1、关键术语和概念

1.1 下面是一些BLE关键术语和概念的摘要：

* Generic Attribute Profile（GATT）：GATT profile是一种关于发送和接收简短数据片段的一般规范，这种简短数据片段例如在BLE的连接上众所周知的“attribute（属性）”等。当前所有低功耗应用程序的profile都基于GATT。另外，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）已经为很多BLE设备定义了profile。profile就是一种在指定的应用程序中定义设备如何工作的规范。注意，一台设备可以实现多个profile。例如，一台设备可以包含心率监视器和电池电量探测器。
* Attribute Protocol（ATT，属性协议）：GATT构建在ATT的基础之上，因此也总被成为GATT/ATT。ATT针对BLE设备的运行进行了优化。为此，它会尽可能的使用更少的字节数据。每一个属性都通过UUID来唯一确定。UUID就是一个标准128位格式的字符串ID，用于唯一确定一个信息。属性通过ATT协议格式化为characteristics和services后进行传输。
* Characteristic：一个characteristic中包含一个值，以及0个或多个用于描述characteristic值的descriptor。可以将characteristic认为是一种类型，类似于一个类。
* Descriptor：Descriptor（描述符）中定义的属性用于描述一个characteristic值。例如，一个descriptor可以为一个characteristic的值指定一个在可接受范围内的可读性描述，或者为一个characteristic的值指定一个计量单位。
* Service：一个service是一个characteristic的集合。例如，你可以持有一个名为“心率监视器”的service，它包含的characteristic例如“心率测量”。你可以在bluetooth.org上找到一系列基于GATT的profile和service。

1.2 角色和职能

以下是一台Android设备与BLE设备交互时的一些适用角色和职能：

* 中央设备和外围设备。这适用于BLE自身的连接。担任中央设备角色的设备负责扫描和搜索广告，担任外围设备的角色负责发送广告。

* GATT服务端和GATT客户端。这取决于两台设备在建立连接后如何互相通信。

为了理解这之间的区别，想象你有一台Android手机和一台BLE设备作为活动追踪器。手机将担任中央设备角色；活动追踪器将担任外围设备角色（你需要具备两种角色才能建立一个BLE连接，两者都担任外围设备角色不能互相通信，同样两者都担任中央设备角色也不能互相通信）。

一旦手机和活动追踪器建立连接，它们就可以互相传输GATT媒体数据。根据它们传输的数据，其中一方需要担任服务端的角色。例如，如果活动追踪器想要发送传感器数据给手机，活动追踪器就需要担任服务端的角色。如果活动追踪器想要接收手机的数据，手机就需要担任服务端的角色。

在本片文档的例子中，Android应用程序（运行在Android设备上）是GATT客户端。应用程序从GATT服务端获取数据，这个服务端由支持Heart Rate Profile的BLE心率监视器设备担任。但是你可以交替让你的Android应用程序扮演GATT服务端的角色。具体参考BluetoothGattService。

2、BLE Permissions（BLE权限）

为了在你的应用程序中使用Bluetooth的功能，你必须声明android.permission.BLUETOOTH权限。你需要这个权限来执行一些蓝牙通信的操作，例如请求链接，接受连接，还有传输数据。

如果你想让你的应用程序进行设备扫描或者管理蓝牙设置，你必须同时声明android.permission.BLUETOOTH_ADMIN权限。注意，如果你使用BLUETOOTH_ADMIN权限，你必须同时声明BLUETOOTH权限。

在你的应用程序manifest文件中声明蓝牙权限，例如：

[html] view plaincopy

1. <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>  
2. <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>  

如果你想声明你的应用程序只能在支持BLE的设备上运行，可以将下面声明包含进你的应用程序manifest文件中：

[html] view plaincopy

1. <uses-feature android:name="android.hardware.bluetooth_le" android:required="true"/>  

然而，如果你想让你的应用程序也能够在不支持BLE的设备上运行，你就应该将上面标签中的属性设置为required="false"。然后在运行的过程中使用PackageManager.hasSystemFeature()方法来判断设备是否支持BLE：

