📚 课程目录第2章 BLE基础概念与Android权限处理

2. BLE 基础概念与 Android 权限处理

本章从 BLE 核心角色与 GATT 协议入手，梳理扫描、连接、服务发现的标准流程，然后聚焦 Android 平台下 BLUETOOTH、BLUETOOTH_ADMIN、ACCESS_FINE_LOCATION 等权限的声明与运行时处理，为后续集成 Hilt 管理 BLE 生命周期打下基础。

2.1 BLE 角色：Central 与 Peripheral

BLE 网络中设备分为两种角色：

Central（中心设备）：发起扫描并主动建立连接的设备，如手机、平板。
Peripheral（外围设备）：广播自身数据、等待被连接的设备，如智能手环、传感器标签。

一个设备可同时兼任两种角色（如 Android 设备作为 GATT Server 时同时可作为 Client），但典型场景下 Android 应用扮演 Central 角色。角色决定了扫描、连接、数据交互的操作方向。

角色	典型设备	行为
Central	手机、平板、PC	扫描广播 → 发起连接 → 发现服务 → 读写特征值
Peripheral	传感器、手环、心率带	广播自身信息 → 响应连接 → 暴露 GATT 服务

2.2 GATT 协议：服务与特征值

GATT（Generic Attribute Profile）定义了 BLE 连接后的数据交换方式。数据以嵌套结构组织：

服务（Service）：一组相关功能的集合，用 UUID 标识。
特征值（Characteristic）：服务内的具体数据点，包含值和属性（读/写/通知）。
描述符（Descriptor）：描述特征值的配置信息（如 CCCD 用于启用通知）。

Android 的 BluetoothGatt API 将外围设备的 GATT 数据暴露为 BluetoothGattService、BluetoothGattCharacteristic、BluetoothGattDescriptor 对象。

2.3 扫描、连接、服务发现流程

典型中央设备交互流程如下：

扫描：通过 BluetoothLeScanner 扫描外围广播包，获取 ScanResult（含设备地址、名称、RSSI）。
连接：使用 BluetoothDevice.connectGatt() 发起连接，返回 BluetoothGatt 实例。
服务发现：调用 BluetoothGatt.discoverServices()，成功后通过回调获取所有服务列表。
特征值操作：读、写或订阅通知。

扫描阶段必须停止后才能发起连接，否则可能导致连接失败或资源泄露。

2.4 Android 权限清单声明

从 Android 6.0（API 23）起，除蓝牙权限外，扫描 BLE 设备还需要位置权限。在 AndroidManifest.xml 中添加：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" android:maxSdkVersion="30" />
<!-- Android 10+ 可选 ACCESS_BACKGROUND_LOCATION 用于后台扫描 -->
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_BACKGROUND_LOCATION" />

从 Android 12（API 31）起，新增 BLUETOOTH_SCAN、BLUETOOTH_CONNECT、BLUETOOTH_ADVERTISE 权限，需视角色声明：

<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_SCAN" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_CONNECT" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADVERTISE" />

2.5 运行时权限请求（示例）

扫描前必须获取用户授权，典型代码片段（Kotlin）：

val permissions = when {
    Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.S -> {
        arrayOf(
            Manifest.permission.BLUETOOTH_SCAN,
            Manifest.permission.BLUETOOTH_CONNECT
        )
    }
    Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.Q -> {
        arrayOf(
            Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION,
            Manifest.permission.ACCESS_BACKGROUND_LOCATION
        )
    }
    else -> {
        arrayOf(Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION)
    }
}

if (permissions.all { ContextCompat.checkSelfPermission(this, it) == PackageManager.PERMISSION_GRANTED }) {
    startBleScan()
} else {
    ActivityResultContracts.RequestMultiplePermissions().launch(permissions)
}

⚠️ 从 Android 12 起，扫描权限与连接权限分离，若只声明 ACCESS_FINE_LOCATION 而不声明 BLUETOOTH_SCAN 会导致扫描失败。必须按 API 级别做条件适配。

2.6 权限与 BLE 操作的关系

操作	所需权限（API 23‑30）	所需权限（API 31+）
BLE 扫描	ACCESS_FINE_LOCATION	BLUETOOTH_SCAN + （+ 若需过滤位置）
建立连接	BLUETOOTH_ADMIN	BLUETOOTH_CONNECT
广播/发布服务	BLUETOOTH_ADMIN	BLUETOOTH_ADVERTISE
读/写特征值	BLUETOOTH	BLUETOOTH_CONNECT

2.7 内联 SVG：BLE 权限与角色关系图

2.8 常见错误与调试验证

扫描无结果：检查 ACCESS_FINE_LOCATION 是否已授权，位置服务是否打开，BLE 外设是否在范围内。
连接立即断开：通常出现在未声明 BLUETOOTH_CONNECT（API 31+）或 GATT 回调未正确处理时。
SecurityException：未在运行时请求 BLUETOOTH_SCAN 或 BLUETOOTH_CONNECT。调试时查看 logcat 关键字 SecurityException。
服务列表为空：调用 discoverServices() 后未等待 onServicesDiscovered 回调，或外围设备未正确暴露服务。

使用 Android 提供的 BluetoothAdapter 的 isEnabled() 方法判断蓝牙是否开启，并在权限请求流程前引导用户开启蓝牙。

2.9 稳定性优化建议

扫描回调使用 ScanSettings 设置合理扫描模式（低功耗 vs 低延迟），避免高功耗导致系统杀进程。
连接时使用 TRANSPORT_LE 明确指定 BLE 传输，避免兼容性问题。
在 onConnectionStateChange 回调中正确处理断线重连逻辑，避免重连风暴。
权限请求回调内使用 shouldShowRequestPermissionRationale 处理用户拒绝后引导。