歡迎訪問我的博客 muhlenXi，該文章出自我的博客,歡迎轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請注明來源: http://muhlenxi.com/2017/05/02/iOS-Bluetooth-Low-Energy-Develop-Chapter1。
導(dǎo)語：
不知不覺從事 iOS 低功耗藍(lán)牙開發(fā)也很長一段時(shí)間了，一直沒時(shí)間來的及把自己關(guān)于這方面的學(xué)習(xí)和收獲寫下來，最近項(xiàng)目迭代更新上線完，有點(diǎn)業(yè)余時(shí)間，抓緊時(shí)間總結(jié)一下，說這是與同階段的小伙伴們之間的交流也好，是給后來的小伙伴的掉坑經(jīng)驗(yàn)也好。畢竟時(shí)間是擠出來的！做技術(shù)的人一般都有一個(gè)很開放的心態(tài)！
現(xiàn)在我們都知道，很多智能硬件設(shè)備都已經(jīng)集成了低功耗藍(lán)牙模塊，這樣我們就可以開發(fā)一個(gè) iOS 或者 Mac APP 與它們進(jìn)行交互。從 macOS 10.9 和 iOS 6 以后，Mac 和 iOS 設(shè)備就支持 低功耗藍(lán)牙技術(shù)了，我們可以通過 CoreBluetooth 這個(gè)框架與底層的各種藍(lán)牙協(xié)議棧進(jìn)行交互，比如 GATT、ATT 和 L2CAP 等。
與底層交互的過程如下圖所示：
開始下文之前，我們需要了解幾個(gè)概念。對藍(lán)牙不夠了解的可以看一下維基百科關(guān)于藍(lán)牙的簡介。
Bluetooth 4.0: 藍(lán)牙 4.0 是 Bluetooth SIG 于2010年7月7日推出的新的規(guī)范，其最重要的特性是功耗低，省電！
BLE: Bluetooth low energy wireless technology,也就是低功耗無線藍(lán)牙技術(shù)。
簡單了解 CoreBluetooth
BLE 是什么？
BLE 是關(guān)于藍(lán)牙4.0 的詳細(xì)說明，它定義了一套用于低功耗設(shè)備之間通信的協(xié)議。而CoreBluetooth 則是對 BLE 協(xié)議棧的抽象。也就是說，它隱藏了許多底層的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這樣對我們開發(fā)者來說，開發(fā)一個(gè) APP 與 BLE 設(shè)備進(jìn)行交互將會很便捷。
兩個(gè)核心角色 Central 和 Peripheral
CoreBluetooth 中最關(guān)鍵的兩個(gè)角色就是 Central(中心) 和 Peripheral（周邊）, Peripheral 一般是提供數(shù)據(jù)的一方，而 Central 一般獲取 Peripheral 提供的數(shù)據(jù)然后來完成特定的任務(wù)。舉個(gè)例子，一個(gè)集成 BLE 的數(shù)字室溫計(jì)可能提供房間中的實(shí)時(shí)溫度，我們通過 APP 就可以讀取、分析和顯示房間中的溫度。
Peripheral 通過向空中廣播數(shù)據(jù)的方式來使我們能感知到它的存在。Central 通過掃描搜索來發(fā)現(xiàn)周圍正在廣播數(shù)據(jù)的 Peripheral, 找到指定的 Peripheral 后，發(fā)送連接請求進(jìn)行連接，連接成功后則與 Peripheral 進(jìn)行一些數(shù)據(jù)交互， Peripheral 則會通過合適的方式對 Central 進(jìn)行響應(yīng)。
CoreBluetooth 簡化常見藍(lán)牙任務(wù)
CoreBluetooth 對通用的藍(lán)牙任務(wù)進(jìn)行了簡化處理，你在 App 中通過 CoreBluetooth 來集成 BLE 功能將會變得簡單，如果你開發(fā)的 APP 遵循了 Centrals 的開發(fā)規(guī)范，CoreBluetooth 將會幫你處理與 Peripheral 的掃描、連接以及數(shù)據(jù)交互的過程，除此之外，通過 CoreBluetooth 將你的設(shè)備設(shè)置為 本地 Peripheral 也會很便捷。
iOS APP 的狀態(tài)影響藍(lán)牙的行為
iOS APP 的狀態(tài)也會影響藍(lán)牙的行為，當(dāng)你的 APP 在后臺運(yùn)行或者處于暫停狀態(tài)中，藍(lán)牙的行為將會受到影響。默認(rèn)情況下，當(dāng)你的 APP 在后臺運(yùn)行時(shí)或者處于暫停狀態(tài)中，你的 APP 是不能與 BLE 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的，也就是說，當(dāng) APP 后臺運(yùn)行時(shí)，你需要與 BLE 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，你需要聲明你的 APP 支持藍(lán)牙后臺運(yùn)行模式，即使你聲明了支持后臺運(yùn)行模式，藍(lán)牙在后臺運(yùn)行模式下的數(shù)據(jù)處理方式也會變得不同，當(dāng)開發(fā)你的 BLE APP 時(shí)，你需要注意這些不同點(diǎn)。