[java] view plaincopy

1. // 使用下面的方法来确定设备是否支持BLE, 然后你可以选择禁用BLE的功能  
2. if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {  
3.     Toast.makeText(this, R.string.ble_not_supported, Toast.LENGTH_SHORT).show();  
4.     finish();  
5. }  

3、Setting Up BLE（设置BLE）

在你的应用程序通过BLE进行通信之前，你需要确认设备是否支持BLE。如果支持，还要再确认是否已经启用。注意这个检查步骤只有在<uses-festure.../>设置为false的情况下才需要执行。

如果不支持BLE，你应该优雅的禁止一些使用BLE的功能。如果支持BLE，但是目前禁用了，那么你需要在不离开你的应用程序状态下，请求用户启用蓝牙用能。这个过程需要使用BluetoothAdapter，分两个步骤完成：

3.1 获取BluetoothAdapter。

基本上所有使用蓝牙的activity都需要BluetoothAdapter。BluetoothAdapter代表了设备本身的蓝牙适配器（蓝牙发送接收器）。在整个系统中有一个BluetoothAdapter对象，你的应用程序可以使用这个对象进行交互。下面的代码片段展示了如果获取这个适配器。注意下面的这种方法使用getSystemService()方法来获取一个BluetoothManager实例，之后再通过BluetoothManager获取BluetoothAdapter。Android 4.3（API Level 18）才开始支持BluetoothManager：

[java] view plaincopy

1. // 初始化蓝牙适配器.  
2. final BluetoothManager bluetoothManager =  
3.         (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);  
4. mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();  

3.2 启用蓝牙

下一步，你需要确保蓝牙已经启动。调用isEnable()方法来检查蓝牙当前是否已经启用。如果方法返回false，说明蓝牙被禁用了。下面的代码片段中检查蓝牙是否已经启用。如果没有启用，代码片段会显示一个错误提示用户去设置中启用蓝牙：

[java] view plaincopy

1. private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;  
2. ...  
3. // 确认设备支持蓝牙并且已经启用. 如果没有,  
4. // 显示一个对话框要求用户授权启用蓝牙.  
5. if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {  
6.     Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);  
7.     startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);  
8. }  

4、Finding BLE Devices（搜索BLE设备）

搜索BLE设备，你可以使用startLeScan()方法。这个方法需要一个BluetoothAdapter.LeScanCallback对象作为参数。你必须实现这个callback接口，因为扫描的结果会通过这个接口返回。由于搜索设备是比较耗电的操作，你应该遵循以下指南使用：

*  一旦你找到目标设备，应该马上停止搜索。

*  不要死循环搜索，并设置搜索的最长时间。一台以前可以访问的设备可能已经移出了可检测范围，继续扫描只会消耗电量。

下面的代码片段展示了如何开始和停止搜索：

[java] view plaincopy

1. /** 
2.  * 扫描和显示可访问BLE设备的Activity. 
3.  */  
4. public class DeviceScanActivity extends ListActivity {  
5.   
6.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;  
7.     private boolean mScanning;  
8.     private Handler mHandler;  
9.   
10.     // 10秒钟后停止扫描.  
11.     private static final long SCAN_PERIOD = 10000;  
12.     ...  
13.     private void scanLeDevice(final boolean enable) {  
14.         if (enable) {  
15.             // 在预定义的扫描时间周期后停止扫描.  
16.             mHandler.postDelayed(new Runnable() {  
17.                 @Override  
18.                 public void run() {  
19.                     mScanning = false;  
20.                     mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
21.                 }  
22.             }, SCAN_PERIOD);  
23.   
24.             mScanning = true;  
25.             mBluetoothAdapter.startLeScan(mLeScanCallback);  
26.         } else {  
27.             mScanning = false;  
28.             mBluetoothAdapter.stopLeScan(mLeScanCallback);  
29.         }  
30.         ...  
31.     }  
32. ...  
33. }  

如果你只想搜索指定类型的外围设备，你可以替换成startLeScan(UUID[], BluetoothAdapter.LeScanCallback)方法，并提供一个你的应用程序所支持的GATT服务的UUID对象数组。

