//`UUID`
public static `UUID` UUID_SERVICE = `UUID`.fromString("0000fff7-0000-1000-8000-00805f9b34fb");

开启广播一般需要3~4对象：广播设置（AdvertiseSettings）、广播包（AdvertiseData）、扫描包（可选）、广播回调（AdvertiseCallback）。

广播设置

先看看广播设置（AdvertiseSettings）如何定义：

//初始化广播设置
mAdvertiseSettings = new AdvertiseSettings.Builder()
        //设置广播模式，以控制广播的功率和延迟。
        .setAdvertiseMode(AdvertiseSettings.ADVERTISE_MODE_LOW_POWER)
        //发射功率级别
        .setTxPowerLevel(AdvertiseSettings.ADVERTISE_TX_POWER_HIGH)
        //不得超过180000毫秒。值为0将禁用时间限制。
        .setTimeout(3000)
        //设置是否可以连接
        .setConnectable(false)
        .build();

（1）、通过AdvertiseSettings.Builder#setAdvertiseMode() 设置广播模式。其中有3种模式：

• 在均衡电源模式下执行蓝牙LE广播:AdvertiseSettings#ADVERTISE_MODE_BALANCED
• 在低延迟，高功率模式下执行蓝牙LE广播: AdvertiseSettings#ADVERTISE_MODE_LOW_LATENCY
• 在低功耗模式下执行蓝牙LE广播:AdvertiseSettings#ADVERTISE_MODE_LOW_POWER

（2）、通过AdvertiseSettings.Builder#setAdvertiseMode() 设置广播发射功率。共有4种功率模式：

• 使用高TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_HIGH
• 使用低TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_LOW
• 使用中等TX功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_MEDIUM
• 使用最低传输（TX）功率级别进行广播：AdvertiseSettings#ADVERTISE_TX_POWER_ULTRA_LOW

（3）、通过AdvertiseSettings.Builder#setTimeout()设置持续广播的时间，单位为毫秒。最多180000毫秒。当值为0则无时间限制，持续广播，除非调用BluetoothLeAdvertiser#stopAdvertising()停止广播。

（4）、通过AdvertiseSettings.Builder#setConnectable()设置该广播是否可以连接的。

广播包

之前说过，外设必须广播广播包，扫描包是可选。但添加扫描包也意味着广播更多得数据，即可广播62个字节。

//初始化广播包
mAdvertiseData = new AdvertiseData.Builder()
        //设置广播设备名称
        .setIncludeDeviceName(true)
        //设置发射功率级别
        .setIncludeDeviceName(true)
        .build();
        
//初始化扫描响应包
mScanResponseData = new AdvertiseData.Builder()
        //隐藏广播设备名称
        .setIncludeDeviceName(false)
        //隐藏发射功率级别
        .setIncludeDeviceName(false)
        //设置广播的服务`UUID`
        .addService`UUID`(new Parcel`UUID`(UUID_SERVICE))
        //设置厂商数据
        .addManufacturerData(0x11,hexStrToByte(mData))
        .build();

可见无论是广播包还是扫描包，其广播的内容都是用AdvertiseData类封装的。

（1）、AdvertiseData.Builder#setIncludeDeviceName()方法，可以设置广播包中是否包含蓝牙的名称。

（2）、AdvertiseData.Builder#setIncludeTxPowerLevel()方法，可以设置广播包中是否包含蓝牙的发射功率。

（3）、AdvertiseData.Builder#addServiceUUID(ParcelUUID)方法，可以设置特定的UUID在广播包中。

（4）、AdvertiseData.Builder#addServiceData(ParcelUUID，byte[])方法，可以设置特定的UUID和其数据在广播包中。

（5）、AdvertiseData.Builder#addManufacturerData(int，byte[])方法，可以设置特定厂商Id和其数据在广播包中。

​ 从AdvertiseData.Builder的设置中可以看出，如果一个外设需要在不连接的情况下对外广播数据，其数据可以存储在UUID对应的数据中，也可以存储在厂商数据中。但由于厂商ID是需要由Bluetooth SIG进行分配的，厂商间一般都将数据设置在厂商数据。

