Android Bluetooth Low Energy (BLE) — готовим правильно, часть #1

В последний год я разрабатывал Bluetooth Low Energy (BLE) приложения под iOS и это оказалось довольно простым. Далее было портирование их на Android… насколько это могло быть сложным?

Могу точно сказать – это было сложней, чем представлял, мне пришлось приложить немало усилий для стабильной работы под Android. Я изучил много статей в свободном доступе, некоторые оказались ошибочными, многие были очень полезными и помогли в деле. В этой серии статей я хочу описать свои выводы, чтобы вы не тратили уйму времени на поиски как я.

Особенности работы BLE под Android

Google документация по BLE очень общая, в некоторых случаях нет важной информации или она устарела, примеры приложений не показывают, как правильно использовать BLE. Я обнаружил лишь несколько источников, как правильно сделать BLE. Презентация Stuart Kent дает замечательный материал для старта. Для некоторых продвинутых тем есть хорошая статья Nordic.
Android BLE API это низкоуровневые операции, в реальных приложениях нужно использовать несколько слоев абстракции (как например сделано «из коробки» в iOS-CoreBluetooth). Обычно нужно самостоятельно сделать: очередь команд, bonding, обслуживание соединений, обработка ошибок и багов, мультипоточный доступ . Самые известные библиотеки: SweetBlue, RxAndroidBle и Nordic. На мой взгляд самая легкая для изучения - Nordic, см. детали тут.
Производители делают изменения в Android BLE стеке или полностью заменяют на свою реализацию. И надо учитывать разницу поведения для разных устройств в приложении. То что прекрасно работает на одном телефоне, может не работать на других! В целом не все так плохо, например реализация Samsung сделана лучше собственной реализации от Google!
В Android есть несколько известных (и неизвестных) багов которые должны быть обработаны, особенно в версиях 4,5 и 6. Более поздние версии работают намного лучше, но тоже имеют определенные проблемы, такие как случайные сбои соединения с ошибкой 133. Подробнее об этом ниже.

Не претендую на то, что я решил все проблемы, но мне удалось выйти на «приемлемый» уровень. Начнем со сканирования.

Сканирование устройств

Перед подключением к устройству вам нужно его просканировать. Это делается при помощи класса BluetoothLeScanner:

BluetoothAdapter adapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
BluetoothLeScanner scanner = adapter.getBluetoothLeScanner();

if (scanner != null) {
    scanner.startScan(filters, scanSettings, scanCallback);
    Log.d(TAG, "scan started");
}  else {
    Log.e(TAG, "could not get scanner object");
}

Сканер пытается найти устройства в соответствии с настройками filters и scanSettings, при обнаружении устройства вызывается scanCallback:

private final ScanCallback scanCallback = new ScanCallback() {
    @Override
    public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
        BluetoothDevice device = result.getDevice();
        // ...do whatever you want with this found device
    }

    @Override
    public void onBatchScanResults(List<ScanResult> results) {
        // Ignore for now
    }

    @Override
    public void onScanFailed(int errorCode) {
        // Ignore for now
    }
};

В результате сканирования мы получаем экземпляр ScanResult , в котором есть объект BluetoothDevice, его используют для подключения к устройству. Но прежде чем начать подключаться, поговорим о сканировании подробнее, ScanResult содержит несколько полезных сведений об устройстве:

Помним про жизненный цикл Activity, onScanResult может вызываться многократно для одних и тех же устройств, при пересоздании Activity сканирование может запускаться повторно, вызываю лавину вызовов onScanResult.

Настраиваем фильтр для сканирования

Вообще можно передать null вместо фильтров и получить все ближайшие устройства, иногда это полезно, но чаще требуются устройства с определенным именем или набором UUID сервисов.

Сканирование устройств по UUID сервиса

Используется если вам необходимо найти устройства определенной категории, например мониторы артериального давления со стандартным сервисным UUID: 1810. При сканировании устройство может содержать в Advertisement data UUID сервис, который характеризует это устройство. На самом деле эти данные ненадежные, фактически сервисы могут не поддерживаться, или подделываться Advertisement data данные, в общем тут есть творческий момент.

