一、低功耗蓝牙的使用

Android中关于蓝牙的开发文档，可以参考Google提供的官方蓝牙文档：https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/bluetooth.html

在Android开发中，应用可通过官方提供的蓝牙API执行以下操作：

• 扫描其他蓝牙设备
• 查询本地蓝牙适配器的配对蓝牙设备
• 建立 RFCOMM 通道
• 通过服务发现连接到其他设备
• 与其他设备进行双向数据传输
• 管理多个连接

蓝牙

一个近距离无线通信技术，最早是由爱立信研发出来。蓝牙 Bluetooth 这个词是一个丹麦的国王的绰号，当时研发它的工程师正在看一个关于这个国王的书，就起了这个名字。蓝牙的技术特点是：

• 近距离通信：典型距离是 10 米以内；
• 传输效率：传输速度最高可达 24 Mbps
• 多连接：蓝牙技术支持多设备连接、安全性高

蓝牙从被发明到目前，经过了几个版本的变化：

• 1.0版本：99年发布
• 2.1版本：使用范围最广泛，经典蓝牙
• 3.0版本：高速蓝牙，最高传输速度达到24Mbps
• 4.0/4.1版本：新增低功耗蓝牙
• 5.0版本：物联网

低功耗蓝牙

低功耗蓝牙全称为Bluetooth Low Energy，简称为BLE，最大特点就是低功耗，另外低功耗蓝牙还具备成本低，连接速度快，安全性高的特点。当然，低功耗蓝牙也相应的会有一些不足，比如说：低功耗对应的是低传输效率，因此低功耗蓝牙主要用来传输少量数据，结合低功耗的特点，非常适合用在移动智能设备上。

低功耗蓝牙分为两种模式：单模和双模。

• 单模：只能执行低功耗协议栈，即只支持BLE。
• 双模：既支持传统蓝牙又支持BLE蓝牙。

注意：需要在Android 4.3及以上版本才能支持具备低功耗功能的蓝牙4.0。

BLE协议栈

首先来看一下使用蓝牙的基本流程：

先简单来了解一下低功耗蓝牙的协议框架，在BLE协议栈中，大致分为三个部分，从下到上依次为：控制器（Controller) 、主机（Host）、应用（Applications）。

• 控制器：协议栈的最底层，直接与硬件相关，由厂商直接实现。
• 主机：硬件层的抽象层，与具体的硬件和常见无关，可以理解为接口。
• 应用层：使用Host层提供的API，进而开发的应用。

协议层从下往上，依次包含如下协议：

• Attribute Protocol：简称为 ATT，属性协议，Host层的一个协议，是BLE通信的基础。ATT 把数据封装，向外暴露为“属性”，提供“属性”的为服务端，获取“属性”的为客户端。ATT 是专门为低功耗蓝牙设计的，结构非常简单，数据长度很短。每个属性都有一个唯一的UUID，属性以characteristics and services的形式传输。
• Generic Attribute Profile：简称为GATT，通用属性配置文件，建立在前面说的 ATT 的基础上，对 ATT 进行进一步的逻辑封装，定义数据的交互方式和含义。GATT 按照层级定义了三个概念：
• Service：服务，一个 Service 包含若干个 Characteristic。
• Characteristic：特征，一个 Characteristic 可以包含若干 Descriptor。
• Descriptor：描述，数据的读写操作。
• Generic Access Profile：简称为GAP，通用访问控制配置文件，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。

Android BLE API

• Android SDK 中 BLE 相关的 API 都在 android.bluetooth.* 中。
• 5.0版本中：android.bluetooth.le*

权限

• 要在 APP 中使用蓝牙功能，需要在 Manifest 中申请蓝牙相关的权限。
• Android 6.0及以上版本：蓝牙 + 定位权限。为什么会有定位权限？BLE有定位的功能和能力。

