如何在iOS 7.1中在前台和后台使用蓝牙LE检测附近的设备？

Question

我有一个应用程序需要检测附近（蓝牙LE范围内）运行相同应用程序和iOS 7.1的设备。我考虑了两种检测方法：

1. 让设备作为iBeacon并检测范围内的iBeacon
2. 使用CoreBluetooth（如Vicinity实现here）创建BLE外设，广告并扫描外设

选项1似乎不可行，因为：

• 当应用程序在后台运行时，iOS可能需要至少15分钟才能检测到进入信标区域（iOS 7.1）

选项2似乎是可行的，但是实施上存在一些困难：

• iOS似乎会在广告包中的一段时间后（大约15分钟？）更改外设UUID。这意味着无法直接从广告广播信号中识别广告设备。

关于此，我有以下问题：

• 是否有其他实现附近设备检测的方法我没有考虑过？
• 是否可以通过广告（或其他方式）识别设备，使选项2可行？

- Markus Rautopuro

Answer 1

我找到了一种方法让 Core Bluetooth（选项 2）能够正常工作，大致过程如下：

• 应用程序使用编码的设备唯一标识符在 CBAdvertisementDataLocalNameKey 中进行自我广告（当广播应用程序在前台运行时），并通过 Bluetooth LE 服务提供设备唯一标识符的特征（当广播应用程序在后台运行时）。
• 同时，应用程序会扫描具有相同服务的其他外设。

广告的工作方式如下：

• 为了使其他设备能够识别此设备，我使用每个设备的唯一 UUID（我正在使用 Urban Airship 的 [UAUtils deviceID]，因为它是程序中其他部分的设备标识符，但您也可以使用任何唯一的 ID 实现）。

• 当应用程序在前台运行时，我可以通过使用 CBAdvertisementDataLocalNameKey 直接在广告包中传递设备唯一 ID。标准 UUID 表示过长，因此我使用缩短形式的 UUID，如下所示：

+ (NSString *)shortenedDeviceID
{
    NSString *deviceID = [UAUtils deviceID];

    NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:deviceID];
    uuid_t uuidBytes;
    [uuid getUUIDBytes:uuidBytes];

    NSData *data = [NSData dataWithBytes:uuidBytes length:16];
    NSString *base64 = [data base64EncodedStringWithOptions:0];
    NSString *encoded = [[[base64
                           stringByReplacingOccurrencesOfString:@"/" withString:@"_"]
                          stringByReplacingOccurrencesOfString:@"+" withString:@"-"]
                         stringByReplacingOccurrencesOfString:@"=" withString:@""];
    return encoded;
}

当应用程序在后台运行时，广告数据包会被剥离，CBAdvertisementDataLocalNameKey 不再传递。因此，应用程序需要发布一个提供唯一设备标识符的 特征值 ：

当应用程序在后台运行时，广告数据包会被剥离，CBAdvertisementDataLocalNameKey不再传递。因此，应用程序需要发布一个提供唯一设备标识符的特征值：

- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral
{
    if (peripheral.state == CBPeripheralManagerStatePoweredOn) {
        [self startAdvertising];

        if (peripheralManager) {
            CBUUID *serviceUUID = [CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_SERVICE_UUID];
            CBUUID *characteristicUUID = [CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_CHARACTERISTIC_UUID];
            CBMutableCharacteristic *characteristic =
            [[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType:characteristicUUID
                                               properties:CBCharacteristicPropertyRead
                                                    value:[[MyUtils shortenedDeviceID] dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]
                                              permissions:CBAttributePermissionsReadable];
            CBMutableService *service = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceUUID primary:YES];
            service.characteristics = @[characteristic];
            [peripheralManager addService:service];
        }
    }
}

扫描的工作流程如下：

• 你需要按照以下方式扫描带有特定服务UUID的外围设备（注意，你需要指定服务UUID，否则后台扫描将无法找到设备）：

[self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:@[[CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_SERVICE_UUID]]
    options:scanOptions];

当设备被发现时，在- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI中，你需要检查advertisementData[CBAdvertisementDataLocalNameKey]是否存在，并尝试将其转换回UUID格式，如下所示：

+ (NSString *)deviceIDfromShortenedDeviceID:(NSString *)shortenedDeviceID
{
    if (!shortenedDeviceID)
        return nil;
    NSString *decoded = [[[shortenedDeviceID
                           stringByReplacingOccurrencesOfString:@"_" withString:@"/"]
                          stringByReplacingOccurrencesOfString:@"-" withString:@"+"]
                         stringByAppendingString:@"=="];

    NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:decoded options:0];
    if (!data)
        return nil;

    NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDBytes:[data bytes]];

    return uuid.UUIDString;
}

如果转换失败，则说明广播设备在后台运行，您需要连接到设备以读取提供唯一标识符的特征。为此，您需要使用 [self.central connectPeripheral:peripheral options:nil];（同时设置 peripheral.delegate = self; 并实现如下委托方法链：）

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    [peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_SERVICE_UUID]]];
}

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
    if (!error) {
        for (CBService *service in peripheral.services) {
            if ([service.UUID.UUIDString isEqualToString:DEVICE_IDENTIFIER_SERVICE_UUID]) {
                NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);
                [peripheral discoverCharacteristics:@[[CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_CHARACTERISTIC_UUID]] forService:service];
            }
        }
    }
}

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{
    if (!error) {
        for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
            if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:DEVICE_IDENTIFIER_CHARACTERISTIC_UUID]]) {
                [peripheral readValueForCharacteristic:characteristic];
            }
        }
    }
}

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
{
    if (!error) {
        NSString *shortenedDeviceID = [[NSString alloc] initWithData:characteristic.value encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSString *deviceId = [MyUtils deviceIDfromShortenedDeviceID:shortenedDeviceID];
        NSLog(@"Got device id: %@", deviceId);
    }
}

- Markus Rautopuro

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这篇文章非常有帮助，谢谢！需要注意的是，在 didDiscoverPeripheral 中，如果被发现的外设在后台运行，可以使用 CBAdvertisementDataOverflowServiceUUIDsKey 而不是 CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey 在 advertisementData 中找到服务 UUID。 - Tron5000

在使用connectPeripheral连接之前，您需要保留对要连接的外设的引用。其次，请注意，在连接之前，您需要保证该外设已经处于可连接状态。 - Tron5000

我发现当应用在前台时，“LocalName”键的长度可靠地为8个字符。我发现传输的长度也会有所变化 - 可能是因为设备上其他BLE应用程序的原因。不要指望它超过8个字符，当然，在后台中也不可用。 - vaughan

有人能确认这段代码在最新的iOS上仍然可用吗？我一直在尝试让扫描和广告同时工作。谢谢。 - xeo

我在iOS 12+上做了完全相同的事情。可悲的是，在后台一段时间后，即使我尝试连接到外设，我也没有在didDiscoverServices委托中看到服务。@MarkusRautopuro，您是否已经测试过此代码，以便在设备处于后台且其服务在几分钟后可被发现时进行发现？ - Andreas Papageorgiou