蓝牙低功耗（BLE）技术｜智能手表小知识

智能手表，是将手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功能，能同步手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等。

目前市面上的智能手表可大致分为两种：

1、不带通话功能的：依托连接智能手机而实现多功能，能同步 *** 作手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等；

2、带通话功能的：支持插入SIM卡，本质上是手表形态的智能手机，市面大部分使用Android系统。

智能手表的发展背景

随着移动技术的发展，许多传统的电子产品也开始增加移动方面的功能，比如过去只能用来看时间的手表，现今也可以通过智能手机或家庭网络与互联网相连，显示来电信息、社交软件和新闻、天气信息等内容。

这种新手表可被称作智能手表，这类产品主要是为消费者在不方便使用智能手机的情况下使用而设计的，比如正在骑自行车或手上提满了东西的时候。

智能手表的功能

1、移动支付

2、社交聊天

3、监督儿童

4、接收听电话

5、身份验证、授权

6、查看信息

伦茨 科技 蓝牙BLE52智能手表方案

伦茨 科技 推出最新蓝牙BLE52智能手表方案，本蓝牙方案采用伦茨 科技 最新蓝牙BLE52芯片ST17H65，手表可通过蓝牙与手机或者平板电脑连接，获取手机天气、信息、电话等，手表还可将监测到的运动和心率数据实时传输到手机中，并实时的为用户提供 健康 资讯，让用户以积极可观的心态面对生活和工作。

蓝牙智能手表方案功能

1、应用通知

蓝牙智能手表APP开发中的应用通知功能是指手表可以提醒电话、短信以及三方的应用通知。防止用户错过任意一则重要的信息。

2、运动数据和心率数据

运动数据和心率数据功能是每一款蓝牙智能手表都配备的功能。用户可以通过这个记录行走步数、距离、心率、燃烧热量等信息。这些信息记录之后，可以反馈到手机上。帮助用户更好的了解自身身体情况。

3、天气管理

蓝牙智能手表可以提供更换天气功能。并且，会自动定位城市，做好预警天气提醒。

4、手表闹钟

手表闹钟功能是指用户在使用智能手表时，可以在APP上设定多组闹钟，到了特定时间时，手表会震动。用户只要用手触摸视频即可关闭闹钟。

5、蓝牙定位

蓝牙实时定位。另外还有一键报警功能，对用户特别是未成年，能起到保障作用。

伦茨 科技 拥有自主研发无线射频和低功耗蓝牙BLE52芯片并具有全球知识产权，针对AIoT物联网领域和个人消费者，提供蓝牙主控全集成芯片的「软硬件共性」解决方案及核心器件，配套全方位APP软件平台定制开发。所设计的蓝牙芯片方案应用于智能穿戴设备、蓝牙室内导航、智能家居、医疗 健康 、运动建身、数据传输、远程控制、个人外设及AIoT物联网等场景。

最新推出搭载高性能低功耗32位处理器的蓝牙芯片ST17H66（SOP16），支持Bluetooth LE、SIG MESH多功能的Bluetooth 52。

关键参数：

这是Ble极简系列的第二篇文章，上一篇 Android BLE低功耗蓝牙开发极简系列（一）之扫描与连接 主要是扫描连接，这一篇主要是读写 *** 作。

在连接成功后，可以通过Gatt进行discoverServices()。

在mGattCallback 回调添加Servicest的相关回调

当返回的status == BluetoothGattGATT_SUCCESS时，进行读写以及通知相关的 *** 作， 调用writeDescriptor()，注意设置setValue为ENABLE_INDICATION_VALUE，否则可能后续读取不到数据。

设置成功，会在onDescriptorWrite方法进行回调，注意UUID_SERVICE，UUID_NOTIFICATION特征值UUID，可以询问公司固件端的开发人员，和开发人员配合修改。

读取数据在onCharacteristicChanged方法中，注意进制间的转换。

一定要进行读写开关 *** 作，注意descriptorsetValue(BluetoothGattDescriptorENABLE_INDICATION_VALUE)，否则可能读取不到数据。