BLE核心API

• BluetoothManager：蓝牙管理服务。在Android基本框架中可以发现蓝牙属于最底层的驱动模块中，可以公国context.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE) 来进行获取。
• BluetoothAdapter：本地设备蓝牙适配器。BluetoothAdapter可以完成：启动设备发现，查询已绑定（配对）设备的列表，使用已知MAC地址实例化 BluetoothDevice，并创建一个 BluetoothServerSocket 以监听来自其他设备的连接请求，并启动扫描蓝牙LE设备等操作，该类属于核心中的核心。
• BluetoothAdapter.LeScanCallback：BLE扫描结果回调接口，在 Android 5.0以上 使用抽象类 ScanCallback。
• BluetoothLeScanner：蓝牙LE设备执行扫描相关操作类，使用该API要求Android 5.0（API21）以上。
• BluetoothDevice：远程蓝牙设备，BluetoothDevice允许创建与相应设备的连接或关于它的查询信息，例如名称，地址，类和绑定状态等。
• BluetoothProfile：配置文件代理。每个公共配置文件实现这个接口。它有几个直接子类，每个子类再不同场景中使用，如 BluetoothA2dp, BluetoothGatt, BluetoothGattServer, BluetoothHeadset, BluetoothHealth。在当前例子中使用到的是 BluetoothGatt。
• BluetoothGatt：提供蓝牙GATT功能，以实现与蓝牙智能或智能就绪设备的通信。使用该类做连接、断开、关闭等操作。
• BluetoothGattCallback：设备连接时的回调接口。

UUID

UUID 是全局唯一标识，是128bit的值，为了便于识别和阅读，一般标示成：8-4-4-12 的16进制格式。

Android 中提供了 UUID.randomUUID() 来生成一个随机的 UUID。

在低功耗蓝牙中，长度为128bit的UUID数据长度是受限的，因此蓝牙中又产生出来了16bit和32bit的UUID，本质上和128bit的UUID一样。

Android 中BLE的操作步骤

• ① 获取到BluetoothAdapter：代表设备自己的蓝牙适配器，整个系统只有一个蓝牙适配器，应用程序可以使用此对象与其交互。获取方法是通过 BluetoothManager 获取。
• ② 启用蓝牙设备：isEnable() 查看是否启用，通过 BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE 来启动
• ③ 查找BLE设备：通过startLeScan(callBack); 方法来开启扫描；另外还可以使用BluetoothLeScanner来扫描。

与Android BLE设备通信

开发BLE应用，主要有两大类：

• 基于非连接的通信应用：使用的是BLE的广播机制，又称作是Beacon。共有两个角色：发送方负责发送广播，称之为Boradcaster，另外一方为监听方，监听广播信号，称之为Observer。
• 基于连接的通信应用：基于连接的通信是通过建立GATT连接，让后进行数据的收发。也有两个角色：连接发起方，称之为中心设备（Central），另外一方是被连接的设备，称之为外设Peripheral。

本篇文章中，我们来讨论面向连接的通信的情况。如果要与另外一个BLE设备进行通信，需要经过连接，确认状态，然后再通信的过程。首先是开启连接，然后会触发对应的连接回调，然后发现服务，触发发现服务回调，获取服务内部的特征值，对其读写命令（和 BLE 共同约束的规范），就是这么一个过程，比较简单。

• 连接到GATT服务器：如果要与BLE进行通信，第一步就是要连接到该设备的 GATT 服务。使用connectGatt方法链接，有三个参数，最后一个参数为连接的回调函数，表是处理链接的状态，所有交互均从回调中进行处理。
• 读 BLE 属性：一旦Android设备连接到GATT的服务器并且发现了BLE服务，则可以读取或者写入相关的属性，执行相关的操作了。
• 释放GATT：当操作完成后，要记得关闭设备bluetoothGatt.close()。

