BLE 蓝牙设备 属性特征解析

在 BLE（Bluetooth Low Energy）协议中，每个蓝牙设备的主要属性特征是由 GATT（Generic Attribute Profile） 结构定义的。设备的所有功能和数据都通过 GATT 服务（Service） 和 特征（Characteristic） 进行组织和访问。

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1. BLE 设备的主要属性

BLE 设备的属性主要包括 广播信息（Advertising）、GATT 服务、特征（Characteristic）等。

(1) 广播信息（Advertising Data）

蓝牙设备在未连接时，会通过 广播 发送设备的基本信息，常见的字段包括：

• 设备名称（Device Name）
  • 可选字段，标识设备的可读名称，如 "Mi Band 6"。
• 设备地址（MAC Address）
  • 每个蓝牙设备都有唯一的 MAC 地址，例如 AA:BB:CC:DD:EE:FF（部分设备可能会随机化地址）。
• 信号强度（RSSI - Received Signal Strength Indicator）
  • 代表设备信号的强度，一般为负值（如 -40dBm），数值越接近 0，信号越强。
• 广播UUID（Advertised UUIDs）
  • 设备可以在广播数据中发送 服务 UUID，例如 0x180D（代表心率服务）。
• 制造商数据（Manufacturer Specific Data）
  • 厂商可以自定义数据格式，如 iBeacon 就利用这个字段传输 UUID、Major、Minor 信息。
• Tx Power（发射功率）
  • 设备的信号发射强度，影响通信距离。

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(2) GATT（通用属性协议）

在 BLE 设备建立连接后，所有的通信都通过 GATT（Generic Attribute Profile） 进行。GATT 主要由以下部分组成：

① 服务（Service）

服务是一个逻辑分类，表示设备支持的功能。例如：

• 0x180D（Heart Rate Service，心率服务）
• 0x180A（Device Information Service，设备信息）
• 0x180F（Battery Service，电池信息）

每个 服务 由一个 UUID 标识，可以是 官方标准 UUID（16-bit，如 0x180D） 或 自定义 UUID（128-bit，如 f000aa80-0451-4000-b000-000000000000）。

② 特征（Characteristic）

每个 服务 下面包含多个 特征（Characteristic），它们是 BLE 设备的核心数据单元，例如：

• 0x2A37（心率测量值）
• 0x2A19（电池电量）

每个特征有 唯一的 UUID，通常有 读（Read）、写（Write）、通知（Notify）等权限。

③ 描述符（Descriptor）

描述符用于提供额外信息，例如：

• Client Characteristic Configuration Descriptor (CCCD)
  • UUID: 0x2902
  • 用于启用 通知（Notify） 或 指示（Indicate） 功能。
• Characteristic Presentation Format Descriptor (CPF)
  • UUID: 0x2904
  • 定义数据格式，如 int8、float32 等。

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2. BLE 设备的 GATT 结构示例

假设你在 Android/iOS 上连接了一个 BLE 设备，它的 GATT 结构可能是这样的：

Device: "Mi Band 6" (MAC: AA:BB:CC:DD:EE:FF)
└── Service: Battery Service (0x180F)
    └── Characteristic: Battery Level (0x2A19)  [Read, Notify]
        └── Descriptor: Client Characteristic Configuration (0x2902)

└── Service: Heart Rate Service (0x180D)
    ├── Characteristic: Heart Rate Measurement (0x2A37)  [Notify]
    ├── Characteristic: Body Sensor Location (0x2A38)  [Read]

└── Service: Device Information (0x180A)
    ├── Characteristic: Manufacturer Name (0x2A29)  [Read]
    ├── Characteristic: Model Number (0x2A24)  [Read]

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3. BLE 设备特征（Characteristic）的属性

每个 特征（Characteristic） 具有以下 属性（Properties）：

属性	说明
Read	允许客户端（如手机）读取数据
Write	允许客户端写入数据
Write Without Response	写数据时不需要设备确认（加快速度）
Notify	设备主动向客户端推送数据（不需要应答）
Indicate	设备主动向客户端推送数据（需要应答）
Broadcast	设备可以在广播时包含该特征的数据

示例

• 心率测量（Heart Rate Measurement）
  • UUID: 0x2A37
  • 属性: Notify（心率变化时推送）
• 电池电量（Battery Level）
  • UUID: 0x2A19
  • 属性: Read, Notify（支持读取 & 变化时通知）

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4. 常见 BLE 设备服务 UUID

服务名称	UUID（16-bit）	功能
Heart Rate Service	0x180D	监测心率
Battery Service	0x180F	监测电池状态
Device Information	0x180A	提供设备信息
Alert Notification	0x1811	处理通知/警报
Health Thermometer	0x1809	监测体温
Blood Pressure	0x1810	监测血压
Cycling Speed and Cadence	0x1816	自行车踏频检测

如果设备是自定义服务，它可能使用 128-bit UUID，如：

f000aa80-0451-4000-b000-000000000000

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5. 读取 & 订阅 BLE 设备特征

在 Android 中可以使用 BluetoothGatt 进行 GATT 操作，例如：

// 读取特征数据
bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);

// 订阅通知
bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);

// 设置 CCCD (启用 Notify)
BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb"));
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);

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总结

1. BLE 设备的核心概念：

   • 广播数据（Advertising）：设备名称、UUID、信号强度（RSSI）。
   • GATT 服务（Service）：设备提供的功能分类。
   • 特征（Characteristic）：数据存储单元，可 Read / Write / Notify。
   • 描述符（Descriptor）：为特征提供附加信息，如 CCCD 控制 Notify/Indicate。

2. 不同设备有不同的 GATT 结构，可使用 标准 UUID 或 自定义 UUID。

3. BLE 设备的主要交互方式

   • 读取数据（Read）
   • 写入数据（Write）
   • 订阅通知（Notify / Indicate）

如果你的设备是 Notify 类型（如心率传感器），记得启用 CCCD 订阅通知，否则收不到数据！

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