文档章节

GATT Profile 简介

hejunbinlan
 hejunbinlan
发布于 2016/05/18 15:09
字数 2171
阅读 55
收藏 0
点赞 2
评论 0

网上关于讲解 BLE 的内容比较少,看到这篇文章写的非常详细 Introduction to Bluetooth Low Energy,作为 BLE 的入门时介绍是非常合适的。本文主要翻译了一下这篇文章。

一、 引言

现在低功耗蓝牙(BLE)连接都是建立在 GATT (Generic Attribute Profile) 协议之上。GATT 是一个在蓝牙连接之上的发送和接收很短的数据段的通用规范,这些很短的数据段被称为属性(Attribute)。

二、 GAP

详细介绍 GATT 之前,需要了解 GAP(Generic Access Profile),它在用来控制设备连接和广播。GAP 使你的设备被其他设备可见,并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。例如 Beacon 设备就只是向外广播,不支持连接,小米手环就等设备就可以与中心设备连接。

1. 设备角色

GAP 给设备定义了若干角色,其中主要的两个是:外围设备(Peripheral)和中心设备(Central)。

  • 外围设备:这一般就是非常小或者简单的低功耗设备,用来提供数据,并连接到一个更加相对强大的中心设备。例如小米手环。
  • 中心设备:中心设备相对比较强大,用来连接其他外围设备。例如手机等。

2. 广播数据

在 GAP 中外围设备通过两种方式向外广播数据: Advertising Data Payload(广播数据)和 Scan Response Data Payload(扫描回复),每种数据最长可以包含 31 byte。这里广播数据是必需的,因为外设必需不停的向外广播,让中心设备知道它的存在。扫描回复是可选的,中心设备可以向外设请求扫描回复,这里包含一些设备额外的信息,例如设备的名字。(广播的数据格式我将另外专门写一个篇博客来讲。)

3. 广播流程

GAP 的广播工作流程如下图所示。 
adv_proc从图中我们可以清晰看出广播数据和扫描回复数据是怎么工作的。外围设备会设定一个广播间隔,每个广播间隔中,它会重新发送自己的广播数据。广播间隔越长,越省电,同时也不太容易扫描到。

4. 广播的网络拓扑结构

大部分情况下,外设通过广播自己来让中心设备发现自己,并建立 GATT 连接,从而进行更多的数据交换。也有些情况是不需要连接的,只要外设广播自己的数据即可。用这种方式主要目的是让外围设备,把自己的信息发送给多个中心设备。因为基于 GATT 连接的方式的,只能是一个外设连接一个中心设备。 使用广播这种方式最典型的应用就是苹果的 iBeacon。广播工作模式下的网络拓扑图如下:BroadcastTopology

三、GATT

GATT 的全名是 Generic Attribute Profile(姑且翻译成:普通属性协议),它定义两个 BLE 设备通过叫做 Service 和 Characteristic 的东西进行通信。GATT 就是使用了 ATT(Attribute Protocol)协议,ATT 协议把 Service, Characteristic遗迹对应的数据保存在一个查找表中,次查找表使用 16 bit ID 作为每一项的索引。

一旦两个设备建立起了连接,GATT 就开始起作用了,这也意味着,你必需完成前面的 GAP 协议。这里需要说明的是,GATT 连接,必需先经过 GAP 协议。实际上,我们在 Android 开发中,可以直接使用设备的 MAC 地址,发起连接,可以不经过扫描的步骤。这并不意味不需要经过 GAP,实际上在芯片级别已经给你做好了,蓝牙芯片发起连接,总是先扫描设备,扫描到了才会发起连接。

GATT 连接需要特别注意的是:GATT 连接是独占的。也就是一个 BLE 外设同时只能被一个中心设备连接。一旦外设被连接,它就会马上停止广播,这样它就对其他设备不可见了。当设备断开,它又开始广播。

中心设备和外设需要双向通信的话,唯一的方式就是建立 GATT 连接。

1. GATT 连接的网络拓扑

下图展示了 GTT 连接网络拓扑结构。这里很清楚的显示,一个外设只能连接一个中心设备,而一个中心设备可以连接多个外设。ConnectedTopology一旦建立起了连接,通信就是双向的了,对比前面的 GAP 广播的网络拓扑,GAP 通信是单向的。如果你要让两个设备外设能通信,就只能通过中心设备中转。

2. GATT 通信事务

GATT 通信的双方是 C/S 关系。外设作为 GATT 服务端(Server),它维持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定义。中心设备是 GATT 客户端(Client),它向 Server 发起请求。需要注意的是,所有的通信事件,都是由客户端(也叫主设备,Master)发起,并且接收服务端(也叫从设备,Slave)的响应。