喜欢可以关注博主 BleDemo

此文大部分内容来自官方的翻译，加上了自己的一些蹩脚的理解。

ANCS是Apple Notification Center Service的简称，中文为苹果通知中心服务。

ANCS是苹果让周边蓝牙设备（手环、手表等）可以通过低功耗蓝牙访问IOS设备（iphone、ipad等）上的各类通知提供的一种简单方便的机制。

ANCS是基于BLE协议中的通用属性协议（Generic Attribute Profile,GATT）协议实现的，他是GATT协议的一个子集。在ANCS协议中，IOS设备作为gatt-server,而周边设备作为gatt client来连接和使用server提供的其他services。

除非特殊说明，IOS设备ANCS与ble设备进行通信的过程中都是采用的小端模式进行传输的，比如NC接收到的attribute length数据为0x02 0x00,应该解析为0x00 0x02，即长度为2byte

字符串的编码采用了UTF-8编码格式。

NP（Notification Provider）:消息提供者，指的是ANCS服务的产生者，即IOS设备。

NC（Notification Consumer）:消息接受者，指的是ANCS服务的客户端，即周边BLE设备。

苹果通知中心服务的UUID为7905F431-B5CE-4E99-A40F-4B1E122D00D0。

由于IOS的特性限制，一个苹果设备上只能有一个ANCS存在，一个ANCS可以连接多个client。因为ANCS并不能保证始终存在（be present？），NC需要订阅服务变更特性（the Service Changed characteristic of the GATT service ）以便任何时候都可以监听准备发布和取消发布的ANCS。

ANCS有三个特性：

所有的特性需要认证（NC设备连接上NP并且完成配对和绑定）才能过连接。

对于NC来说，通知源是必须订阅的，其他两个是可选择的。

NC收到的通知源特性主要有三种事件：

经过数据源特性分发的Gatt通知包含一下信息：

NC设备可能想要与IOS通知进行交互。它可能需要获得通知的更多信息，其中包括它的内容以及在此基础上进行一些 *** 作，这些都要通过控制点和数据源特性来实现。

NC可以通过往控制点特性里写入命令来获取关于通知的更多消息。如果命令写入成功的话，NP会在数据源特性中通过通知流对该请求进行回复。

获取通知具体属性的命令

获取通知属性命令使得NC可以得到某个特定通知的详细属性，比如短信的发送人，短信内容，时间等。

该命令包含了一下的信息：

该响应包含一下内容：

如果响应的长度大于GATT所规定的最大传输单元(Maximum Transmission Unit, MTU)，则NP会它分成多段传送。NC必须将响应的数据段重新组包。当收到所有请求属性的内容时，则表示响应完成。

获得应用属性

获取应用属性命令允许NC指定获取NP上某个已安装的应用程序的属性。

获取应用属性命令包含下面信息：

响应一个获取应用属性命令的数据包含下面信息：

如果响应数据的长度大于GATT所规定的最大传输单元(Maximum Transmission Unit, MTU)，则NP会它分成多端传送。NC必须将响应的数据段重新组包。当收到所有请求属性的内容时，则表示响应完成。

执行通知动作

它允许NC向指定的iOS通知执行一条预定动作。

一条执行通知动作包含下面信息：

当发送这个命令到控制点特征后，无论发送成功或失败，数据源特征上都不会产生数据。也就是说这是一个无需响应的命令。

通知动作

从iOS8开始，NP发送的iOS通知起始可以间接的告诉NC可执行哪些动作。接着，NC就可以针对指定的iOS通知，请求NP执行一个动作。

通知源特征上生成的GATT通知包含一个叫做Eventflags的数据域，NC根据这个数据域就可得知对一条iOS通知可以执行哪些 *** 作：

实际的动作都是由NP执行的，这就表示：NC可执行动作都是由NP所决定的，而且根据iOS通知的不同而不同。举个例子，当NC收到来电通知时，执行积极动作可以接听，执行消极动作就拒接，而对于消息（官方是social）类型的通知而言，则只有消极 *** 作，也就是说，在手表等从设备上面只能查看消息，而无法回复。