下面是一个BluetoothAdapter.LeScanCallback的实现，它是一个用于接收BLE搜索结果的接口：

[java] view plaincopy

1. private LeDeviceListAdapter mLeDeviceListAdapter;  
2. ...  
3. // 设备搜索回调接口.  
4. private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =  
5.         new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {  
6.     @Override  
7.     public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi,  
8.             byte[] scanRecord) {  
9.         runOnUiThread(new Runnable() {  
10.            @Override  
11.            public void run() {  
12.                mLeDeviceListAdapter.addDevice(device);  
13.                mLeDeviceListAdapter.notifyDataSetChanged();  
14.            }  
15.        });  
16.    }  
17. };  

注意：正如Bluetooth文档中所描述的，在同一个时间你只能搜索BLE设备或者搜索传统蓝牙设备。你不能同时搜索BLE设备和传统蓝牙设备。

5、Connecting to a GATT Server（连接一个GATT服务）

与BLE设备交互的第一步就是要连接上它——更准确的说，是连接设备上的GATT服务。连接BLE设备上的GATT服务，你可以使用connectGatt()方法。这个方法需要三个参数：一个Context对象，autoConnect（一个表示是否当BLE设备可访问时马上自动连接的boolean值），还有一个BluetoothGattCallbackduixiang:

[java] view plaincopy

1. mBluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, mGattCallback);  

上面的代码会连接BLE设备管理的GATT服务，并返回一个BluetoothGatt实例，通过这个实例就可以执行GATT客户端的相关操作。这个调用者（Android应用程序）就是GATT客户端。里面的BluetoothGattCallback对象用于交付操作结果给客户端，例如连接状态，还有将来一些GATT客户端操作的结果。

在这个例子中，BLE应用程序提供了一个activity（DeviceControlActivity）来连接、显示数据，和显示BLE设备所支持的GATT的service以及characteristic。基于用户的输入，这个activity会和一个名为BluetoothLeService的Service通信，这个service通过Android BLE的API与BLE设备进行交互。

[java] view plaincopy

1. // 一个通过Android BLE API与BLE设备进行交互的service.  
2. public class BluetoothLeService extends Service {  
3.     private final static String TAG = BluetoothLeService.class.getSimpleName();  
4.   
5.     private BluetoothManager mBluetoothManager;  
6.     private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter;  
7.     private String mBluetoothDeviceAddress;  
8.     private BluetoothGatt mBluetoothGatt;  
9.     private int mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;  
10.   
11.     private static final int STATE_DISCONNECTED = 0;  
12.     private static final int STATE_CONNECTING = 1;  
13.     private static final int STATE_CONNECTED = 2;  
14.   
15.     public final static String ACTION_GATT_CONNECTED =  
16.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_CONNECTED";  
17.     public final static String ACTION_GATT_DISCONNECTED =  
18.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_DISCONNECTED";  
19.     public final static String ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED =  
20.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED";  
21.     public final static String ACTION_DATA_AVAILABLE =  
22.             "com.example.bluetooth.le.ACTION_DATA_AVAILABLE";  
23.     public final static String EXTRA_DATA =  
24.             "com.example.bluetooth.le.EXTRA_DATA";  
25.   
26.     public final static UUID UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT =  
27.             UUID.fromString(SampleGattAttributes.HEART_RATE_MEASUREMENT);  
28.   
29.     // BLE API定义的各个回调方法.  
30.     private final BluetoothGattCallback mGattCallback =  
31.             new BluetoothGattCallback() {  
32.         @Override  
33.         public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status,  
34.                 int newState) {  
35.             String intentAction;  
36.             if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {  
37.                 intentAction = ACTION_GATT_CONNECTED;  
38.                 mConnectionState = STATE_CONNECTED;  
39.                 broadcastUpdate(intentAction);  
40.                 Log.i(TAG, "连接GATT服务.");  
41.                 Log.i(TAG, "尝试开始service搜索:" +  
42.                         mBluetoothGatt.discoverServices());  
43.   
44.             } else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {  
45.                 intentAction = ACTION_GATT_DISCONNECTED;  
46.                 mConnectionState = STATE_DISCONNECTED;  
47.                 Log.i(TAG, "断开GATT server连接.");  
48.                 broadcastUpdate(intentAction);  
49.             }  
50.         }  
51.   
52.         @Override  
53.         // New services discovered  
54.         public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {  
55.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {  
56.                 broadcastUpdate(ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED);  
57.             } else {  
58.                 Log.w(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);  
59.             }  
60.         }  
61.   
62.         @Override  
63.         // Result of a characteristic read operation  
64.         public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt,  
65.                 BluetoothGattCharacteristic characteristic,  
66.                 int status) {  
67.             if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {  
68.                 broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);  
69.             }  
70.         }  
71.      ...  
72.     };  
73. ...  
74. }  