一旦连接建立,外设将会给中心设备建议一个连接间隔(Connection Interval),这样,中心设备就会在每个连接间隔尝试去重新连接,检查是否有新的数据。但是,这个连接间隔只是一个建议,你的中心设备可能并不会严格按照这个间隔来执行,例如你的中心设备正在忙于连接其他的外设,或者中心设备资源太忙。

下图展示一个外设(GATT 服务端)和中心设备(GATT 客户端)之间的数据交换流程,可以看到的是,每次都是主设备发起请求:GattMasterSlaveTransactions

3. GATT 结构

GATT 事务是建立在嵌套的Profiles, Services 和 Characteristics之上的的,如下图所示: 
GattStructure

  • Profile Profile 并不是实际存在于 BLE 外设上的,它只是一个被 Bluetooth SIG 或者外设设计者预先定义的 Service 的集合。例如心率Profile(Heart Rate Profile)就是结合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service。所有官方通过 GATT Profile 的列表可以从这里找到。

  • Service Service 是把数据分成一个个的独立逻辑项,它包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。 UUID 有 16 bit 的,或者 128 bit 的。16 bit 的 UUID 是官方通过认证的,需要花钱购买,128 bit 是自定义的,这个就可以自己随便设置。

官方通过了一些标准 Service,完整列表在这里。以 Heart Rate Service为例,可以看到它的官方通过 16 bit UUID 是 0x180D,包含 3 个 Characteristic:Heart Rate MeasurementBody Sensor Location 和 Heart Rate Control Point,并且定义了只有第一个是必须的,它是可选实现的。

  • Characteristic 在 GATT 事务中的最低界别的是 Characteristic,Characteristic 是最小的逻辑数据单元,当然它可能包含一个组关联的数据,例如加速度计的 X/Y/Z 三轴值。

与 Service 类似,每个 Characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 UUID 唯一标识。你可以免费使用 Bluetooth SIG 官方定义的标准 Characteristic,使用官方定义的,可以确保 BLE 的软件和硬件能相互理解。当然,你可以自定义 Characteristic,这样的话,就只有你自己的软件和外设能够相互理解。

举个例子, Heart Rate Measurement Characteristic,这是上面提到的 Heart Rate Service 必需实现的 Characteristic,它的 UUID 是 0x2A37。它的数据结构是,开始 8 bit 定义心率数据格式(是UINT8 还是 UINT16?),接下来就是对应格式的实际心率数据。

实际上,和 BLE 外设打交道,主要是通过 Characteristic。你可以从 Characteristic 读取数据,也可以往 Characteristic 写数据。这样就实现了双向的通信。所以你可以自己实现一个类似串口(UART)的 Sevice,这个 Service 中包含两个 Characteristic,一个被配置只读的通道(RX),另一个配置为只写的通道(TX)。

更多内容

本文转载自:http://www.race604.com/gatt-profile-intro/

共有 人打赏支持
hejunbinlan
粉丝 40
博文 578
码字总数 21362
作品 0
浦东
高级程序员
微信小程序蓝牙通讯开发

杨壮壮 微信小程序开发 简书开发者记录 几种搜索蓝牙设备的例程 github wechat-mini-program-for-bluetooth 一个微信小程序,能够搜索并连接蓝牙4.0设备,还能够和蓝牙设备进行数据交互 微信...

CSDNhuaong
01/10
0
0
蓝牙4.0 BLE 数据传输(三)

原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_869234dc0102uxmn.html 上一回我们谈到了数据传输的过程以及如何发送和接收数据,那么今天我们谈谈特征值。 首先看一下SIG给出的定义 一个特点是用...

rfidunion
03/27
0
0
iOS蓝牙开发(一)蓝牙相关基础知识

iOS蓝牙开发(一)蓝牙相关基础知识 蓝牙常见名称和缩写 MFI ======= make for ipad ,iphone, itouch 专们为苹果设备制作的设备 BLE ==== buletouch low energy,蓝牙4.0设备因为低耗电,所以...

法斗斗
2016/05/24
26
0
Android 蓝牙4.0低功耗(BLE)官方详解(译)

声明:转载请注明出处http://www.jianshu.com/p/54bc88207050 Android 4.3(API level 18)引入了蓝牙低功耗(BLE)核心功能,并提供了API可供app来搜索设备,查询服务以及传输信息。 蓝牙低功...

蛇发女妖
2017/11/23
0
0
全球最低功耗蓝牙单芯片DA14580的软件体系 -层次架构和BLE消息事件处理过程

在作者之前发表的《全球最低功耗蓝牙单芯片DA14580的系统架构和应用开发框架分析》、《全球最低功耗蓝牙单芯片DA14580的硬件架构和低功耗》、《全球最低功耗蓝牙单芯片DA14580的软件体系-R...

yueqian_scut
2016/04/15
0
0
AliOS Things蓝牙协议栈及应用开发框架介绍

摘要: AliOS Things从1.2.0版本开始支持蓝牙协议栈(BLE),及基于蓝牙协议栈的应用层开发框架。本文分为三部分对蓝牙组件进行介绍:蓝牙组件,蓝牙协议栈介绍及接口说明,和应用开发框架介绍...

