ios - OSX 蓝牙 LE 外设传输速率很慢

Question

背景资料：

我已经为 OSX 实现了一个蓝牙 LE 外设，它公开了两个特性（使用 CoreBluetooth）。一个是可读的，一个是可写的（都带有指示）。我在 iOS 上实现了一个蓝牙 LE Central，它将读取可读特性并写入可写特性。我已对其进行设置，以便每次读取特征值时都会更新该值（以类似于此示例的方式）。我通过这种设置获得的传输速率非常慢（以大约 340字节/秒的测量持续速度达到顶峰）。这个速度是实际数据，而不是包括数据包详细信息、ACK 等在内的衡量标准。

问题：

这种持续的速度太慢了。我考虑了两种解决方案：

CoreBluetooth 中有一些我错过的参数可以帮助我提高速度。
我需要使用 IOBluetooth 类而不是 CoreBluetooth 来实现自定义蓝牙 LE 服务。

我相信，我已经用尽了选项 1。我没有看到任何其他可以调整的参数。我被限制为每条消息发送 20 个字节。其他任何事情，我都会在 iOS 设备上收到关于未知错误、不太可能的错误或值为“不长”的神秘错误。由于演示项目还指示 20 字节 MTU，我会接受这可能是不可能的。

所以我只剩下选项 2。我正在尝试以某种方式修改 OSX 上蓝牙 LE 的连接参数，希望能够提高传输速度（通过将最小和最大连接间隔分别设置为 20 毫秒和 40 毫秒 - 如以及每个连接间隔发送多个 BT 数据包）。看起来在 IOBluetooth 上提供我自己的 SDP 服务是在 OSX 上实现这一目标的唯一方法。问题在于如何做到这一点的文档可以忽略不计甚至不存在。

这告诉我如何实现我自己的服务（尽管使用不推荐使用的 API），但是，它没有解释注册 SDP 服务所需的参数。所以我想知道：

我在哪里可以找到这本词典所需的参数？
如何定义这些参数以提供蓝牙 LE 服务？
有没有其他方法可以通过另一个框架在 OSX 上提供蓝牙 LE 外设（Python 库？虚拟机中的 Linux 可以访问蓝牙堆栈？我想完全避免这种情况。）

score 6 · Accepted Answer

我决定我最好的做法是尝试在 VM 中使用 Linux，因为有更多可用的文档，并且访问源代码有望保证我能找到解决方案。对于同样面临此问题的任何人，以下是如何在 OS X 上发出连接参数更新请求（有点）。

步骤1

安装 Linux 虚拟机。我将 Virtual Box 与 Linux Mint 15（64 位 Cinnamon）一起使用。

第2步

允许在您的 VM 中使用 OS X 蓝牙设备。尝试将蓝牙 USB 控制器转发到您的 VM 将给出错误消息。为此，您需要停止使用控制器的所有内容。在我的机器上，这包括从命令行发出以下命令：

sudo launchctl unload /System/Library/LaunchDaemons/com.apple.blued.plist

这将杀死 OS X 蓝牙守护进程。尝试从活动监视器中杀死 blued 只会导致它自动重新启动。

sudo kextunload -b com.apple.iokit.BroadcomBluetoothHostControllerUSBTransport

在我的 MacBook 上，我有一个 Broadcom 控制器，这是 OS X 用于它的内核模块。不要担心发出这些命令。要撤消更改，您可以关闭并重新启动机器（注意，在某些情况下，当使用 BT 控制器并进入错误状态时，我实际上必须让机器关闭大约 10 秒钟，然后重新启动以清除易失性存储器）。

如果运行这两个命令后仍然无法挂载蓝牙控制器，您可以运行kextstat | grep Bluetooth并查看其他与蓝牙相关的内核模块，然后尝试卸载它们。我有一些不需要卸载的名为 IOBluetoothFamily 和 IOBluetoothSerialManager。

第 3 步

启动您的 VM 并获取您的 Linux BT 堆栈。我从这里查看了 bluez Git repo 。我特别抓住了 5.14 发布标签，git checkout tags/5.14只是为了确保它至少是一个带标签的版本并且不太可能被破坏。5.14 是撰写此答案时的最新标签。

第4步

构建蓝兹。这是使用引导程序完成的，然后是配置，然后是 make 和 make install。我--prefix=/opt/bluez在配置上使用了标志来防止覆盖安装蓝牙堆栈。--enable-maintainer-mode此外，出于下一步中所述的原因，我使用了配置标志。您可能还需要使用--disable-systemd它来配置它。Bluez 有很多工具和实用程序，可用于各种用途。为了使用内置的蓝牙守护进程，您需要使用 . 停止系统守护进程sudo service bluetooth stop。然后，您可以使用sudo /opt/bluez/libexec/bluetooth/bluetoothd -n -d（这在非守护程序模式下启动并带有调试输出）启动构建的。

