在物聯網和智能穿戴設備日益普及的今天，低功耗藍牙技術已成為設備間短距離無線通信的核心。本文旨在詳細解析在 Android 平臺上，如何實現作為中心設備的客戶端與作為外圍設備的服務器端之間的完整通信流程，涵蓋基本概念、角色分工、核心實現步驟與關鍵考量。
一、 核心概念與角色解析
在 BLE 通信體系中，設備扮演著兩種明確的角色：
- 中心設備： 通常指功能相對強大、作為通信發起方和控制方的設備。在 Android 場景下，我們的手機或平板電腦應用程序就扮演此角色，也常被稱為 客戶端 或 主機。其主要職責是主動掃描、發現外圍設備，并與之建立連接，然后進行數據的讀寫與通知監聽。
- 外圍設備： 通常指傳感器、智能手環、信標等功耗敏感、提供特定數據或功能的設備。它們也被稱為 服務器端 或 從機。其核心職責是廣播自身的存在，并維護一個包含各種服務和特征的數據結構（GATT 服務器），供中心設備來訪問。
一次典型的通信由中心設備發起，連接建立后，雙方即構成一個 “客戶端-服務器” 架構，其中中心設備是 GATT 客戶端，外圍設備是 GATT 服務器。
二、 Android 作為中心設備（客戶端）的實現流程
在 Android 應用中實現 BLE 客戶端功能，主要遵循以下步驟：
- 權限聲明與藍牙適配器檢查：
- 在
AndroidManifest.xml中聲明必要的權限，如BLUETOOTH、BLUETOOTH<em>ADMIN，以及 Android 6.0+ 所需的ACCESS</em>FINE_LOCATION權限（因為 BLE 掃描可用于推斷位置）。
- 在運行時，通過
BluetoothManager獲取BluetoothAdapter，檢查設備是否支持藍牙及 BLE，并確保藍牙已開啟。
- 掃描外圍設備：
- 創建
BluetoothLeScanner實例，并通過startScan方法開始掃描。需要提供一個ScanCallback以接收掃描結果。
- 可以配置
ScanFilter來過濾特定設備名稱、服務 UUID 或 MAC 地址的設備，以提升效率和精準度。
- 連接目標設備：
- 從掃描結果中獲取目標設備的
ScanResult或BluetoothDevice對象。
- 調用
BluetoothDevice.connectGatt(Context, autoConnect, BluetoothGattCallback)方法發起連接。其中BluetoothGattCallback是整個通信過程的核心回調，用于處理連接狀態變化、服務發現及數據操作結果。
- 發現服務與特征：
- 連接成功后，在
BluetoothGattCallback.onServicesDiscovered()回調中，通過BluetoothGatt.discoverServices()觸發服務發現過程。
- 發現完成后，可以通過
BluetoothGatt.getServices()獲取設備提供的所有服務列表，進而遍歷每個服務下的特征（BluetoothGattCharacteristic）。
- 數據交互：
- 讀取數據： 調用
BluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic)，讀取結果在onCharacteristicRead()回調中返回。
- 寫入數據： 調用
BluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic)，寫入結果（成功與否）在onCharacteristicWrite()回調中確認。寫入前需正確設置特征的writeType（如WRITE<em>TYPE</em>DEFAULT或WRITE<em>TYPE</em>NO_RESPONSE）。
- 訂閱通知/指示： 這是外圍設備主動向客戶端推送數據的核心機制。需要為特征啟用通知（通過
BluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true)），然后向特征的客戶端特征配置描述符（CCCD）寫入一個特定的值（通常是BluetoothGattDescriptor.ENABLE<em>NOTIFICATION</em>VALUE）。啟用后，數據將在onCharacteristicChanged()回調中實時接收。
- 連接管理與資源釋放：
- 通信完成后，應及時調用
BluetoothGatt.disconnect()斷開連接，并最終調用BluetoothGatt.close()釋放相關資源，這對于避免資源泄露和確保后續連接穩定至關重要。
三、 外圍設備（服務器端）的考量
雖然 Android 從 5.0（API 21）開始也支持作為外圍設備，但更常見的是由專門的硬件設備（如傳感器模組）來扮演此角色。對于外圍設備端（無論是 Android 設備還是硬件），其設計要點包括：
- 定義 GATT 服務結構： 明確設備提供哪些服務（由 UUID 標識），每個服務下包含哪些特征。每個特征需定義其屬性（如可讀、可寫、可通知）、權限和值。
- 廣播數據： 通過廣播包（Advertising Data）向外宣告自身的存在和基本信息（如設備名稱、包含的服務 UUID 等），以便被中心設備掃描發現。
- 處理客戶端請求： 實現 GATT 服務器的邏輯，響應中心設備發起的連接、讀/寫請求，并在數據變化時通過通知或指示主動推送。
四、 開發實踐中的關鍵點
- 主線程限制： 所有
BluetoothGattCallback中的回調都運行在 Binder 線程池中，不得直接進行 UI 更新，必須通過 Handler 或runOnUiThread切回主線程。 - 異步操作： BLE 的所有操作（連接、讀寫、啟用通知）都是異步的。必須在前一個操作的回調被觸發后，再發起下一個可能依賴的操作，避免操作隊列混亂。
- 連接穩定性： BLE 連接在復雜無線環境下可能不穩定。健壯的實現需要處理連接意外斷開的情況，并在
BluetoothGattCallback.onConnectionStateChange()中實現重連邏輯。 - 功耗優化： 對于中心設備，及時停止掃描（
stopScan）和斷開不必要的連接是節省電量的關鍵。對于外圍設備，合理設計廣播間隔和連接參數（Connection Interval）能顯著影響功耗。 - 兼容性： 不同廠商、不同版本的 BLE 設備在實現上可能存在差異，需要進行充分的兼容性測試。
在 Android 上開發 BLE 客戶端應用，是一個以 BluetoothGattCallback 為中心、嚴格遵循異步流程和控制生命周期的過程。清晰理解中心與外圍設備的角色定位及 GATT 協議模型，是構建穩定、高效藍牙通信應用的基礎。