当一个特定的的回调方法被调用的时候，它就会适当调用broadcastUpdate()帮助方法并传递一个操作标识。注意本节中的数据是根据蓝牙心率测量的profile规范解析的：

[java] view plaincopy

1. private void broadcastUpdate(final String action) {  
2.     final Intent intent = new Intent(action);  
3.     sendBroadcast(intent);  
4. }  
5.   
6. private void broadcastUpdate(final String action,  
7.                              final BluetoothGattCharacteristic characteristic) {  
8.     final Intent intent = new Intent(action);  
9.   
10.     // 按照心率测量的profile进行的特定处理.  
11.     // 按照么一个profile规范进行数据解析.  
12.     if (UUID_HEART_RATE_MEASUREMENT.equals(characteristic.getUuid())) {  
13.         int flag = characteristic.getProperties();  
14.         int format = -1;  
15.         if ((flag & 0x01) != 0) {  
16.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT16;  
17.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT16.");  
18.         } else {  
19.             format = BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8;  
20.             Log.d(TAG, "Heart rate format UINT8.");  
21.         }  
22.         final int heartRate = characteristic.getIntValue(format, 1);  
23.         Log.d(TAG, String.format("Received heart rate: %d", heartRate));  
24.         intent.putExtra(EXTRA_DATA, String.valueOf(heartRate));  
25.     } else {  
26.         // 针对其他profiles, 将数据格式化为16禁止数据.  
27.         final byte[] data = characteristic.getValue();  
28.         if (data != null && data.length > 0) {  
29.             final StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(data.length);  
30.             for(byte byteChar : data)  
31.                 stringBuilder.append(String.format("%02X ", byteChar));  
32.             intent.putExtra(EXTRA_DATA, new String(data) + "\n" +  
33.                     stringBuilder.toString());  
34.         }  
35.     }  
36.     sendBroadcast(intent);  
37. }  

回到DeviceControlActivity，下面的事件通过一个BroadcaseReceiver处理：

[java] view plaincopy

1. // 处理Service发送过来的各种时间.  
2. // ACTION_GATT_CONNECTED: 连接上了一个GATT服务.  
3. // ACTION_GATT_DISCONNECTED: 断开了一个GATT服务.  
4. // ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED: 发现了GATT服务.  
5. // ACTION_DATA_AVAILABLE: 从设备接收到数据. 这里可能是一个读取或者通知操作的结果。  
6. private final BroadcastReceiver mGattUpdateReceiver = new BroadcastReceiver() {  
7.     @Override  
8.     public void onReceive(Context context, Intent intent) {  
9.         final String action = intent.getAction();  
10.         if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_CONNECTED.equals(action)) {  
11.             mConnected = true;  
12.             updateConnectionState(R.string.connected);  
13.             invalidateOptionsMenu();  
14.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_GATT_DISCONNECTED.equals(action)) {  
15.             mConnected = false;  
16.             updateConnectionState(R.string.disconnected);  
17.             invalidateOptionsMenu();  
18.             clearUI();  
19.         } else if (BluetoothLeService.  
20.                 ACTION_GATT_SERVICES_DISCOVERED.equals(action)) {  
21.             // 显示所有支持的service和characteristic。  
22.             displayGattServices(mBluetoothLeService.getSupportedGattServices());  
23.         } else if (BluetoothLeService.ACTION_DATA_AVAILABLE.equals(action)) {  
24.             displayData(intent.getStringExtra(BluetoothLeService.EXTRA_DATA));  
25.         }  
26.     }  
27. };  

6、Reading BLE Attribute（读取BLE属性）

一旦你的Android应用程序连接上了一个GATT服务并且发现了设备上的service，就可以在支持读写的地方读写属性。例如，下面的代码片段通过迭代服务的service和characteristic，并将它们显示在界面上：

