1、引言

現(xiàn)在低功耗藍牙（BLE）連接都是建立在 GATT (Generic Attribute Profile) 協(xié)議之上。GATT 是一個在藍牙連接之上的發(fā)送和接收很短的數(shù)據(jù)段的通用規(guī)范，這些很短的數(shù)據(jù)段被稱為屬性（Attribute）。
2、GAP

詳細介紹 GATT 之前，需要了解 GAP（Generic Access Profile），它用來控制設備連接和廣播。GAP 使你的設備被其他設備可見，并決定了你的設備是否可以或者怎樣與合同設備進行交互。例如 Beacon 設備就只是向外廣播，不支持連接，小米手環(huán)等設備就可以與中心設備連接。
2.1 設備角色

GAP 給設備定義了若干角色，其中主要的兩個是：外圍設備（Peripheral）和中心設備（Central）。

外圍設備：這一般就是非常小或者簡單的低功耗設備，用來提供數(shù)據(jù)，并連接到一個更加相對強大的中心設備。例如小米手環(huán)。
中心設備：中心設備相對比較強大，用來連接其他外圍設備。例如手機等。

2.2 廣播數(shù)據(jù)

在 GAP 中外圍設備通過兩種方式向外廣播數(shù)據(jù)：Advertising Data Payload（廣播數(shù)據(jù)）和 Scan Response Data Payload（掃描回復），每種數(shù)據(jù)最長可以包含 31 byte。這里廣播數(shù)據(jù)是必需的，因為外設必需不停的向外廣播，讓中心設備知道它的存在。掃描回復是可選的，中心設備可以向外設請求掃描回復，這里包含一些設備額外的信息，例如設備的名字。
2.3 廣播流程

GAP 的廣播工作流程如下圖所示。

從圖中我們可以清晰看出廣播數(shù)據(jù)和掃描回復數(shù)據(jù)是怎么工作的。外圍設備會設定一個廣播間隔，每個廣播間隔中，它會重新發(fā)送自己的廣播數(shù)據(jù)。廣播間隔越長，越省電，同時也不太容易掃描到。

2.4 廣播的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

大部分情況下，外設通過廣播自己來讓中心設備發(fā)現(xiàn)自己，并建立 GATT 連接，從而進行更多的數(shù)據(jù)交換。也有些情況是不需要連接的，只要外設廣播自己的數(shù)據(jù)即可。用這種方式主要目的是讓外圍設備，把自己的信息發(fā)送給多個中心設備。因為基于 GATT 連接的方式，只能是一個外設連接一個中心設備。使用廣播這種方式最典型的應用就是蘋果的 iBeacon。廣播工作模式下的網(wǎng)絡拓撲圖如下：

3、GATT

GATT 的全名是 Generic Attribute Profile（姑且翻譯成：普通屬性協(xié)議），它定義兩個 BLE 設備通過叫做 Service 和 Characteristic 的東西進行通信。GATT 就是使用了 ATT（Attribute Protocol）協(xié)議，ATT 協(xié)議把 Service, Characteristic 以及對應的數(shù)據(jù)保存在一個查找表中，此查找表使用 16 bit ID 作為每一項的索引。

一旦兩個設備建立起了連接，GATT 就開始起作用了，這也意味著，你必需完成前面的 GAP 協(xié)議。這里需要說明的是，GATT 連接，必需先經(jīng)過 GAP 協(xié)議。實際上，在 Android 開發(fā)中，可以直接使用設備的 MAC 地址，發(fā)起連接，可以不經(jīng)過掃描的步驟。這并不意味不需要經(jīng)過 GAP，實際上在芯片級別已經(jīng)給你做好了，藍牙芯片發(fā)起連接，總是先掃描設備，掃描到了才會發(fā)起連接。

GATT 連接需要特別注意的是：GATT 連接是獨占的。也就是一個 BLE 外設同時只能被一個中心設備連接。一旦外設被連接，它就會馬上停止廣播，這樣它就對其他設備不可見了。當設備斷開，它又開始廣播。

中心設備和外設需要雙向通信的話，唯一的方式就是建立 GATT 連接。

3.1 GATT 連接的網(wǎng)絡拓撲

下圖展示了 GATT 連接網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。這里很清楚的顯示，一個外設只能連接一個中心設備，而一個中心設備可以連接多個外設。