即使 APP 在后臺運(yùn)行時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存過低時(shí)也會殺掉 APP 的后臺進(jìn)程，對于 iOS 7，CoreBluetooth 支持 Central 和 Peripheral 的狀態(tài)信息的保存和恢復(fù)。可以通過這個(gè)功能來實(shí)現(xiàn)與 BLE 設(shè)備的長期交互。
通過恰當(dāng)?shù)姆绞教岣哂脩趔w驗(yàn)
CoreBluetooth 框架為你的 APP 與許多常見的 BLE 設(shè)備進(jìn)行交互提供了交互接口，通過合理的利用和實(shí)踐將會提高用戶的體驗(yàn)。
舉個(gè)例子，當(dāng)你實(shí)現(xiàn) Central 或 Peripheral 的功能時(shí)，會利用設(shè)備攜帶的無線電廣播設(shè)備（Radio）向空中廣播信號，這樣就會影響到電池的續(xù)航時(shí)間，因此當(dāng)你設(shè)計(jì) APP 時(shí)，需要盡可能的減少 Radio 的使用頻率。
深入 CoreBluetooth
重要提醒： 在 iOS 10以后，通過 CoreBluetooth 與 BLE 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，必須在項(xiàng)目的Info.plist文件中包含關(guān)于NSBluetoothPerpheralUsageDescription的描述,否則會導(dǎo)致 APP 閃退，詳情見NSBluetoothPerpheralUsageDescription。
Central 和 Peripheral 的通信方式
在 BLE 通信中主要包含兩種角色：Central（中心）和 Peripheral（周邊），基于傳統(tǒng)的客戶-服務(wù)器架構(gòu)，Peripheral 通常會提供其他設(shè)備需要的數(shù)據(jù)，Central 通常利用通過 Peripheral 獲取的信息來完成特定的任務(wù)，如圖所示，心率監(jiān)視器 提供數(shù)據(jù)給 Mac 或 iOS APP，然后來顯示用戶的心率數(shù)據(jù)。
Central 搜索和連接正在廣播數(shù)據(jù)的 Peripheral
Peripheral 以廣播數(shù)據(jù)包的形式廣播服務(wù)中的數(shù)據(jù)，廣播數(shù)據(jù)包指的是包含 Peripheral 有用信息的一個(gè)較小數(shù)據(jù)包，比如 Peripheral 的名字和主要功能數(shù)據(jù)。比如，一個(gè)數(shù)字室溫計(jì)廣播的數(shù)據(jù)中可能包括當(dāng)前室溫，對于 BLE，廣播是顯示它們存在的主要方式。
如圖，對于一個(gè) Central 來說，它能夠搜索和獲取到它想要的 Peripheral 的廣播信息。
Peripheral 是如何組織數(shù)據(jù)的
連接 Peripheral 的目的就是和 Peripheral 提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，在你理解這一點(diǎn)后，可以更好的明白 Peripheral 的數(shù)據(jù)組成結(jié)構(gòu)。
Peripheral 包含一個(gè)或多個(gè) Service(服務(wù))和連接信號強(qiáng)度的有用信息。Service 可以理解成是一個(gè)完成指定功能的數(shù)據(jù)集合。舉個(gè)例子，一個(gè)心率監(jiān)測服務(wù)的功能就是可能就是從心率傳感器中讀取心率數(shù)據(jù)。
Service 是由 Characteristic（特征） 組成的，Characteristic 為 Peripheral 的 Service 提供更詳細(xì)的信息，舉個(gè)例子，心率服務(wù)可能包含一個(gè)測量不同體位的心率數(shù)據(jù)的 Characteristic 和一個(gè)傳輸心率數(shù)據(jù)的 Characteristic，下圖所示的是一個(gè)心率監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)組成結(jié)構(gòu)。
Central 與 Peripheral 的數(shù)據(jù)交互
