作者：hongbosun
一、Beacon簡介
Beacon是基於BLE技術實現的物理設備。BLE（全稱Bluetooth Low Energy）是藍牙4.0技術規范的一部分。它起源於Nokia的Wibree技術，但最終被整合進了藍牙。這是一組與傳統藍牙不同的協議，被稱之為BLE低功耗協議。BLE以超低功耗的特點被熟知，具有很大的應用價值。目前在較新的智能終端同時支持傳統藍牙和BLE模式的設備。由於BLE的低功耗特點，Beacon只靠一顆紐扣電池就能運行很長時間。（當然一般情況下這種電池是不可拆卸的，耗盡電量之后就需要更換新的Beacon了。）
二、Beacon工作原理
Beacon的工作原理是怎樣的呢？
官方：Beacon設備使用BLE技術向周圍發送自己“特有的ID”，接收到該ID的應用軟件會根據接收到的ID和信號源產生互動。不同功率的BLE設備的信號范圍在10m~100m不等，當手機進入信號范圍時，能接收到信號源廣播的ID（UUID+Major+Minor）, App通過解析接收到的ID向用戶推送通知或者其它資訊。
“特有的ID”是什么？
先介紹下 BLE發送的信號結構:
在BLE規范下，有兩種類型的信號波，我們分別叫做廣播報文和數據報文（網絡中交換傳輸數據的單元，我們一般稱之為報文）。
數據報文只能被連接中的兩個主、從設備所理解，廣播報文則可以廣播給多個偵聽設備或者只發送給某個特定的設備。廣播報文是間斷性發射信號的，這個時間間隔可以配置。
Beacon使用的就是廣播報文。
圖1 廣播報文
圖2 傳輸實際信息數據格式
在Beacon的廣播報文里，是以iBeacon+UUID+Major+Minor+TX power格式傳輸實際信息數據，如上圖。(UUID+Major+Minor) 組合作為唯一標識來區分beacon，也就是上文所說的“特有ID”的組成。舉個例子，海底撈連鎖部署beacon,那么所有門店將使用同一個UUID，各門店通過不同的Major值區分，店內的beacon如果位置不同則Minor 不同。
Beacon的廣播報文里的TX power字段，用於確定你和beacon之間距離有多近。根據這個值不但可以獲得粗略的信息（比如靠近/遠離/不在范圍內等），也可以獲取精確到米的距離（當然你也可以轉換為以步為單位的距離）。實現方法如下：
TX power（比如為0xC5=197，根據2的補碼測得256-197=-59dBm）是距離設備1米測得的信號強度值（RSSI接收到的信號強弱指標）。假如接收到的信號強度減弱了，那么我們可能在遠離。只要知道1米距離的RSSI，以及當前的RSSI（我們可以從接收到的信號中一塊獲取到這些信息），那么計算出當前的距離是可能的。IOS已經實現了個這個功能，對於其它平台需要自己手動編碼計算。這也解釋了使用Beacon定位功能的原理。
蘋果家的i系列iBeacon正是Beacon的一種，iBeacon只能發送(UUID+Major+Minor)組合類型的廣播報文。
Google推出的Eddystone也是Beacon的一種，不過Eddystone相較iBeacon的優勢在於它是開源並且還支持發送其他組合類型的廣播報文。有更豐富的利用價值。
由於較新智能終端一般都支持BLE模式，所以iPhone/Android/MacBook/其它筆記本/樹莓派等設備都可以轉換成Beacon模擬器。
三、BLE協議棧
協議棧是協議的具體實現形式，通俗的理解為用代碼實現的函數庫，以便於開發人員調用。
Beacon是基於BLE技術實現的物理設備，那么Beacon開發主要是學習BLE開發。而BLE開發的重點就是學習BLE協議棧。整個BLE協議棧以lib庫的形式提供，BLE協議棧中的重點則是與具體藍牙應用相關的GAP和GATT，這兩層直接與應用程序打交道。
BLE協議棧簡單了解，后面重點說一下GAP和GATT（以Android設備與BLE設備交互為例）。
圖3 BLE協議棧
3.1、Physical Layer：任何一個通信系統，首先要確定的就是通信介質，BLE也不例外。在BLE協議中，“通信介質”的定義是由物理層Physical Layer（其它通信協議也類似）負責。
3.2、Link Layer:負責在這些物理介質上收發數據，與此同時，控制物理介質收發相關的參數。可在兩個設備之間建立用於點對點通信的Logical Channel。
3.3、HCI:定義Host和Controller之間的通信協議.