广播名称

另外可以通过BluetoothAdapter#setName()设置广播的名称

//获取蓝牙设配器
BluetoothManager bluetoothManager = (BluetoothManager)
        getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
//设置设备蓝牙名称
mBluetoothAdapter.setName("daqi");

发送BLE广播

先看一个例子，我们分别在广播包和扫描包中设置AdvertiseData.Builder的每一种广播报文参数，得到一下报文内容：

(1)、Type = 0x01 表示设备LE物理连接。

(2)、Type = 0x09 表示设备的全名

(3)、Type = 0x03 表示完整的16bit UUID。其值为0xFFF7。

(4)、Type = 0xFF 表示厂商数据。前两个字节表示厂商ID,即厂商ID为0x11。后面的为厂商数据，具体由用户自行定义。

(5)、Type = 0x16 表示16 bit UUID的数据，所以前两个字节为UUID,即UUID为0xF117，后续为UUID对应的数据，具体由用户自行定义。

最后继承AdvertiseCallback自定义广播回调。

private class daqiAdvertiseCallback extends AdvertiseCallback {
    //开启广播成功回调
    @Override
    public void onStartSuccess(AdvertiseSettings settingsInEffect){
        super.onStartSuccess(settingsInEffect);
        Log.d("daqi","开启服务成功");
    }

    //无法启动广播回调。
    @Override
    public void onStartFailure(int errorCode) {
        super.onStartFailure(errorCode);
        Log.d("daqi","开启服务失败，失败码 = " + errorCode);
    }
}

初始化完毕上面的对象后，就可以进行广播：

//获取BLE广播的操作对象。
//如果蓝牙关闭或此设备不支持蓝牙LE广播，则返回null。
mBluetoothLeAdvertiser = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeAdvertiser();
//mBluetoothLeAdvertiser不为空，且蓝牙已开打
if(mBluetoothAdapter.isEnabled()){
    if (mBluetoothLeAdvertiser != null){
         //开启广播
        mBluetoothLeAdvertiser.startAdvertising(mAdvertiseSettings,
            mAdvertiseData, mScanResponseData, mAdvertiseCallback);
    }else {
        Log.d("daqi","该手机不支持ble广播");
    }
}else{
    Log.d("daqi","手机蓝牙未开启");
}

​ 广播主要是通过BluetoothLeAdvertiser#startAdvertising()方法实现，但在之前需要先获取BluetoothLeAdvertiser对象。

BluetoothLeAdvertiser对象存在两个情况获取为Null:

• 手机蓝牙模块不支持BLE广播
• 蓝牙未开启

所以在调用BluetoothAdapter#getBluetoothLeAdvertiser()前，需要先调用判断蓝牙已开启，并判断在BluetoothAdapter中获取的BluetoothLeAdvertiser是否为空（测试过某些华为手机mBluetoothAdapter.isMultipleAdvertisementSupported()为 false, 但是能发送ble广播）。

​ 与广播成对出现就是BluetoothLeAdvertiser.stopAdvertising()停止广播了，传入开启广播时传递的广播回调对象，即可关闭广播：

mBluetoothLeAdvertiser.stopAdvertising(mAdvertiseCallback)

启动GATT Service 和 Characteristic

​ 虽然通过广播告知外边自身拥有这些Service,但手机自身并没有初始化Gattd的Service。导致外部的中心设备连接手机后，并不能找到对应的GATT Service 和 获取对应的数据。

创建Gatt Service

Service类型有两个级别：

• BluetoothGattService#SERVICE_TYPE_PRIMARY 主服务
• BluetoothGattService#SERVICE_TYPE_SECONDARY次要服务（存在于主服务中的服务）

创建BluetoothGattService时，传入两个参数：UUID和Service类型：

BluetoothGattService service = new BluetoothGattService(UUID_SERVICE,
                                BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY);

创建Gatt Characteristic

​ 我们都知道Gatt中，Service的下一级是Characteristic，Characteristic是最小的通信单元，通过对Characteristic进行读写操作来进行通信。

//初始化特征值
mGattCharacteristic = new BluetoothGattCharacteristic(UUID_CHARACTERISTIC,
        BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE|
                BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY|
                BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ,
        BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_WRITE|
                BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ);