第 5 步

通过 bluez 运行您的 LE 服务。您可以查看bluez/plugins/gatt-example.c如何执行此操作。我直接修改了这一点，删除了不必要的代码，并使用电池服务代码作为我自己的服务和特性的模板。您需要重新编译 bluez 以将此代码添加到蓝牙守护程序。需要注意的一件事（导致我一两天的麻烦）是 iOS 缓存了 GATT 服务列表，并且在每个连接上都不会读取/刷新。如果您添加服务或特性或更改 UUID，您需要在 iOS 设备上禁用蓝牙，然后重新启用它。这在 Apples 文档中没有记录，并且没有编程方式来做到这一点。

第 6 步

不幸的是，这就是事情变得棘手的地方。Bluez 不支持使用其任何实用程序发出连接参数更新请求。我不得不自己写。我目前正在查看他们是否希望我的代码包含在 bluez 堆栈中。我目前无法发布代码，因为我需要先看看 bluez 开发人员是否对代码感兴趣，然后获得我工作场所的批准才能提供代码。但是，我目前可以解释我为启用支持所做的工作。

第 7 步

为蓝牙标准做好准备。任何 4.0 或更高版本都将包含您需要的详细信息。阅读以下部分。

见卷。2，E 部分，4.1 主机到控制器 HCI 流程。
见卷。2，E 部分，5.4.2 用于 HCI ACL 数据包格式。
见卷。3，A部分，4为信令包格式。
见卷。3，A 部分，4.20 用于连接参数更新请求格式。

您基本上需要编写代码来格式化数据包，然后将它们写入 hci 设备。HCI ACL 数据包标头将包含 4 个字节。接下来是 4 个字节，用于信令命令的长度和通道 ID。然后是您的信号有效负载，在我的情况下为 12 个字节（用于连接参数更新请求）。

然后，您可以将它们写入类似于hci_send_cmdin的设备bluez/lib/hci.c。我将每个数据包标头作为它自己的结构进行处理，并将它们分别作为iovecs 写入设备。我将新函数放在 hci.c 文件中，并在 .c 文件中使用函数原型公开它bluez/lib/hci_lib.h。然后我进行了修改bluez/tools/hcitool.c以允许我从命令行调用此方法。就我而言，我这样做是为了使该命令与 lecup 命令几乎相同，因为它需要相同的参数（不能使用 lecup，因为它应该在主端调用，而不是从属端）。

重新编译所有这些，然后，瞧，我可以在 hcitool 上使用我的新命令将参数发送到蓝牙控制器。发送我的命令后，它会按预期与 iOS 设备重新协商。

注释

这个过程不适合胆小的人。希望将此或其他设置连接参数的方法添加到 bluez 以简化此过程。理想情况下，Apple 将允许在某个时候通过 CoreBluetooth 或 IOBluetooth 来实现这一点（这可能是可能的，但没有文档记录/很难做到，我放弃了 Apple 库）。我已经走过了兔子洞，了解了更多关于蓝牙规范的知识，然后我认为我必须简单地更改 MacBook 和 iPhone 之间的连接参数。希望这会在某些时候对某人有所帮助（即使是我回头检查我是如何做到的）。

我知道我在此省略了很多细节，以使其保持简短（即在 bluez 工具上的用法）。如果有不清楚的地方，请发表评论。

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如果您使用 CoreBluetooth 实现外围设备，您可以通过调用-[CBPeripheralManager setDesiredConnectionLatency:forCentral:]Low、Medium 或 High（其中低延迟意味着更高的带宽）来请求一些自定义的连接参数。文档没有具体说明这是什么意思，所以我们必须自己测试一下。

在 OSX 外围设备上，当您将所需的延迟设置为低时，间隔仍然是 22.5 毫秒，这与 7.5 毫秒的最小值相差甚远。

在 OSX Yosemite 10.10.4 上，这就是 CBPeripheralManagerConnectionLatency 值的含义：
- 低：最小间隔：18 (22.5ms)，最大间隔：18 (22.5ms)，从属延迟：4 个事件，超时：200 (2s)。
- 中：最小间隔：32 (40ms)，最大间隔：32 (40ms)，从属延迟：6 个事件，超时：200 (2s)
- 高：最小间隔：160 (200ms)，最大间隔：160 (200ms)，从属延迟：2 个事件，超时：300 (3s)

这是我用来在 OSX 上运行 CBPeripheralManager 的代码。我使用BLE Explorer将 Android 设备用作中央设备，并将蓝牙流量转储到 Btsnoop 文件。