[java] view plaincopy

1. public class DeviceControlActivity extends Activity {  
2.     ...  
3.     // 演示如何迭代所支持的GATT Services/Characteristics.  
4.     // 在这个例子中，我们填充绑定到ExpandableListView的数据结构。  
5.     private void displayGattServices(List<BluetoothGattService> gattServices) {  
6.         if (gattServices == null) return;  
7.         String uuid = null;  
8.         String unknownServiceString = getResources().  
9.                 getString(R.string.unknown_service);  
10.         String unknownCharaString = getResources().  
11.                 getString(R.string.unknown_characteristic);  
12.         ArrayList<HashMap<String, String>> gattServiceData =  
13.                 new ArrayList<HashMap<String, String>>();  
14.         ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>> gattCharacteristicData  
15.                 = new ArrayList<ArrayList<HashMap<String, String>>>();  
16.         mGattCharacteristics =  
17.                 new ArrayList<ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>>();  
18.   
19.         // 循环迭代可访问的GATT Services.  
20.         for (BluetoothGattService gattService : gattServices) {  
21.             HashMap<String, String> currentServiceData =  
22.                     new HashMap<String, String>();  
23.             uuid = gattService.getUuid().toString();  
24.             currentServiceData.put(  
25.                     LIST_NAME, SampleGattAttributes.  
26.                             lookup(uuid, unknownServiceString));  
27.             currentServiceData.put(LIST_UUID, uuid);  
28.             gattServiceData.add(currentServiceData);  
29.   
30.             ArrayList<HashMap<String, String>> gattCharacteristicGroupData =  
31.                     new ArrayList<HashMap<String, String>>();  
32.             List<BluetoothGattCharacteristic> gattCharacteristics =  
33.                     gattService.getCharacteristics();  
34.             ArrayList<BluetoothGattCharacteristic> charas =  
35.                     new ArrayList<BluetoothGattCharacteristic>();  
36.            // 循环迭代可访问的Characteristics.  
37.             for (BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic :  
38.                     gattCharacteristics) {  
39.                 charas.add(gattCharacteristic);  
40.                 HashMap<String, String> currentCharaData =  
41.                         new HashMap<String, String>();  
42.                 uuid = gattCharacteristic.getUuid().toString();  
43.                 currentCharaData.put(  
44.                         LIST_NAME, SampleGattAttributes.lookup(uuid,  
45.                                 unknownCharaString));  
46.                 currentCharaData.put(LIST_UUID, uuid);  
47.                 gattCharacteristicGroupData.add(currentCharaData);  
48.             }  
49.             mGattCharacteristics.add(charas);  
50.             gattCharacteristicData.add(gattCharacteristicGroupData);  
51.          }  
52.     ...  
53.     }  
54. ...  
55. }  

7、Receiving GATT Notification（接收GATT通知）

BLE应用程序要求在设备的某个指定characteristic改变的时候接收到通知是很常见。下面的代码片段展示了如何通过使用setCharacteristicNotification()为一个characteristic设置通知：

[java] view plaincopy

1. private BluetoothGatt mBluetoothGatt;  
2. BluetoothGattCharacteristic characteristic;  
3. boolean enabled;  
4. ...  
5. mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enabled);  
6. ...  
7. BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(  
8.         UUID.fromString(SampleGattAttributes.CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIG));  
9. descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);  
10. mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);  

一旦为一个characteristic启用了通知，当远程设备上的characteristic改变的时候就会触发onCharacteristicChanged()方法：

[java] view plaincopy

1. @Override  
2. // Characteristic notification  
3. public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt,  
4.         BluetoothGattCharacteristic characteristic) {  
5.     broadcastUpdate(ACTION_DATA_AVAILABLE, characteristic);  
6. }  

8、Closing the Client App（关闭客户端应用程序）

一旦你的应用程序使用完BLE设备，你应该调用close()方法，这样系统才能适当释放占用的资源：

[java] view plaincopy

1. public void close() {  
2.     if (mBluetoothGatt == null) {  
3.         return;  
4.     }  
5.     mBluetoothGatt