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【原创源码】安卓蓝牙BLE通信demo，已实现较大数据稳定传输
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本帖最后由 世事繁华皆成空 于
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BLE：顾名思义就是低功耗蓝牙协议，目前很多智能手环与手机之间的通信就是根据ble实现的
当扫描到设备后，单击列表设备会弹出如上图选项，先连接设备，之后可以进行四种操作，具体操作内容可以自行修改，此处我的写卡命令有275字节，根据BLE协议，一次性只允许最大传输20字节内容，源码内将数组进行分包，通过11次传输，为保证效果，已做延时处理，约3s左右会返回值
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写了好久，改了很多问题，还是值得参考的
吾爱币 +23
自己想做做一个防丢的蓝牙小模块，这东西有用？（主要就是是否超出范围or断.
欢迎分析讨论交流，吾爱破解论坛有你更精彩.
谢谢@Thanks！
为什么知道你是个男的，看你头像还想~
感谢发布原创作品，吾爱破解论坛因你更精彩.
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前排膜拜空空~
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小白看不懂啊!这东西只是降低蓝牙的功耗吗?
蓝牙通信用的
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蓝牙传输已经淘汰了吧， 现在不都是wifi传输？
你确定没在逗我？
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谢谢分享，支持！！
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大神又有新作品啦
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请问这个是用来做什么的
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好东西，我收藏哈
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大神这是用来做什么的啊介绍下啊亲
低功耗蓝牙通信&
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这什么东东，小白看不懂
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前排围观大神
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支持大神！希望通过大神的知识提升我自己的能力！
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大神的作品表示看不懂
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Others（6）
Low Energy（3）
根据Bluetooth 4.0 BLE部分协议：
BLE中物理层physical layer的传输速率是1Mbps，除了这个外，数据传输速率与包大小、CPU处理时间相关。
1.总体结构：
preamble（1 Byte）+ Access Address（4 Bytes）+ PDU + CRC（3 Bytes）
preamble =
Access Address = 0x8e89bedd6
PDU =&&Header（2 Bytes）+ Payload （37 Bytes max.）
1）0000 - connected undirected advertising event 可连接非定向广播事件
&& 2）0001 -&connected directed advertising event 可连接定向广播事件
&& 3）0010 - non-connected undirected advertising event 不可连接非定向广播事件
4）0011 -&response to scan request form scanner扫描请求响应
5）0101 - connect request by initiator连接请求
6）0110 -connected directed advertising event 可发现非定向广播事件
非定向广播包（Undirected advertising packets）
Payload &= AdvA (6 Bytes) + AdvData (31 Bytes max.) ;&
//&AdvA &contains advertiser‘s public address if TxAdd = 1, or a random address if TxAdd = 0;&
定向广播包（Directed advertising packets）
Payload &= AdvA (6 Bytes) + InitA(6 Bytes) ;&
//&AdvA &contains advertiser‘s public address if TxAdd = 1, or a random address if TxAdd = 0;&
//&InitA contains initiator's address if RxAdd = 1, or a random address if RxAdd = 0;
3. 扫描请求及扫描响应
PDU =&&Header（2 Bytes）+ Payload （37 Bytes max.）
1）0011 - scan request for further information from advertiser 扫描请求
&& 2）0100 -&response to scan request from scanner 扫描响应
Payload &= ScanA (6 Bytes) + AdvA(6 Bytes) ;