二、WIFI的使用

每个移动智能设备几乎都带有WIFI连接功能，在Android系统中，同样也提供了WIFI开发的相关的API。

WIFI API

Android系统提供的WIFI API，主要包含在两个包中：

• android.net.wifi包
• android.net.wifi.p2p包

和wifi相关的核心API主要有以下几个内容：

• WifiManager：提供管理WiFI连接的大部分API
• ScanResult：已经检测出的接入点（包括接入点的地址、名称、身份认证、频率、信号强度）
• WifiConfiguration：WiFi连接的网络配置（包括安全配置等）
• WifiInfo：WiFi无线连接的描述，主要包括接入点、网络连接状态、隐藏的接入点、IP地址、连接速度、MAC地址、网络ID、信号强度等等信息。
• WifiManager.WifiLock：通常情况下当用户在一段时间内没有任何操作的时候，WiFi网络会自动关闭。我们使用WifiLock来锁定WiFi网络，使其一直保持连接，直到这个锁被释放。多个应用程序可能有多个锁，当多有的应用程序的锁都被释放的时候，WiFi才被关闭。

WIFI 使用说明

• WifiManager：context.getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
• 打开WiFi：mWifiManager.setWifiEnabled(true); 关闭wifi为false
• 创建一个WifiLock：mWifiManager.createWifiLock("lock_name");
• 锁定WifiLock：mWifiLock.acquire();
• 释放WifiLock：mWifiLock.release();
• WiFi连接：

public void addNetworkAndConn(WifiConfiguration wcg) {
    int netId = mWifiManager.addNetwork(wcg);
    mWifiManager.enableNetwork(netId, true);
}

• 断开一个指定ID的WiFi：

public void disconnectWifi(int netId) {
    mWifiManager.disableNetwork(netId);
    mWifiManager.disconnect();
}

• 扫描可接入的WiFi：

public void startScan() {
    mWifiManager.startScan();
    // 得到扫描结果
    List<ScanResult> wifiList = mWifiManager.getScanResults();
    // 得到配置好的网络连接
    List<WifiConfiguration> wifiConfigList = mWifiManager.getConfiguredNetworks();
}

WIFI 权限

在进行wifi开发时，既要用到网络，也要用到硬件资源，因此需要申请一些必要的权限，而且涉及到的还比较的多，主要的权限如下：

<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE"></uses-permission> 
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_CHECKIN_PROPERTIES"></uses-permission> 
<uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK"></uses-permission> 
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"></uses-permission> 
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_WIFI_STATE"></uses-permission> 
<uses-permission android:name="android.permission.MODIFY_PHONE_STATE"></uses-permission>

WIFI直连

WIFI Direct 意为通过 WIFI 直接建立连接。允许无线网络中的设备无须通过无线路由器即可相互连接。这种标准支持 WIFI 的无线设备像蓝牙那样以点对点的形式互连，但是在传输速度与传输距离方面都比蓝牙有大幅提升。

WIFI Direct 提供 WifiP2pManager 类，其功能主要分为以下三部分：

• WifiP2pManager 类提供相关 API 用于发现可连接的点，并进行请求和建立连接。
• 每个 WifiP2pManager 的方法都要求传入对应的监听器，用于监听对该方法是否成功运行。
• 当检测到特定事件，如可连接的点减少或者发现了新的可连接的点，WIFI Direct 框架会通过 Intent 通知用户。

WifiP2pManager的核心API用法说明如下所示：

• initialize：为应用程序注册 WIFI 框架。该方法必须在任何其他 WIFI Direct 方法被调用前调用，常放在Application中调用。
• connect：与具有指定配置的 WIFI 设备建立点对点连接
• cancelConnect：断开连接
• requestConnectInfo：获取设备的连接信息
• createGroup：以当前设备为拥有者创建一个点对点组
• removeGroup：删除当前的点对点组
• requestGroupInfo：获取点对点组的信息
• discoverPeers：初始化发现对等点设备服务
• requestPeers：获取当前已发现的对等点设备列表

在WifiP2pManager使用时，同样支持使用各种监听回调接口：

• ActionListener：Wifi连接过程中的某个动作监听。主要包括：connect、cancelConnect、createGroup、removeGroup、discoverPeers等回调函数
• ChannelListener：initialize初始化的回调
• ConnectionInfoListener：请求连接的回调，回传连接信息
• GroupInfoListener：点对点组的监听信息
• PeerListListener：点对点设备的监听回调接口