创建BluetoothGattCharacteristic时，传入三个参数：UUID、特征属性 和 权限属性。

​ 特征属性表示该BluetoothGattCharacteristic拥有什么功能，即能对BluetoothGattCharacteristic进行什么操作。其中主要有3种：

• BluetoothGattCharacteristic#PROPERTY_WRITE 表示特征支持写
• BluetoothGattCharacteristic#PROPERTY_READ 表示特征支持读
• BluetoothGattCharacteristic#PROPERTY_NOTIFY 表示特征支持通知

权限属性用于配置该特征值所具有的功能。主要两种：

• BluetoothGattCharacteristic#PERMISSION_WRITE 特征写权限
• BluetoothGattCharacteristic#PERMISSION_READ 特征读权限

注意事项

• 当特征值只有读权限时，调用BluetoothGatt#writeCharacteristic()对特征值进行修改时，将返回false，无法写入。并不会触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicWrite()回调。
• 当特征值只有写权限时，调用BluetoothGatt#readCharacteristic()对特征值进行读取时，将返回false，无法写入。并不会触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicRead()回调。

创建Gatt Descriptor

Characteristic下还有Descriptor，初始化BluetoothGattDescriptor时传入：Descriptor UUID 和 权限属性

//初始化描述
mGattDescriptor = new BluetoothGattDescriptor(UUID_DESCRIPTOR,BluetoothGattDescriptor.PERMISSION_WRITE);

添加 Characteristic 和 Descriptor

为Service添加Characteristic，为Characteristic添加Descriptor：

//Service添加特征值
mGattService.addCharacteristic(mGattCharacteristic);
mGattService.addCharacteristic(mGattReadCharacteristic);
//特征值添加描述
mGattCharacteristic.addDescriptor(mGattDescriptor);

​ 通过蓝牙管理器mBluetoothManager获取Gatt Server，用来添加Gatt Service。添加完Gatt Service后，外部中心设备连接手机时，将能获取到对应的GATT Service 和 获取对应的数据

//初始化GattServer回调
mBluetoothGattServerCallback = new daqiBluetoothGattServerCallback();

if (mBluetoothManager != null)
    mBluetoothGattServer = mBluetoothManager.openGattServer(this, mBluetoothGattServerCallback);
boolean result = mBluetoothGattServer.addService(mGattService);
if (result){
    Toast.makeText(daqiActivity.this,"添加服务成功",Toast.LENGTH_SHORT).show();
}else {
    Toast.makeText(daqiActivity.this,"添加服务失败",Toast.LENGTH_SHORT).show();
}

​ 定义Gatt Server回调。当中心设备连接该手机外设、修改特征值、读取特征值等情况时，会得到相应情况的回调。

private class daqiBluetoothGattServerCallback extends BluetoothGattServerCallback{

    //设备连接/断开连接回调
    @Override
    public void onConnectionStateChange(BluetoothDevice device, int status, int newState) {
        super.onConnectionStateChange(device, status, newState);
    }

    //添加本地服务回调
    @Override
    public void onServiceAdded(int status, BluetoothGattService service) {
        super.onServiceAdded(status, service);
    }
    
    //特征值读取回调
    @Override
    public void onCharacteristicReadRequest(BluetoothDevice device, int requestId, int offset, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        super.onCharacteristicReadRequest(device, requestId, offset, characteristic);
    }
    
    //特征值写入回调
    @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);
    }
    
    //描述读取回调
    @Override
    public void onDescriptorReadRequest(BluetoothDevice device, int requestId, int offset, BluetoothGattDescriptor descriptor) {
        super.onDescriptorReadRequest(device, requestId, offset, descriptor);
    }
    
    //描述写入回调
    @Override
    public void onDescriptorWriteRequest(BluetoothDevice device, int requestId, BluetoothGattDescriptor descriptor, boolean preparedWrite, boolean responseNeeded, int offset, byte[] value) {
        super.onDescriptorWriteRequest(device, requestId, descriptor, preparedWrite, responseNeeded, offset, value);
    }
}

最后开启广播后，用nRF连接后看到的特征值信息如下图所示：（加多了一个只能都的特征值）

android BLE系列：

android蓝牙BLE（一） —— 扫描

android蓝牙BLE（二） —— 通信

android蓝牙BLE（三） —— 广播

android蓝牙BLE（四） —— 实战