3.4、L2CAP:一個介於應用程序（Profile、Application等）和Link Layer之間的協議。可以將Logical Channel換分為一個個的L2CAP Channel，以便提供應用程序級別的通道復用。
3.5、ATT
3.5.1、了解ATT前先了解下物聯網
物聯網中傳輸的數據和傳統的互聯網有什么區別呢？拋開其它不談，物聯網中最重要、最廣泛的一類應用是：信息的采集。
這些信息往往都很簡單，如溫度、濕度、速度、位置信息、電量、水壓、等等。
3.5.2、ATT協議將這些“信息”以“Attribute”的形式抽象出來，並提供一些方法，供遠端設備讀取、修改這些屬性的值（Attribute value）。
3.6、GAP：GAP定義了藍牙設備如何發現和建立與其他設備的安全或不安全的連接，其中具體包括：設備發現，創建連接，終止連接，安全結構的初始化和設備連接參數配置等。
圖4 android中BLE設備的連接流程
在Android中對BLE設備操作實際上是對BluetoothGatt的操作，所以我們首先要想辦法獲取到BluetoothGatt。
如圖經歷以下步驟獲取到BluetoothGatt。
掃描設備->建立連接
通過BluetoothManager的getAdapter()方法獲得BluetoothAdapter，然后再通過BluetoothAdapter的startSacn( LeScanCallback)的方法開始掃描設備。我們還需要實現LeScanCallback的回調方法。
在其回調方法中會有這樣一個函數，onLeScan(BluetoothDevice, rssi, byte[])。當中的bluetoothDevice就是我們掃描的設備；rssi是int類型，代表設備的信號強度，是負的，數值越大代表信號強度越大；byte[]這個byte數組就是設備廣播的相關數據。
3.7、GATT是一個在藍牙連接之上的發送和接收數據的通用規范。
圖5 GATT(Generic Attribute Profile)
GATT是一個profile（更准確的說是profile framework）。
“Profile”是基於GATT所派生出的真正的Profile，位於GATT Profile hierarchy的最頂層，由一個或者多個和某一應用場景有關的Service組成。
一個Service包含一個或者多個Characteristic（特征），也可以通過Include的方式，包含其它Service。
Characteristic則是GATT profile中最基本的數據單位，由一個Properties、一個Value、一個或者多個Descriptor組成。
Characteristic Properties定義了characteristic的Value如何被使用，以及characteristic的Descriptor如何被訪問。
Characteristic Value是特征的實際值，例如一個溫度特征，其Characteristic Value就是溫度值就。
Characteristic Descriptor則保存了一些和Characteristic Value相關的信息（比較抽象，后續文章會根據實例做進一步的理解）。
以上除“Profile”外的每一個定義，Service、Characteristic、Characteristic Properties、Characteristic Value、Characteristic Descriptor等等，都是作為一個Attribute存在的。
四、總結
Beacon作為一種新型的位置感知技術，前景巨大。我們期盼着新技術未來的發展。
最后，分享一個 個人覺得較好的文章：微信搖一搖和Beacon http://www.jianshu.com/p/df31b81280ad
參考鏈接：
https://developers.google.com/beacons/
https://github.com/Estimote/Android-SDK
https://github.com/AltBeacon/android-beacon-library
http://estimote.github.io/Android-SDK/JavaDocs/com/estimote/sdk/eddystone/Eddystone.html
http://www.seekcy.com/wd5.html
http://www.tuicool.com/articles/JJbMZf
http://www.voidcn.com/blog/cwcwj3069/article/p-5775010.html
http://blog.csdn.net/zzfenglin/article/details/51706290
http://www.cnblogs.com/tracy-e/p/3495227.html
http://www.prnasia.com/story/147109-1.shtml
http://www.jianshu.com/p/13e55d2517b5
http://bupojung.github.io/blog/2015/12/04/ibeaconyuan-li-he-ying-yong/
https://www.zhihu.com/question/37290469