當(dāng) Central 與 Peripheral 建立成功的連接后，Central 可以發(fā)現(xiàn) Peripheral 提供的全系列的 Service 和 Characteristic，廣播數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)僅僅是可用服務(wù)的一小部分而已。
Central 可以通過讀取或?qū)懭?Service Characteristic 值的方式與 Service 進(jìn)行交互。你的 APP 也許需要從數(shù)字室溫計(jì)中獲取當(dāng)前室內(nèi)的溫度或者設(shè)置一個(gè)溫度值到數(shù)字室溫計(jì)中。
如何表示 Central、Peripheral和 Peripheral 數(shù)據(jù)
BLE 通信過程中涉及到的主要角色和數(shù)據(jù)處理已經(jīng)簡單的集成到 CoreBluetooth 框架中了。
Central 方面的對象
當(dāng)你通過本地 Central 與周邊 Peripheral 進(jìn)行交互時(shí)，你只需要調(diào)用 Central 方面的方法就可以了，除非你設(shè)置一個(gè)本地 Peripheral，并用它來響應(yīng)其他的 Central 的交互請求，實(shí)際運(yùn)用中，你的藍(lán)牙處理大部分會在 Central 方面。
Local（本地） Central 和 Remote（遠(yuǎn)程） Peripheral
在 Central 方面，用 CBCentralManager 對象來表示一個(gè)Local Central 設(shè)備，這個(gè)對象被用來管理 Remote Peripheral 設(shè)備（用 CBPeripheral 對象來表示），包括搜索和連接正在廣播數(shù)據(jù)的 Peripheral。如圖所示的是 CoreBluetooth 框架中如何表示 Local Central 和 Remote Peripheral。
用 CBService 和 CBCharacteristic 對象來表示 Peripheral 中的服務(wù)數(shù)據(jù)
當(dāng)你與 Remote Peripheral 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，你將處理它的 Service 和 Characteristic，在 CoreBluetooth 框架中，用 CBService 對象來表示 Peripheral 中的服務(wù)，同樣地，用 CBCharacteristic 對象來表示 Service 中的特征。下圖所示的是 Remote Peripheral 的服務(wù)特征結(jié)構(gòu)樹。
Peripheral 方面的對象
對于 macOS 10.9 和 iOS 6， Mac 和 iOS 設(shè)備可以實(shí)現(xiàn) BLE Peripheral 的功能，如為其他設(shè)備（包括 Mac，iPhone，和 iPad）提供數(shù)據(jù)。當(dāng)你遵循 Peripheral 的開發(fā)規(guī)范時(shí)，就可以調(diào)用 BLE 通信的 Peripheral 方面的方法。
Local（本地） Peripheral 和 Remote（遠(yuǎn)程） Central
在 Peripheral 方面，一個(gè) Local Peripheral 可以用 CBPeripheralManager 對象來表示，這個(gè)對象被用來管理發(fā)布包含的服務(wù)，包括組織構(gòu)建 Peripheral 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及向中心設(shè)備廣播數(shù)據(jù)，Peripheral Manager 也對 Remote Central的讀寫交互請求做出響應(yīng)。如圖所示的是一個(gè) Local Peripheral 和 Remote Central。
用 CBMutableService 和 CBMutableCharacteristic 對象表示 LocalPeripheral 的數(shù)據(jù)
當(dāng)你設(shè)置并與 Local Peripheral 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，你處理的是它的可變的 Service 和 Characteristic，在 CoreBluetooth 框架中，用 CBMutableService 對象來表示 Local Peripheral 中的服務(wù)，同樣地，用 CBMutableCharacteristic 對象來表示Local Peripheral 服務(wù)中的特征。下圖表示的是一個(gè) Local Peripheral 中的服務(wù)特征結(jié)構(gòu)樹。
后續(xù)章節(jié)會進(jìn)一步補(bǔ)充關(guān)于 BLE 開發(fā)的知識。
參考文獻(xiàn)
結(jié)束語
歡迎在本文下面留言一起交流心得...