NC不能预先去假设或尝试猜测一条iOS通知确切的可执行的动作。因为这些动作都是基于特定通知的，只有NP知道，而对NC无用的；同时还有其它的因素，如ANCS版本的变化等。这样，NP才能保证积极动作和消极动作的结果都与用户没多大关系。

iOS 8系统中，NC通过发送获取通知属性命令，可获取到某条iOS通知可执行动作的简洁描述：

一个ANCS的服务周期开始于NC订阅NP上的Notification Source characteristic，结束于NC取消该订阅或者断开连接。因为ANCS不是一种完全同步的服务，它没有追踪不同周期中的状态，因此所有的标示以及NC、NP之间的数据交换只在某一个周期中是有效的。

当一个周期结束后，NC应该删除其在本周期内采集和存储的所有的标示以及数据。一个新的周期开始的时候，NP会可能的把所有存在的通知下发给NC。

当往 Control Point characteristic中写入控制命令时,NC有时会受到ANCS错误码：

Unknown command (0xA0): 命令无法识别

Invalid command (0xA1): 命令格式错误

Invalid parameter (0xA2): 参数错误，例如notification uid并不存在对应的notification对象

Action failed (0xA3): 动作没有被执行。

如果NP回复了一个错误码，那么Data Source characteristic中将不再产生任何回应的命令的数据。

以下两个图展示了NP和NC之间的两种交互的过程的例子。Figure 2-7显示了NC上想要开启ANCS的基本流程； Figure 2-8 展示了NC获得IOS通知更多信息的基本流程。

Figure 2-7 Service setup example

最近遇到了一个BLE的项目，花时间恶补了下相关的知识，这里记录下来备忘。这篇笔记是纯协议的，先大概了解ble的协议和流程，能帮助我们更好的编码

Ble设备的发现实际上靠的是Advertising(广播)机制。广播也有人管它叫做Beacon,我没有在官方文档里面查找到这个词，但是从网络上的文章来看，它们差不多就是同一个东西。

基于广播发现Ble设备有两种方式:

由于这两种方式都基于广播，所以它们的数据格式是一样的。广播会自带一些信息，例如设备的名称、MAC地址等。除了自带的数据之外，我们还能携带一些额外的信息数据。根据 官方 的 文档 ，可以看到这个额外数据的具体格式如下:

可以看到广播数据里面包含多个AD Structure。每个AD Structure分为两个部分:数据段长度(1字节)+数据段(N字节)。数据段又分为头1个字节的AD Type标识类型和剩余的AD Data具体数据。

注意看最后的Non-significant part,有时候在安卓的回调里面会在byte数组的最后看到一堆的0x0，这个实际上也是定义在协议里面正常的无意义数据，我们直接忽略它们就好。

举个实际的例子，在手机上使用ble搜索应用搜索我司开发的蓝牙设备，查看其广播数据:

可以看到广播数据0x0319C703020104030312180C094D41584559455F353146300C16791300000002000000735C，实际有5个AD Structure。

AD Type如上图所说可以去蓝牙协议的 官方 查看[Generic Access Profile文档]( >

Generic Attribute Profile (GATT)

通过BLE连接，读写属性类小数据的Profile通用规范。现在所有的BLE应用Profile都是基于GATT的。

Attribute Protocol (ATT)

GATT是基于ATT Protocol的。ATT针对BLE设备做了专门的优化，具体就是在传输过程中使用尽量少的数据。每个属性都有一个唯一的UUID，属性将以characteristics and services的形式传输。

Characteristic

Characteristic可以理解为一个数据类型，它包括一个value和0至多个对次value的描述（Descriptor）。

Descriptor

对Characteristic的描述，例如范围、计量单位等。

Service

Characteristic的集合。例如一个service叫做“Heart Rate Monitor”，它可能包含多个Characteristics，其中可能包含一个叫做“heart rate measurement"的Characteristic。

二、角色和职责：

Android设备与BLE设备交互有两组角色：

中心设备和外围设备（Central vs peripheral）；

GATT server vs GATT client

Central vs peripheral:

中心设备和外围设备的概念针对的是BLE连接本身。Central角色负责scan advertisement。而peripheral角色负责make advertisement。

GATT server vs GATT client:

这两种角色取决于BLE连接成功后，两个设备间通信的方式。

举例说明：

现 有一个活动追踪的BLE设备和一个支持BLE的Android设备。Android设备支持Central角色，而BLE设备支持peripheral角 色。创建一个BLE连接需要这两个角色都存在，都仅支持Central角色或者都仅支持peripheral角色则无法建立连接。

当 连接建立后，它们之间就需要传输GATT数据。谁做server，谁做client，则取决于具体数据传输的情况。例如，如果活动追踪的BLE设备需要向 Android设备传输sensor数据，则活动追踪器自然成为了server端；而如果活动追踪器需要从Android设备获取更新信息，则 Android设备作为server端可能更合适。

三、权限及feature：

和经典蓝牙一样，应用使用蓝牙，需要声明BLUETOOTH权限，如果需要扫描设备或者 *** 作蓝牙设置，则还需要BLUETOOTH_ADMIN权限：

<uses-permission android:name="androidpermissionBLUETOOTH"/>

<uses-permission android:name="androidpermissionBLUETOOTH_ADMIN"/>

除了蓝牙权限外，如果需要BLE feature则还需要声明uses-feature：

<uses-feature android:name="androidhardwarebluetooth_le" android:required="true"/>

按时required为true时，则应用只能在支持BLE的Android设备上安装运行；required为false时，Android设备均可正常安装运行，需要在代码运行时判断设备是否支持BLE feature：

// Use this check to determine whether BLE is supported on the device Then

// you can selectively disable BLE-related features

if (!getPackageManager()hasSystemFeature(PackageManagerFEATURE_BLUETOOTH_LE)) {

ToastmakeText(this, Rstringble_not_supported, ToastLENGTH_SHORT)show();

finish();

}

四、启动蓝牙：

在使用蓝牙BLE之前，需要确认Android设备是否支持BLE feature(required为false时)，另外要需要确认蓝牙是否打开。

如果发现不支持BLE，则不能使用BLE相关的功能。如果支持BLE，但是蓝牙没打开，则需要打开蓝牙。

打开蓝牙的步骤：

1、获取BluetoothAdapter

BluetoothAdapter是Android系统中所有蓝牙 *** 作都需要的，它对应本地Android设备的蓝牙模块，在整个系统中BluetoothAdapter是单例的。当你获取到它的示例之后，就能进行相关的蓝牙 *** 作了。

获取BluetoothAdapter代码示例如下：

// Initializes Bluetooth adapter

final BluetoothManager bluetoothManager =

(BluetoothManager) getSystemService(ContextBLUETOOTH_SERVICE);

mBluetoothAdapter = bluetoothManagergetAdapter();

注：这里通过getSystemService获取BluetoothManager，再通过BluetoothManager获取BluetoothAdapter。BluetoothManager在Android43以上支持(API level 18)。

2、判断是否支持蓝牙，并打开蓝牙

获取到BluetoothAdapter之后，还需要判断是否支持蓝牙，以及蓝牙是否打开。

如果没打开，需要让用户打开蓝牙：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;

// Ensures Bluetooth is available on the device and it is enabled If not,

// displays a dialog requesting user permission to enable Bluetooth

if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapterisEnabled()) {

Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapterACTION_REQUEST_ENABLE);

startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);

}

五、搜索BLE设备：

通过调用BluetoothAdapter的startLeScan()搜索BLE设备。调用此方法时需要传入 BluetoothAdapterLeScanCallback参数。

因此你需要实现 BluetoothAdapterLeScanCallback接口，BLE设备的搜索结果将通过这个callback返回。

由于搜索需要尽量减少功耗，因此在实际使用时需要注意：

1、当找到对应的设备后，立即停止扫描；

2、不要循环搜索设备，为每次搜索设置适合的时间限制。避免设备不在可用范围的时候持续不停扫描，消耗电量。

搜索的示例代码如下：

/

Activity for scanning and displaying available BLE devices

/

public class DeviceScanActivity extends ListActivity {

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;

private boolean mScanning;

private Handler mHandler;