// ScanA &contains Scanner's public address if TxAdd = 1, or a random address if TxAdd = 0;&
//&AdvA &contains advertiser‘s public address if TxAdd = 1, or a random address if TxAdd = 0;&
Payload &= &AdvA(6 Bytes) + ScanRspData（0~31Bytes）;
// ScanRspData data from advertiser’&
//&AdvA &contains advertiser‘s public address if TxAdd = 1, or a random address if TxAdd = 0;&
3. 连接请求
PDU =&&Header（2 Bytes）+ Payload （34 Bytes）
Header：0101 - connect request by initiator
Payload&=InitA（6 Bytes）+ AdvA（6bytes）+ LLData（22 Bytes）
LLData 包含连接信息，详细结构参考bluetooth 4.0 协议。
4. LL 数据通道及控制包
PDU =&&Header（2 Bytes）+ Payload （27 Bytes max.）
Header：详细说明参考bluetooth 4.0 协议；
LL 数据通道
Payload &= 0~27 bytes
Payload = 1~23 Bytes
若只考虑蓝牙设备连接之后，评估数据传输速率
最大包长度：preamble（1 Byte）+ Access Address（4 Bytes）+ PDU（29 Bytes） + CRC（3 Bytes）= 41 Bytes射频PHY传输速率 1Mbps
则传输有效payload 27字节耗时：41*8/1 = 328 us
一个27字节的传输周期 ：328 + 150 + 80 + 150 = 708 us，若能持续传输，即传输速度：38KB/s，这样显然功耗不会低，也不符合BLE协议规范，真正的传输速度受连接事件间隔和间隔内能传输数据包数目相关。
如果连接时间间隔设置到7.5ms（协议规定最小值），一个连接事件传输3个包，则传输速率大约是10.8kB/s，一个连接事件能传输几个包与连接设备密切相关，看到很多CC2540实测数据，时间间隔7.5ms和一个传输时间3个包以上很多都达不到，51内核是其重要原因之一，在&有5.9KB/s，也有在论坛看到有40ms间隔，2个包，即1.4KB/s成功的案例，以后有时间我再实测下速度。
参考知识库
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iBeacon是最近很火的一个话题，iBeacon可以用于室内定位，你的iPhone进到ibeacon的范围时能够收到相应推送。基于这个技术可以有很多应用：比如自动寻车，超市的售品定位，当然还有很多现在想不到的应用。
现在有很多帖子在说iBeacon是什么，能用来干嘛，但是从技术角度，如何工作的？用到技术是BLE，那么。。。
什么是BLE(Bluetooth Low Energy)？
BLE属于2010年释放的蓝牙4.0规范中的一部分，其实早在2006年Nokia就制定出来了，当时叫做Wibree。BLE在协议上和传统的蓝牙还是不兼容的，而且设备不向后兼容。所以，你现在能看到的蓝牙设备有三种。
Bluetooth：仅仅支持传数据的蓝牙(以后我们就叫传统的蓝牙)。
Bluetooth Smart Ready：支持传统的蓝牙和低功耗蓝牙
Bluetooth Smart：仅仅支持低功耗蓝牙
新版本的智能手机、笔记本电脑、台式机等等基本上都支持传统的蓝牙和低功耗蓝牙即Bluetooth Smart Ready. Beacons,则只支持低功耗的协议(这样设备才能在只有一节干电池的情况下工作很长时间)也就是上面所说的Bluetooth Smart设备。一些老的设备比如老的笔记本电脑、当年的诺基亚按键手机、一些老的外设等则只支持蓝牙协议也就是Bluetooth设备(基本上蓝牙4.0之前的蓝牙都这样)。
BLE的主要优点当然是超低的功耗了。举个栗子，很多Beacon能够只用一节电池连续发信(广)号(告)发两年(好持久,比南孚电池还持久~捂脸)。所以当这个Beacon不工作了，请暴力一点直接换掉。传统蓝牙和BLE都是用的2.4GHz~2.4835GHz的ISM频段。BLE蓝牙传输速率比较低，这样对较大的数据流量请别用BLE，BLE更擅长“发现”和“简单通信”。就通信距离来说，BLE和传统的蓝牙都能达到百米的级别。
BLE通信是怎么工作的？
BLE的通信包含两个大块：“广告”和“连接”
“广告”是实现发现的机制，需要被发现的设备可以20ms~10s的时间间隔一直发包，当然时间间隔越短，功耗就越高，设备被发现的时间就越短。这个“包”可长达47字节：
1字节前导码
4字节接入地址
2-39字节广告信道PDU
对于“广告”通信信道，4字节的接入地址统一是0x8E89BED6，对于数据信道，每个连接都会不一样。
相应的PDU也有它自己的头结构(2字节：负载长度&类型-是否支持连接..)和真正的负载(可长达37字节)。真正的负载中前6字节是MAC地址信息真正的信息只有31字节的空间。
BLE设备可以工作在不提供连接的广告模式(所有的信息都包含在广告包里面)，当然也可以工作在可连接模式(大多数都是酱紫)。
当一个BLE设备被发现了之后，就可以建立连接了。就可以读BLE设备提供的service和每个service提供的characteristic(这里不好翻译啊~~~，请自行百度蓝牙的GATT)，每个characteristic都会有一些可读或者可写或者可读可写的value。举个栗子，比如某米的手环，可能会有某个service会提供一些睡眠的数据，另一个service会提供一些计步的数据，据说通过蓝牙嗅探工具就能看到一些characteristic里面有一些value可读可写，已经有大神通过对这些可读可写的value进行了测试，好像能够通过对某一个value进行写1而使得手环震动，也就是说你可以用嗅探工具使旁边妹子的某米手环不停的震动(捂脸~)。然而Beacon是没有用到连接功能的！如果你还想知道更多的连接到旁边妹子手环的细节请参考，这里写的相当详细(当然,是英文的哦)，如果你不是一个IOS开发者，请移步，这里更技术(哈哈，也是英文哦)
Beacon是怎么使用BLE的?
