揭秘GATT：低功耗蓝牙的数据传输核心

2023-12-17 21:02:39

深入解析 GATT：低功耗蓝牙数据传输的核心

蓝牙技术在万物互联的世界中扮演着至关重要的角色，而低功耗蓝牙 (BLE) 因其节能性和广泛的兼容性而备受物联网 (IoT) 应用的青睐。在 BLE 数据传输中，GATT（通用属性协议）协议扮演着举足轻重的角色，它为开发者提供了强大且灵活的框架。本文将深入剖析 GATT 协议，阐述其工作原理、优势，并提供实际示例，揭示其在 BLE 应用中的强大功能。

GATT：数据传输的管道

在 BLE 设备中，GATT 充当数据传输的管道。它建立了一种客户端-服务器模型，其中客户端设备（例如智能手机）可以连接到服务器设备（例如传感器），并通过交换称为属性的特定数据块进行通信。属性可以是简单的值（例如温度读数）或复杂的数据结构（例如文件或配置设置）。

GATT 利用 ATT（属性协议）作为其基础传输机制。ATT 定义了用于传输属性值和控制 GATT 通信的协议。通过利用 ATT，GATT 可以在客户端和服务器设备之间创建可靠且高效的数据通道。

GATT 属性：数据的基本单位

GATT 属性是数据传输的基本单位。它们包含一个类型、一个标识符和一个值。GATT 定义了多种属性类型，包括：

特性 (Characteristic) ：代表一个可读、可写或可读写的属性，用于传输经常访问的数据。
符 (Descriptor) ：提供有关特性的附加信息，例如其格式或访问权限。
服务 (Service) ：一组特性和符的集合，用于特定目的（例如心率监测或电池电量状态）。

GATT 通信流程

GATT 通信遵循一个预定义的流程：

服务发现： 客户端设备扫描服务器设备以发现可用服务。
特征发现： 客户端设备检索选定服务的特性。
读/写操作： 客户端设备可以读取或写入特性值，从而与服务器设备交换数据。
订阅通知： 客户端设备可以订阅对特性值的更改的通知，从而实现实时数据流。

GATT 的优势

GATT 协议提供了以下主要优势：

低能耗： GATT 经过优化，以减少数据传输的功耗，从而延长 BLE 设备的电池寿命。
可扩展性： GATT 可以支持广泛的属性类型，使其适用于各种应用程序。
安全性： GATT 提供安全机制，例如加密和身份验证，以保护数据传输。
灵活性： GATT 允许开发者创建自定义服务和特性，以满足特定的应用程序需求。

示例：心率监测器

为了说明 GATT 在实际应用中的作用，让我们考虑一个心率监测器。该设备提供以下属性：

心率特性： 包含当前心率读数的可读特性。
心率范围符： 提供心率特性的有效值的符。
心率监测服务： 包含心率特性和描述符的集合。

当用户使用智能手机应用程序连接到心率监测器时，应用程序可以执行以下操作：

发现心率监测服务。
检索心率特性。
订阅心率特性的通知。
实时接收并显示当前心率读数。

代码示例：使用 Swift 访问 GATT 属性

以下 Swift 代码示例演示了如何使用 GATT 协议读取心率特性值：

import CoreBluetooth

// 初始化蓝牙中心管理器
let centralManager = CBCentralManager()

// 定义委托方法，用于处理蓝牙事件
extension ViewController: CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate {

    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber) {
        // 处理新发现的蓝牙设备
        // ...
    }

    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
        // 处理与蓝牙设备建立连接
        // ...

        // 发现心率监测服务
        peripheral.discoverServices([CBUUID(string: "180D")])
    }

    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?) {
        // 处理发现服务
        // ...

        // 检索心率特性
        if let service = peripheral.services?.first(where: { $0.uuid == CBUUID(string: "180D") }) {
            peripheral.discoverCharacteristics([CBUUID(string: "2A37")], for: service)
        }
    }

    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
        // 处理发现特性
        // ...

        // 获取心率特性值
        if let characteristic = service.characteristics?.first(where: { $0.uuid == CBUUID(string: "2A37") }) {
            peripheral.readValue(for: characteristic)
        }
    }

    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
        // 处理特性值更新
        // ...

        // 获取心率读数
        if let data = characteristic.value {
            let heartRate = data.withUnsafeBytes { $0.load(as: UInt16.self) }
            print("当前心率：\(heartRate) bpm")
        }
    }
}