// clang main.m -framework Foundation -framework IOBluetooth
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <IOBluetooth/IOBluetooth.h>

@interface MyPeripheralManagerDelegate: NSObject<CBPeripheralManagerDelegate>
@property (nonatomic, assign) CBPeripheralManager* peripheralManager;
@property (nonatomic) CBPeripheralManagerConnectionLatency nextLatency;
@end
@implementation MyPeripheralManagerDelegate
+ (NSString*)stringFromCBPeripheralManagerState:(CBPeripheralManagerState)state {
    switch (state) {
        case CBPeripheralManagerStatePoweredOff: return @"PoweredOff";
        case CBPeripheralManagerStatePoweredOn: return @"PoweredOn";
        case CBPeripheralManagerStateResetting: return @"Resetting";
        case CBPeripheralManagerStateUnauthorized: return @"Unauthorized";
        case CBPeripheralManagerStateUnknown: return @"Unknown";
        case CBPeripheralManagerStateUnsupported: return @"Unsupported";
    }
}
+ (CBUUID*)LatencyCharacteristicUuid {
    return [CBUUID UUIDWithString:@"B81672D5-396B-4803-82C2-029D34319015"];
}
- (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral {
    NSLog(@"CBPeripheralManager entered state %@", [MyPeripheralManagerDelegate stringFromCBPeripheralManagerState:peripheral.state]);
    if (peripheral.state == CBPeripheralManagerStatePoweredOn) {
        NSDictionary* dict = @{CBAdvertisementDataLocalNameKey: @"ConnLatencyTest"};
        // Generated with uuidgen
        CBUUID *serviceUuid = [CBUUID UUIDWithString:@"7AE48DEE-2597-4B4D-904E-A3E8C7735738"];
        CBMutableService* service = [[CBMutableService alloc] initWithType:serviceUuid primary:TRUE];
        // value:nil makes it a dynamic-valued characteristic
        CBMutableCharacteristic* latencyCharacteristic = [[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType:MyPeripheralManagerDelegate.LatencyCharacteristicUuid properties:CBCharacteristicPropertyRead value:nil permissions:CBAttributePermissionsReadable];
        service.characteristics = @[latencyCharacteristic];
        [self.peripheralManager addService:service];
        [self.peripheralManager startAdvertising:dict];
        NSLog(@"startAdvertising. isAdvertising: %d", self.peripheralManager.isAdvertising);
    }
}
- (void)peripheralManagerDidStartAdvertising:(CBPeripheralManager *)peripheral
                                       error:(NSError *)error {

    if (error) {
        NSLog(@"Error advertising: %@", [error localizedDescription]);
    }
    NSLog(@"peripheralManagerDidStartAdvertising %d", self.peripheralManager.isAdvertising);

}
+ (CBPeripheralManagerConnectionLatency) nextLatencyAfter:(CBPeripheralManagerConnectionLatency)latency {
    switch (latency) {
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyLow: return CBPeripheralManagerConnectionLatencyMedium;
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyMedium: return CBPeripheralManagerConnectionLatencyHigh;
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyHigh: return CBPeripheralManagerConnectionLatencyLow;
    }
}
+ (NSString*)describeLatency:(CBPeripheralManagerConnectionLatency)latency {
    switch (latency) {
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyLow: return @"Low";
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyMedium: return @"Medium";
        case CBPeripheralManagerConnectionLatencyHigh: return @"High";
    }
}
- (void)peripheralManager:(CBPeripheralManager *)peripheral didReceiveReadRequest:(CBATTRequest *)request {
    if ([request.characteristic.UUID isEqualTo:MyPeripheralManagerDelegate.LatencyCharacteristicUuid]) {
        [self.peripheralManager setDesiredConnectionLatency:self.nextLatency forCentral:request.central];
        NSString* description = [MyPeripheralManagerDelegate describeLatency: self.nextLatency];
        request.value = [description dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
        [self.peripheralManager respondToRequest:request withResult:CBATTErrorSuccess];
        NSLog(@"didReceiveReadRequest:latencyCharacteristic. Responding with %@", description);
        self.nextLatency = [MyPeripheralManagerDelegate nextLatencyAfter:self.nextLatency];
    } else {
        NSLog(@"didReceiveReadRequest: (unknown) %@", request);
    }
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        MyPeripheralManagerDelegate *peripheralManagerDelegate = [[MyPeripheralManagerDelegate alloc] init];
        CBPeripheralManager* peripheralManager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:peripheralManagerDelegate queue:nil];
        peripheralManagerDelegate.peripheralManager = peripheralManager;
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    }
    return 0;
}

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