阿里云云栖社区
01/11
0
0
ym——物联网入口之一Android蓝牙4.0

如果还有同学不知道蓝牙4.0可以做什么请查看Android+蓝牙 4.0 将带来什么?,现在可以穿戴设备也大多用的是蓝牙4.0,如 智能体质秤,智能手环,智能血压计等等。 原文地址:http://develope...

天下杰论
2014/11/13
0
0
【代码】Androidの代码片段

UI SightFragment: Fragment 用户初见处理。 常见于 ViewPager 预加载前后页面,但希望页面等用户可见时才加载内容。 TokenActivity: Activity 恰当弹窗时机。 TransparentStatusBarActivity...

加壹
2016/01/11
86
0
关于Windows10 IOT core的蓝牙(Bluetooth)

今天本来想尝试使用树莓派来连接蓝牙音箱,结果发现可以配对但是无法正常连接,无论是在 dash board 或者 portal 页面里面全都是可以检测可以配对但是无法连接。 查了官方说明心凉了半截 原页...

a201577f0546
2017/07/09
0
0
Android 4.2蓝牙介绍

Tieto公司某蓝牙大牛写得《程序员》投稿文章 Android 4.2蓝牙介绍 蓝牙一词源于公元十世纪丹麦国王HaraldBlatand名字中的Blatand。Blatand的英文之意就是Blue tooth。这是因为这位让丹麦人引...

sflfqx
2014/08/12
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

下一页

代码生成利器:IDEA 强大的 Live Templates

代码生成利器:IDEA 强大的 Live Templates

qwfys
23分钟前
1
0
spring boot使用通用mapper(tk.mapper) ,id自增和回显等问题

最近项目使用到tk.mapper设置id自增,数据库是mysql。在使用通用mapper主键生成过程中有一些问题,在总结一下。 1、UUID生成方式-字符串主键 在主键上增加注解 @Id @GeneratedValue...

北岩
26分钟前
1
0
告警系统邮件引擎、运行告警系统

告警系统邮件引擎 cd mail vim mail.py #!/usr/bin/env python#-*- coding: UTF-8 -*-import os,sysreload(sys)sys.setdefaultencoding('utf8')import getoptimport smtplibfr......

Zhouliang6
29分钟前
0
0
日常运维--rsync同步工具

rsync命令是一个远程数据同步工具,可通过LAN/WAN快速同步多台主机间的文件。rsync使用所谓的“rsync算法”来使本地和远程两个主机之间的文件达到同步,这个算法只传送两个文件的不同部分,而...

chencheng-linux
33分钟前
1
0
Java工具类—随机数

Java中常用的生成随机数有Math.random()方法及java.util.Random类.但他们生成的随机数都是伪随机的. Math.radom()方法 在jdk1.8的Math类中可以看到,Math.random()方法实际上就是调用Random类...

PrivateO2
45分钟前
1
0
关于java内存模型、并发编程的好文

Java并发编程:volatile关键字解析    volatile这个关键字可能很多朋友都听说过,或许也都用过。在Java 5之前,它是一个备受争议的关键字,因为在程序中使用它往往会导致出人意料的结果。在...

DannyCoder
昨天
0
0
dubbo @Reference retries 重试次数 一个坑

在代码一中设置 成retries=0,也就是调用超时不用重试,结果DEBUG的时候总是重试,不是0吗,0就不用重试啊。为什么还是调用了多次呢? 结果在网上看到 这篇文章才明白 https://www.cnblogs....

奋斗的小牛
昨天
1
0
数据结构与算法3

要抓紧喽~~~~~~~放羊的孩纸回来喽 LowArray类和LowArrayApp类 程序将一个普通的Java数组封装在LowArray类中。类中的数组隐藏了起来,它是私有的,所以只有类自己的方法才能访问他。 LowArray...

沉迷于编程的小菜菜
昨天
0
0
spring boot应用测试框架介绍

一、spring boot应用测试存在的问题 官方提供的测试框架spring-boot-test-starter,虽然提供了很多功能(junit、spring test、assertj、hamcrest、mockito、jsonassert、jsonpath),但是在数...

yangjianzhou
昨天
1
0
rsync工具介绍/rsync通过ssh同步

rsync工具介绍 数据备份是必不可少,在Linux系统下数据备份的工具很多,其中重点介绍就是rsync工具,rsync不仅可以远程同步数据,还可以本地同步数据,且不会覆盖以前的数据在已经存在的数据...

Hi_Yolks
昨天
2
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

下一页

返回顶部
顶部