// Stops scanning after 10 seconds

private static final long SCAN_PERIOD = 10000;

private void scanLeDevice(final boolean enable) {

if (enable) {

// Stops scanning after a pre-defined scan period

mHandlerpostDelayed(new Runnable() {

@Override

public void run() {

mScanning = false;

mBluetoothAdapterstopLeScan(mLeScanCallback);

}

}, SCAN_PERIOD);

mScanning = true;

mBluetoothAdapterstartLeScan(mLeScanCallback);

} else {

mScanning = false;

mBluetoothAdapterstopLeScan(mLeScanCallback);

}

}

}

如果你只需要搜索指定UUID的外设，你可以调用 startLeScan(UUID[], BluetoothAdapterLeScanCallback)方法。

其中UUID数组指定你的应用程序所支持的GATT Services的UUID。

BluetoothAdapterLeScanCallback的实现示例如下：

private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;

// Device scan callback

private BluetoothAdapterLeScanCallback mLeScanCallback =

new BluetoothAdapterLeScanCallback() {

@Override

public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,

byte[] scanRecord) {

runOnUiThread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

mLeDeviceListAdapteraddDevice(device);

mLeDeviceListAdapternotifyDataSetChanged();

}

});

}

};

注意：搜索时，你只能搜索传统蓝牙设备或者BLE设备，两者完全独立，不可同时被搜索。

六、连接GATT Server：

两个设备通过BLE通信，首先需要建立GATT连接。这里我们讲的是Android设备作为client端，连接GATT Server。

连接GATT Server，你需要调用BluetoothDevice的connectGatt()方法。此函数带三个参数：Context、autoConnect(boolean)和BluetoothGattCallback对象。调用示例：

mBluetoothGatt = deviceconnectGatt(this, false, mGattCallback);

函数成功，返回BluetoothGatt对象，它是GATT profile的封装。通过这个对象，我们就能进行GATT Client端的相关 *** 作。BluetoothGattCallback用于传递一些连接状态及结果。

BluetoothGatt常规用到的几个 *** 作示例:

connect() ：连接远程设备。

discoverServices() : 搜索连接设备所支持的service。

disconnect()：断开与远程设备的GATT连接。

close()：关闭GATT Client端。

readCharacteristic(characteristic) ：读取指定的characteristic。

setCharacteristicNotification(characteristic, enabled) ：设置当指定characteristic值变化时，发出通知。

getServices() ：获取远程设备所支持的services。

等等。

注：

1、某些函数调用之间存在先后关系。例如首先需要connect上才能discoverServices。

2、 一些函数调用是异步的，需要得到的值不会立即返回，而会在BluetoothGattCallback的回调函数中返回。例如 discoverServices与onServicesDiscovered回调，readCharacteristic与 onCharacteristicRead回调，setCharacteristicNotification与 onCharacteristicChanged回调等。

报文是构成链路层的基石。报文就是携带着标签的数据，有一个设备发送，其他设备接收。

前导序列是一个01010101或者10101010的8bit交替序列。如果接入地址的第一位是0，前导序列则是01010101，否则是10101010，这样的设计是为了保证报文的前9位都是交替的。

这个前导序列的作用主要是为了做 数据接收的训练，比如频率同步，符号时间评估，AGC训练。通过这段数据的训练使得接收器调整到合适的状态对接下来的数据进行接收。

接入地址是一个32位的地址，包含两种类型:

考虑到无线通信存在的噪音干扰和其他链路的干扰，就涉及了接入地址用来排除噪音和其他干扰数据包。

例如广播介入地址是一个固定值10001110100010011011111011010110b (0x8E89BED6) ，当接受到广播后验证接入地址正确后才认为他是个广播报文而不是噪音。

而对于数据报文的介入地址则是随机地址，不同的连接有不同的值，这是为了进行专线交流用的。

从BLE空口包中的Link Layer 可以看到每个报文都有一个Access Address，Adv_pkt有一个固定Access Address，而intiator发con_req时会包含一个Con_Access_Addr，连接之后的data pkt都是用的这个新的Access Addr了； 每次重新断开建立连接，Access Address会不一样，都会重新随机生成。