Beacon只是使用了广告信道，正如“beacom”名字所说，beacon在规定的时间间隔内不断的发包，你的智能手机就可以收到这些包。所以IBeacon是BLE广告功能的一个典型应用，一些附加的功能都是在IOS端实现的。
如果你嗅探iBeacon的广告包，比如说是你会得到如下的数据：
02 01 06 1A FF 4C 00 02 15 B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D 00 49 00 0A C5
蓝牙嗅探工具:如果你是MacOS，,如果你是windows，
上面抓到的数据已经把各种头结构都去掉了，连Mac地址也去掉了，剩下的是30字节的广告数据，最大的只可以是31字节长哦。
我们来分析一下数据包,推荐看更详细的：
02 01 06 1A FF 4C 00 02 15: //iBeacon 前缀码(fixed except for 3rd byte - flags)
B9 40 7F 30 F5 F8 46 6E AF F9 25 55 6B 57 FE 6D: //邻近UUID (这里是Estimote的UUID)
00 49: //主值
00 0A: //副值
C5: //发送功率的二补数值(别问我什么是二补数，我也觉得这个名词很二，自行百度)。
下面，如果你想实现这样一个beacon，其实不需要什么专业的设备，如果你手上有支持蓝牙4.0的手机，或者笔记本电脑，你就可以将这些设备变成你想要的iBeacon，如果你有iPhone4s及以上的苹果手机，请移步AppStore搜“Locate iB”，如果你是MacOS，当然树莓派。
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蓝牙BLE的最大特点就是低功耗，而低速率和简单的交互协议是降低功耗的重要组成部分。因此BLE一般应用于低速率的近场控制和数据交互，如智能家电、运动手环等等，小数量的控制和交互对传输速度没有要求，每秒1K字节就可以了，有时为了功耗可能会更低。但在某些场景下，可能要求BLE尽可能提高传输速率，如无线空中升级OTA、无线对讲语音传输等等。接下来，我们来分析如何提高BLE的速率来满足需求，并探讨BLE连接的稳定性。一、BLE数据包分析 BLE包的结构是： preamble（1 Byte）+ AccessAddress（4 Bytes）+ PDU + CRC（3 Bytes） 1）preamble =
2）Access Address = 0x8e89bedd6 3）连接以后的数据传输的PDU是：Header（2 Bytes）+ Payload （27 Bytes max）+MIC（4bytes），所以传输一个包的 最大长度是1+4+33+3=41字节，有效数据最大是27字节。二、自定义characteristic的最大长度&&&&&& 从上面分析可见，通过WRITE或者NOTIFY characteristic发送一个包的最大长度是27字节。但是这个27字节指的是BLE底层的协议包格式。对于profile层的characteristic，其最大的长度是20字节，也即是每个包最大的长度是20字节。&&&&&& 这是因为profile所用的characteristic处于GATT协议层，而GATT到ATT层需要增加一个字节的op code，两个自己的attribute handle。然后ATT到L2CAP适配层需要增加4个字节的L2CAP头。所以从GATT到底层需要封装7个字节的额外协议数据，因此GATT层最大是20字节。&&&&&& 其实，按照蓝牙BLE的协议，L2CAP协议层自动对数据包进行拆包和封装，理论上是支持ATT/GATT层更大的数据包的。