iOS开发之玩转蓝牙

2017-01-14 15:49:30来源:http://www.jianshu.com/p/a831da0cfa0f作者:MrPeak人点击

第七城市

之前详细谈过不少关于HTTP协议的知识点,TCP/IP也通过tcpdump做过简单的介绍,但网络协议的本质其实是连接,设备或者端之间连接的方式有多种,常见的http或者基于tcp的socket只是森林一叶,还有些不那么常见的协议比如蓝牙。适当脑洞,也能玩出不少新花样来。


关键概念

谈到蓝牙,很容易让人联想到蓝牙穿戴设备,好像听起来更靠近硬件层一些。苹果其实对iOS和OSX上的蓝牙已做了一层很好的封装,看过CoreBluetooth Framework的大致API之后,基本上就将其流程明白个大概。难点在于理解其工作模式和理清一些关键概念,比如Peripehral, Central, Service, characteristics等等,不要被这些陌生的单词吓到,网络协议的应用大多脱不了CS的架构模型,这里和大家一起对照传统的Client/Server架构来梳理下iOS和OSX上CoreBluetooth的重要知识点。我画了一张图,方便大家一目了然的明白CoreBluetooth的工作原理。




我们只需要把Peripehral, Central, Service, characteristics几个概念理清,再各自对应到我们之前关于CS的知识体系之中就可以轻松的做一层自己的封装了。


初次查看CoreBluetooth文档的时候,很容易把Central理解成Server,其实刚好相反,Peripheral才是我们的Server。正如上图所示,Peripheral和Central之间建立的是一对多的关系。每个Peripheral会以广播的模式告诉外界自己能提供哪些Service,这里Service的概念和我们传统CS架构当中的Service基本是一致的,每个PeriPheral可以提供多个Service,而每个Service呢,会包含多个characteristic,characteristic是个陌生但十分关键的概念,可以把characteristic理解成一个Service模块具体提供哪些服务,比如一个心率监测Service同时包含心率测量characteristic和地理位置定位characteristic。


Peripheral作为Server,Central作为Client,Peripheral广播自己的Service和characteristic,Central订阅某一个具体的characteristic,Peripheral就和Central之间通过characteristic建立了一个双向的数据通道,整个模型非常简洁而且符合我们CS的架构体系。接下来具体看下CoreBluetooth的相关API。


优雅的CoreBluetooth

首先值得开心一把的是iOS和OSX使用的是同一套API封装,都是基于CoreBluetooth Framework,只在极细小的地方有些差异,完全可以做一层library的封装在两个平台上无缝衔接使用。


在具体搭建基于CoreBluetooth应用之前,要先确立到底哪一方作为Peripheral,哪一方又是Central。Macbook,iPhone,iPad都能成为Peripheral或者Central。我们通过代码的方式再看一遍上面的架构流程。


Server端

创建Peripheral,也就是我们的Server:


_peripheral = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];

生成Service以备添加到Peripheral当中:


CBMutableService *transferService = [[CBMutableService alloc] initWithType:[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_SERVICE_UUID] primary:YES];

生成characteristics以备添加到Service当中:


self.transferCharacteristic = [[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType:[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_CHARACTERISTIC_UUID]
properties:CBCharacteristicPropertyNotify|CBCharacteristicPropertyWrite
value:nil
permissions:CBAttributePermissionsReadable|CBAttributePermissionsWriteable];

建立Peripheral,Server,characteristics三者之间的关系并开始广播服务:


//建立关系
transferService.characteristics = @[self.transferCharacteristic];
[self.peripheral addService:transferService];
//开始广播
[self.peripheral startAdvertising:@{ CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey : @[[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_SERVICE_UUID]] }];

Client端

创建我们的Central,也就是client:


_central = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];

扫描可用的Peripheral:


[self.central scanForPeripheralsWithServices:@[[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_SERVICE_UUID]]
options:@{ CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey : @YES }];

扫描到Peripheral之后连接:


[self.central connectPeripheral:targetPeripheral options:nil];

连接成功之后查找可用的Service:


[peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_SERVICE_UUID]]];

找到Service之后,进一步查找可用的Characteristics并订阅:


//查找Characteristics
[peripheral discoverCharacteristics:@[[CBUUID UUIDWithString:TRANSFER_CHARACTERISTIC_UUID]] forService:service];

查找到Characteristics订阅:


//订阅
[peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];

订阅之后Central和Peripheral之间就建立了一个双向的数据通道,后续二者之间的数据传输就可以通过characteristic来完成了。


数据传输

有了数据通道,接下来就是如何传输数据了。说到数据传输就免不了要确定应用层的协议,类似平时我们使用socket实现游戏的网络模块时,需要自定义应用层协议才能实现业务数据的交换,协议的设计这里就不展开说了,之前有过相关经验的童鞋完全可以把协议层迁移过来。


再看下Peripheral是如何向Central发送数据的,首先Peripheral会向自己的characteristic写数据:


[self.peripheral updateValue:chunk forCharacteristic:self.transferCharacteristic onSubscribedCentrals:@[self.central]];

Central那一端会通过如下回调收到来自Peripheral的数据流:


- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error;

这里值得注意的是二者数据的发送与获取,是以二进制流的方式发送的,是NSData的形式封装的,Peripheral可以持续不停的发送二进制流,所以Central端收到的时候需要自己做协议的解析,根据自定义协议将整个流拆成一个个的业务Packet包。


而Central发送的时候确是封装成了一个个的Request,比如Central端调用如下API发送数据:


[self.discoveredPeripheral writeValue:data forCharacteristic:self.discoveredCharacterstic type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];

Peripheral端会收到如下回调:


- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveWriteRequests:(NSArray<CBATTRequest *> *)requests

数据被封装成了单独的CBATTRequest,直接去Request当中取value就可以获取到Central所发送过来的数据。


已知的坑

我之前测试协议的时候发现一个不大不小的坑,多个Central(比如A和B)端同时一个Peripheral发送数据的时候,Peripheral会收到多个CBATTRequest,奇怪的是每个CBATTRequest当中的Central都会指向最先建立连接的A,结果导致Peripheral端无法判断write请求的数据来自哪一个Central。


简单脑洞

蓝牙不仅仅能应用于穿戴式设备,还能做一些好玩的小众应用或者游戏,其本质是一个小型封闭的局域网,不用经过第三方的Server或者Cloud,很安全。


比如两台iPhone设备之间通过基于蓝牙的IM App进行聊天(距离这么近,为什么不当面聊,黑人问号?)。


比如一些基于蓝牙对战的小游戏。


比如通过蓝牙在iPhone和Macbook之间做数据同步。


对细节代码感兴趣的童鞋可以在公众号回复bt,查看官方的demo。


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