如下图，广播包使用固定的0x8E89BED6

如下图，连接请求包使用协商通知新的地址，此处为0x5b71c59b

其实关于Access Address是还有一些要求的，如不能有连续的6个1 bit位或6个连续的0 bit位，因此这样算下来，满足作为Access Address的4byte的组合中有231个是可用的

报头虽然只有8bit，但是包含了不少的信息，而且他的内容因是广播报文还是数据报文差异很大。我们将依次来分析他们的结构和内容。

广播报文类型包括7种：

其中根据其作用域，还可以将他们分为三类，ADV_ 属于广播数据单元，

SCAN_ 属于扫描数据单元，CONNECT_ 属于发起数据单元。

发送地址类型和接收地址类型都是BLE地址类型，只有两种，公有地址和随机地址，因而用一个bit就可以进行区分。公有地址是需要向IEEE申请和购买的类似于公网ip，但是随机地址则不需要。

逻辑链路标识符，主要是用来判断数据报文的类型：

以一个L2CAP数据包为例，可以分为以下结构：

这样带来两种后果：第一是链路层并不知道一个上层数据包究竟有多少个链路层报文组成，连续的数量不确定；第二是总是可以发送长度为零的延续包，这些长度为零的空包可以用来进行消息的确认。

序列号SN 建立连接后的第一个数据包序号为零；每次发送新的数据包时，其序列号与上一个数据包的序列号不同；

也就是说，如果序列号与上一个数据包的序列号相同则为重传报文，如果不同则是新的报文。

期待序列号NESN 期待序列号，就是告诉对方自己期待的序列号。这其实起到一个数据包确认的作用，如果确认数据包的期待序列号和发送的序列号相同，则说明对方期待我们重传刚刚的数据包，如果是不同的，则是希望我们发送新的数据报文。

更多数据 更多数据位是用来告之对方，我方是否还有下一个数据包要发送，如果该位设置为1，则表明仍有数据要传送，对方则选择保持连接；设为0，则表明没有更多数据要进行发送，对方则会断开连接，节省能量。

一图以概之

长度这个数据段很简单，表示数据段的实际数据的长度。

对于广播报文，该段是由6个bit组成，剩余两个bit留作未来使用；

对于数据报文，该段是由5个bit成，剩余三个bit留作未来使用；

他们长度需要bit不相同的原因是，广播数据报文多了6个字节的设备地址需要携带，因为需要6bit来标识长度；

最大传输的数据是31个字节，但是如果数据被加密，需要留出4个自己进行数据完整性校验

24bit的循环校验码，可以校验所有基数位以及所有2，4位错误，显然其并不能校验所有位错误，但是出于低功耗考虑，这是一个妥协的产物。

中心设备 ：判断蓝牙是否可用->打开蓝牙->开始扫描->获取被扫描到的设备->连接设备->发现服务->获取到指定特征->写入特征值

外围设备 ：判断蓝牙是否可用->打开蓝牙->创建广播数据->发送广播->添加服务至广播->根据监听获取写入的数据

下图是中心设备的使用流程图 来源

不是任何设备都支持BLE，最开始要确定设备是否支持，还要确定蓝牙已经打开。

02 01 06 是一个AD Structure：Data的长度是02；Data是01 06；AD Type是01（Flags）；AD Data是06，表明支持General Discoverable Mode、不支持BR/EDR。

03 03 aa fe 是一个AD Structure：Data的长度是03；Data是03 aa fe；AD Type是03（16 bits的Service UUID）；AD Data是aa fe，是Eddystone profile的Service UUID。 AD Type查询

以上就是关于蓝牙低功耗（BLE）技术｜智能手表小知识全部的内容，包括:蓝牙低功耗（BLE）技术｜智能手表小知识、Android BLE低功耗蓝牙开发极简系列（二）之读写 *** 作、苹果通知中心服务ANCS协议分析等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！