但一般SDK默认ATT_MTU=23，这样L2CAP的工作会变得很简单，事实上，BLE的应用场景也不需要定义太长的数据包，20个字节足够了。三、BLE的传输速率分析&&&&&& 根据蓝牙BLE协议， 物理层physical layer的传输速率是1Mbps，相当于每秒125K字节。事实上，其只是基准传输速率，协议规定BLE不能连续不断地传输数据包，否则就不能称为低功耗蓝牙了。连续传输自然会带来高功耗。所以，蓝牙的最高传输速率并不由物理层的工作频率决定的。 在实际的操作过程中，如果主机连线不断地发送数据包，要么丢包严重要么连接出现异常而断开。 在BLE里面，传输速度受其连接参数所影响。连接参数定义如下： 1）连接间隔。蓝牙基带是跳频工作的，主机和从机会商定多长时间进行跳频连接，连接上才能进行数据传输。这个连接和广播状态和连接状态的连接不是一样的意思。主机在从机广播时进行连接是应用层的主动软件行为。而跳频过程中的连接是蓝牙基带协议的规定，完全由硬件控制，对应用层透明。明显，如果这个连接间隔时间越短，那么传输的速度就增大。连接上传完数据后，蓝牙基带即进入休眠状态，保证低功耗。其是1.25毫秒一个单位。 2）连接延迟。其是为了低功耗考虑，允许从机在跳频过程中不理会主机的跳频指令，继续睡眠一段时间。而主机不能因为从机睡眠而认为其断开连接了。其是1.25毫秒一个单位。明显，这个数值越小，传输速度也高。蓝牙BLE协议规定连接参数最小是5，即7.25毫秒；而android手机规定连接参数最小是8，即10毫秒。Ios规定是16，即20毫秒。连接参数完全由主机决定，但从机可以发出更新参数申请，主机可以接受也可以拒绝。Android手机一部接受，而ios比较严格，拒绝的概率比较高。 一般场景，连接参数设置16，即20毫秒，一般的传输速率是50* 20 = 1000字节/每秒。如果每个连接事件传输更多的包，可以获得更高的传输速率。四、BLE高速传输的应用场景和技术实践&&&&&& 降低连接间隔，提高每个连接事件的发包数能够显著地提高速率，但是两者往往是矛盾的。因为一个连接事件的传送时间总是有限的。从实践来看，BLE的传输速率不仅跟连接参数有关，还跟CPU的处理能力有关[CC2541的51核要比DA14580的M0逊色不少]。此外还要对发送和接收流程进行优化处理，这个非常重要。需要注意的是，高速率也会带来稳定性问题，需要优化profile的数据交互场景和一些参数。&&&&&& 高速率传输会带来更高的功耗，但是这个功耗应该是远比经典蓝牙的功耗低的。语音传输以往一般使用经典蓝牙芯片，功耗一般在毫安级别。便携式电子产品对功耗要求很高，对于单纯的语音对讲场景来说，BLE是可以满足需求的。语音使用8K采样率，16位量化，一秒即是16K字节/每秒。如果使用ADPCM编码压缩，可以压缩四分之一，即4K字节每秒。对于BLE来说，这个速度是完全可以达到的。如果是8bit量化，不压缩也是8K字节每秒。TI官方宣称CC2541的最大的传输速率是5.9K字节每秒。而DA14580则可以达到8K字节/每秒的速率。嵌入式企鹅圈基于目前最低功耗蓝牙单芯片DA14580已经demo通过，距离超过10米，稳定性也有保证。&&&&&& 业务咨询请发邮件嵌入式企鹅圈原创团队由阿里、魅族、nvidia、龙芯、炬力、拓尔思等资深工程师组成。百分百原创，每周两篇，分享嵌入式、Linux、物联网、GPU、Android、自动驾驶等技术。欢迎扫码关注微信公众号：嵌入式企鹅圈，实时推送原创文章！
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