Прим. переводчика: одно из моих устройств со специфичной прошивкой, вообще не содержало список UUID сервисов в Advertisement data, хотя все остальные прошивки этого устройства работали ожидаемо.

Пример сканирования службы с артериальным давлением:

UUID BLP_SERVICE_UUID = UUID.fromString("00001810-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
UUID[] serviceUUIDs = new UUID[]{BLP_SERVICE_UUID};
List<ScanFilter> filters = null;
if(serviceUUIDs != null) {
    filters = new ArrayList<>();
    for (UUID serviceUUID : serviceUUIDs) {
        ScanFilter filter = new ScanFilter.Builder()
                .setServiceUuid(new ParcelUuid(serviceUUID))
                .build();
        filters.add(filter);
    }
}
scanner.startScan(filters, scanSettings, scanCallback);

Обратите внимание на короткий UUID (например 1810), он называется 16-bit UUID и является частью длинного 128-bit UUID (в данном случае 00001810-000000-1000-8000-000-00805f9b34fb). Короткий UUID это BASE_PART длинного UUID, см. спецификацию здесь.

Сканирование устройств по имени

Поиск устройств использует точное совпадение имени устройства, обычно это применяется в двух случаях:

String[] names = new String[]{"Polar H7 391BB014"};
List<ScanFilter> filters = null;
if(names != null) {
    filters = new ArrayList<>();
    for (String name : names) {
        ScanFilter filter = new ScanFilter.Builder()
                .setDeviceName(name)
                .build();
        filters.add(filter);
    }
}
scanner.startScan(filters, scanSettings, scanCallback);

Сканирование устройств по MAC-адресам.

Обычно применяется для переподключения к уже известным устройствам. Обычно мы не знаем MAC-адрес девайса, если не сканировали его раньше, иногда адрес печатается на коробке или на корпусе самого устройства, особенно это касается медицинских приборов. Существует другой способ повторного подключения, но в некоторых случаях придется еще раз сканировать устройство, например при очистке кеша Bluetooth.

String[] peripheralAddresses = new String[]{"01:0A:5C:7D:D0:1A"};
// Build filters list
List<ScanFilter> filters = null;
if (peripheralAddresses != null) {
    filters = new ArrayList<>();
    for (String address : peripheralAddresses) {
        ScanFilter filter = new ScanFilter.Builder()
                .setDeviceAddress(address)
                .build();
        filters.add(filter);
    }
}
scanner.startScan(filters, scanSettings, scanByServiceUUIDCallback);

Вероятно вы уже поняли, что можно комбинировать в фильтре UUID, имя и MAC-адрес устройства. Выглядит неплохо, но на практике я не применял такое. Хотя может быть вам это пригодится.

Настройка ScanSettings

ScanSettings объясняют Android как сканировать устройства. Там есть ряд настроек, которые можно задать, ниже полный пример:

ScanSettings scanSettings = new ScanSettings.Builder()
        .setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_POWER)
        .setCallbackType(ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES)
        .setMatchMode(ScanSettings.MATCH_MODE_AGGRESSIVE)
        .setNumOfMatches(ScanSettings.MATCH_NUM_ONE_ADVERTISEMENT)
        .setReportDelay(0L)
        .build();

// Get device object for a mac address
BluetoothDevice device = bluetoothAdapter.getRemoteDevice(peripheralAddress)
// Check if the peripheral is cached or not
int deviceType = device.getType();
if(deviceType == BluetoothDevice.DEVICE_TYPE_UNKNOWN) {
    // The peripheral is not cached
} else {
    // The peripheral is cached
}

Это важный момент, если нужно подключиться к устройству позже, не сканируя его. Подробнее об этом позже.

Непрерывное сканирование?