三、传感器

Android 传感器属于虚拟设备，可提供来自以下各种物理传感器的数据：

• 加速度计
• 陀螺仪
• 磁力计、
• 气压计
• 湿度传感器
• 压力传感器
• 光传感器
• 近程传感器
• 心率传感器

以上的这些均可以归纳为传感器类别，在Android中，这些传感器有一个相同的定义文件，存在一个 sensors.h文件，其中定义了Android系统支持的每一种传感器。格式为：ENSOR_TYPE_传感器名称。

该图为Android系统中传感器的的架构和分层。可以看出，几乎和Android系统整体的架构一样。从上层到下层，从应用层到底层内核层。

传奇器核心API

Android传感器框架放在android.hardware包中，核心的API如下所示：

• SensorManager：用于创建传感器服务实例。该类提供了访问和罗列传感器的各种方法，用于注册和注销传感器事件监听器并获取方向信息。该类也提供了几个常量，用于报告传感器的精度、数据获取率和校正传感器。
• Sensor：用作创建某个特定传感器的实例。该类提供了用于确定传感器能力的各种方法。
• SensorEvent：创建传感器事件对象。传感器事件对象包含传感器事件的相关信息，包括原始的传感器数据、传感器类型、产生的事件、事件精度以及事件发生的时间戳等。
• SensorEventListener：是一个接口，包含两个回调方法。当传感器的值发生改变或者传感器的精度发生改变时，相关方法就会自动被调用。

传感器核心操作

无论如何变化，其实通过上面的描述和介绍，我们看到，传感器是底层系统提供的，数据也是相关的API返回获取的。因此，在涉及到传感器开发时，开发者的核心操作只有两个：

• 分析需求，明确使用哪个一个类别的传感器，明确要获取的传感器数据。
• 调用系统的API方法，监听传感器的的回调时间，获取数据。

因此，Android中的传感器部分的应用开发，重点不是在于传感器的使用，是开发者自己特定的应用，在获取到数据后，对数据的处理和挖掘，是重中之重。

Android传感器分类

Android中支持的传感器分为很多类别，主要有：

• TYPE_ACCELEROMETER：运动探测传感器，硬件传感器
• TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE：环境温度传感器，硬件传感器
• TYPE_GRAVITY：运动探测，软件或者硬件传感器
• TYPE_GYROSCOPE：旋转，硬件传感器
• TYPE_LIGHT：屏幕亮度传感器，属于硬件传感器
• TYPE_LINEAR_ACCELERATION：加速度传感器，软件或者硬件都有
• TYPE_ORIENTATION：方向传感器，属于软件传感器
• TYPE_PRESSURE：空气压力传感器，属于硬件传感器
• TYPE_PROXIMITY：距离传感器，用于监测打电话时手机与耳朵的距离，属于硬件传感器

四、SystemService

经过本篇文档的介绍，结合之前的课程内容，我们可以总结出一个规律。在Android开发时，很多情况下我们都可以直接通过某个上下文，获取xxxManager，往往是某个管理者。这些管理者是Android系统提供的系统服务，我们可以统称为SystemService，现在我们了解一下SystemService有关的内容，并做个总结。

SystemService

SystemService是系统提供给开发者的调用系统层的控制接口，应用层的开发者只需要了解这些接口的使用方式，就可以非常方便的进行系统控制，完成自己想要的功能操作，获取系统的相关信息，而不需要了解接口的具体内部实现方式。这些SystemManager是在framework层或者更底层进行实现的。

相反的对于Framework层的开发者而言，需要了解XXXManager服务的实现细节和方式，并维护Manager接口，扩展或者实现新接口等。

我们可以列举一下我们在学习过程中遇到的Manager，比如：

• WindowManager：窗口操作的窗口管理服务
• NotifacationManager：通知管理
• AudioManager：Android系统的音频管理者
• LocationManager：GPS定位服务管理
• StatusBarManager：状态栏的管理者

除此以外，还有很多很多，以上这些管理者，其实背后都是有一个系统服务SystemService。

getSystemService

getSystemService是Android很重要的一个API，它是Activity的一个方法，根据传入的NAME来取得对应的Object，然后转换成相应的服务对象。