一旦建立起了連接，通信就是雙向的了，對比前面的 GAP 廣播的網(wǎng)絡拓撲，GAP 通信是單向的。如果你要讓兩個設備外設能通信，就只能通過中心設備中轉(zhuǎn)。

3.2 GATT 通信事務

GATT 通信的雙方是 C/S 關系。外設作為 GATT 服務端（Server），它維持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定義。中心設備是 GATT 客戶端（Client），它向 Server 發(fā)起請求。需要注意的是，所有的通信事件，都是由客戶端（也叫主設備，Master）發(fā)起，并且接收服務端（也叫從設備，Slave）的響應。

一旦連接建立，外設將會給中心設備建議一個連接間隔（Connection Interval）,這樣，中心設備就會在每個連接間隔嘗試去重新連接，檢查是否有新的數(shù)據(jù)。但是，這個連接間隔只是一個建議，你的中心設備可能并不會嚴格按照這個間隔來執(zhí)行，例如你的中心設備正在忙于連接其他的外設，或者中心設備資源太忙。

下圖展示一個外設（GATT 服務端）和中心設備（GATT 客戶端）之間的數(shù)據(jù)交換流程，可以看到的是，每次都是主設備發(fā)起請求：

3.3 GATT 結(jié)構(gòu)

GATT 事務是建立在嵌套的 Profiles, Services 和 Characteristics 之上的的，如下圖所示：

1、Profile 并不是實際存在于 BLE 外設上的，它只是一個被 Bluetooth SIG 或者外設設計者預先定義的 Service 的集合。例如心率 Profile（Heart Rate Profile）就是結(jié)合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service。所有官方通過 GATT Profile 的列表可以從這里找到。

2、Service 是把數(shù)據(jù)分成一個個的獨立邏輯項，它包含一個或者多個 Characteristic。每個 Service 有一個 UUID 唯一標識。 UUID 有 16 bit 的，或者 128 bit 的。16 bit 的 UUID 是官方通過認證的，需要花錢購買，128 bit 是自定義的，這個就可以自己隨便設置。

官方通過了一些標準 Service，完整列表在這里。以 Heart Rate Service 為例，可以看到它的官方通過 16 bit UUID 是 0x180D，包含 3 個 Characteristic：Heart Rate Measurement, Body Sensor Location 和 Heart Rate Control Point，并且定義了只有第一個是必須的，其它是可選實現(xiàn)的。
3、Characteristic 是在 GATT 事務中的最低界別的，Characteristic 是最小的邏輯數(shù)據(jù)單元，當然它可能包含一組關聯(lián)的數(shù)據(jù)，例如加速度計的 X/Y/Z 三軸值。

與 Service 類似，每個 Characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 UUID 唯一標識。你可以免費使用 Bluetooth SIG 官方定義的標準 Characteristic，使用官方定義的，可以確保 BLE 的軟件和硬件能相互理解。當然，你可以自定義 Characteristic，這樣的話，就只有你自己的軟件和外設能夠相互理解。

舉個例子，Heart Rate Measurement Characteristic，這是上面提到的 Heart Rate Service 必需實現(xiàn)的 Characteristic，它的 UUID 是 0x2A37。它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是，開始 8 bit 定義心率數(shù)據(jù)格式，接下來就是對應格式的實際心率數(shù)據(jù)。

實際上，和 BLE 外設打交道，主要是通過 Characteristic。你可以從 Characteristic 讀取數(shù)據(jù)，也可以往 Characteristic 寫數(shù)據(jù)。這樣就實現(xiàn)了雙向的通信。所以你可以自己實現(xiàn)一個類似串口（UART）的 Sevice，這個 Service 中包含兩個 Characteristic，一個被配置只讀的通道（RX），另一個配置為只寫的通道（TX）。

3.4 更多內(nèi)容

Bluetooth SIG 官方文檔

藍牙核心協(xié)議文檔
Bluetooth Developer Portal
官方通過的 BLE Profile
官方通過的 BLE Service
官方通過的 BLE Characteristic
移動開發(fā)資源

Android BLE GUIDE - Android developer 官網(wǎng)的入門文章，里面有實例代碼和講解視頻。
Application Accelerator Kit - iOS, Android or Windows Phone 移動開發(fā)樣例
視頻: Core Bluetooth 101 - WWDC 2012 關于 BLE 開發(fā)的視頻。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的iOS - GATT Profile 简介的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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