Вообще хорошая практика – избегать непрерывного сканирования потому что, это очень энергоемкая операция, а пользователи любят, когда батарея их смартфона работает долго. Если вам действительно нужно постоянное сканирование, например при поиске BLE-маячков, выберите настройки сканирования с низким потреблением и ограничивайте время сканирования, например когда приложение находится только на переднем плане (foreground), либо сканируйте с перерывами.

Плохая новость в том, что Google в последнее время ограничивает (неофициально) непрерывное сканирование:

Непрерывное сканирование в фоне

Google значительно усложнил сканирование на переднем плане. Для фонового режима вы столкнетесь с еще большими трудностями! Новые версии Android имеют лимиты на работу служб в фоновом режиме, обычно после 10 минут работы, фоновый сервис прекращает свою работу принудительно. Посмотрите возможные решения этой проблемы:

Проверка разрешений (permissions)

Есть еще несколько важных моментов, прежде чем мы закончим статью. Для начала сканирования нужны системные разрешения (permissions):

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />

Убедитесь, что все разрешения одобрены, или запросите их у пользователя. Разрешение ACCESS_COARSE_LOCATION Google считает «опасным» и для него требуется обязательное согласие пользователя.

private boolean hasPermissions() {
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M) {
        if (getApplicationContext().checkSelfPermission(Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
            requestPermissions(new String[] { Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION }, ACCESS_COARSE_LOCATION_REQUEST);
            return false;
        }
    }
    return true;
}

Прим. переводчика, в моем проекте для корректной работы с BLE потребовалось еще 2 разрешения: ACCESS_FINE_LOCATION (для API<23) и ACCESS_BACKGROUND_LOCATION обсуждение на Stackoverflow.

В итоге полный список разрешений включая версию Android10:

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_BACKGROUND_LOCATION" />

После получения всех нужный разрешений, нужно проверить включен Bluetooth, если нет - используйте Intent для запуска запроса на включение:

BluetoothAdapter bluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
if (!bluetoothAdapter.isEnabled()) {
    Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
    startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}

Заключение

Мы научились запускать сканирование BLE устройств с учетом жизненного цикла Activity (Fragment / Service), использовать фильтры и различные настройки сканирования, также узнали все нужные разрешения (permissions) для удачного запуска сканирования и особенности работы Android-Bluetooth кеша. В следующей статье мы погрузимся глубже в процесс подключения и отключения к устройствам.

Спасибо!

Источник: https://habr.com/ru/post/536392/

Вернуться к списку

Интересные статьи

Инкрементальный бэкап VDS с сайтом на 1С-Битрикс в Яндекс.Облако

Мне было необходимо делать 2 раза в сутки бэкап сайта на «1С-Битрикс: Управление сайтом» (файлов и базы mysql) и хранить историю изменений за 90 дней. Сайт расположен на VDS под уп...

Как IT гиганты помогают образованию? Часть 1: Google

На старости лет, в свои 33 года, решил я пойти в магистратуру по компьютерным наукам. Первую свою вышку я закончил ещё в 2008 и совсем не в сфере ИТ, много воды с тех пор утекло. Как ...

Android insets: разбираемся со страхами и готовимся к Android Q

Android Q — это десятая версия Android с 29-м уровнем API. Одна из главных идей новой версии это концепция edge-to-edge, когда приложения занимают весь экран, от нижней рамки до верхней. Это знач...

Android для радиоинженера (и не только)

С того самого момента, когда я приобрел свой первый смартфон, работающий под ОС Android, я искал приложения под эту ОС, которые бы помогли мне делать несложные рабочие расчеты «на ладошке». Об од...

Осторожный переезд в Нидерланды с женой и ипотекой. Часть 2: подготовка документов и переезд

Итак, за примерно год (май 2017 — февраль 2018) я, программист C++, нашел-таки работу в Европе. Я десятки раз откликался на вакансии в Англии, Ирландии, Швеции, Нидерландах и даже в Португалии. Я...