HarmonyOS Next智能家居数据同步与管理方案：基于WLAN和BLE的多设备连接 原创

本文旨在深入探讨华为鸿蒙HarmonyOS Next系统（截止目前API12）的技术细节，基于实际开发实践进行总结。主要作为技术分享与交流载体，难免错漏，欢迎各位同仁提出宝贵意见和问题，以便共同进步。本文为原创内容，任何形式的转载必须注明出处及原作者。

一、场景描述

在智能家居的美好愿景中，各种智能设备协同工作，为用户提供便捷、舒适的生活体验。想象一下，下班回家时，智能门锁自动识别并打开，同时客厅的灯光亮起，空调调整到适宜的温度。这一切的实现都依赖于高效的数据同步和管理，而HarmonyOS Next借助WLAN和BLE技术构建的短距通信网络，让智能灯、门锁、温控器等设备的互联互通成为现实。

二、架构设计

1. WLAN STA模式构建基础网络
   • 智能家居设备均采用WLAN STA模式，连接到家庭Wi-Fi网络。这就像为设备们搭建了一条信息高速公路，使得设备之间能够进行稳定、高速的数据传输。例如，智能电视可以通过Wi-Fi从网络获取海量影视资源，智能音箱也能通过Wi-Fi播放在线音乐。
2. BLE优化低功耗设备状态更新
   • 对于温控传感器等需要实时更新状态且对功耗要求较高的设备，BLE低功耗模块发挥着重要作用。它以较低的功耗持续向网关设备发送温度等数据，确保用户能及时了解室内环境状况，同时又不会过度消耗设备电量。

三、实现步骤

1. 配置WLAN STA模式
   • 智能家居设备在启动时，通过相关API配置WLAN STA模式，自动搜索并连接家庭Wi-Fi网络。以下是简单示例代码（假设wifiManager为WLAN管理模块实例）：

wifiManager.enableWifi().then(() => {
    console.info('Wi-Fi已开启，正在连接家庭网络...');
    wifiManager.connectTo('家庭Wi-Fi名称', '密码').then(() => {
        console.info('设备已成功连接家庭Wi-Fi网络');
    }).catch((err) => {
        console.error('连接家庭Wi-Fi网络失败：' + JSON.stringify(err));
    });
}).catch((err) => {
    console.error('开启Wi-Fi失败：' + JSON.stringify(err));
});

2. 配置BLE广播和扫描
   • 低功耗设备（如温控传感器）通过BLE广播自身状态信息，网关设备则开启BLE扫描，接收并处理这些信息。示例代码如下：

// 低功耗设备广播代码（以温控传感器为例）
import { ble } from '@kit.ConnectivityKit';
import { AsyncCallback, BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

const TAG: string = 'TemperatureSensorAdvertiser';

// 1 订阅广播状态
public onAdvertisingStateChange() {
    try {
        ble.on('advertisingStateChange', (data: ble.AdvertisingStateChangeInfo) => {
            console.info(TAG, 'BLE advertising state ='+ JSON.stringify(data));
            // 可以根据广播状态进行相应处理
        });
    } catch (err) {
        console.error(TAG, 'errCode:'+ (err as BusinessError).code + ', errMessage:'+ (err
            as BusinessError).message);
    }
}

// 2 首次启动广播
public async startAdvertising() {
    // 2.1 设置广播发送的参数
    let setting: ble.AdvertiseSetting = {
        interval: 160,
        txPower: 0,
        connectable: false // 温控传感器可能只需要广播状态，不需要建立连接
    };
    // 2.2 构造广播数据，假设包含温度数据
    let temperatureData = new Uint8Array(2);
    temperatureData[0] = 25; // 示例温度值
    temperatureData[1] = 0;
    let serviceValueBuffer = new Uint8Array(4);
    serviceValueBuffer[0] = 5;
    serviceValueBuffer[1] = 6;
    serviceValueBuffer[2] = 7;
    serviceValueBuffer[3] = 8;
    let serviceDataUnit: ble.ServiceData = {
        serviceUuid: "0000181A-0000-1000-8000-00805f9b34fb", // 假设的温度传感器服务UUID
        serviceValue: temperatureData.buffer
    };
    let advData: ble.AdvertiseData = {
        serviceUuids: ["0000181A-0000-1000-8000-00805f9b34fb"],
        serviceData: [serviceDataUnit],
        includeDeviceName: false
    };
    let advResponse: ble.AdvertiseData = {
        serviceUuids: ["0000181A-0000-1000-8000-00805f9b34fb"],
        serviceData: [serviceDataUnit]
    };
    // 2.3 构造广播启动完整参数AdvertisingParams
    let advertisingParams: ble.AdvertisingParams = {
        advertisingSettings: setting,
        advertisingData: advData,
        advertisingResponse: advResponse,
        duration: 0 // 可选参数，若大于0，则广播发送一段时间后，可临时停止，可重新启动发送
    }
    // 2.4 首次启动广播，且获取所启动广播的标识ID（这里可能不需要使用标识ID，因为不涉及连接操作）
    try {
        this.onAdvertisingStateChange();
        ble.startAdvertising(advertisingParams);
    } catch (err) {
        console.error(TAG, 'errCode:'+ (err as BusinessError).code + ', errMessage:'+ (err
            as BusinessError).message);
    }
}

// 网关设备扫描代码
import { ble } from '@kit.ConnectivityKit';
import { AsyncCallback, BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

const TAG: string = 'GatewayScanner';

// 1 订阅扫描结果
public onScanResult() {
    ble.on('BLEDeviceFind', (data: Array<ble.ScanResult>) => {
        if (data.length > 0) {
            console.info(TAG, 'BLE scan result ='+ data[0].deviceId);
            // 解析扫描结果，获取温度数据等信息
            this.parseScanResult(data[0].data);
        }
    });
}

// 2 开启扫描
public startScan() {
    // 2.1 构造扫描过滤器，根据温度传感器的服务UUID进行过滤
    let serviceUuid = "0000181A-0000-1000-8000-00805f9b34fb";
    let scanFilter: ble.ScanFilter = {
        serviceUuids: [serviceUuid]
    };
    // 2.2 构造扫描参数
    let scanOptions: ble.ScanOptions = {
        interval: 0,
        dutyMode: ble.ScanDuty.SCAN_MODE_LOW_POWER,
        matchMode: ble.MatchMode.MATCH_MODE_AGGRESSIVE
    }
    try {
        this.onScanResult(); // 订阅扫描结果
        ble.startBLEScan([scanFilter], scanOptions);
        console.info(TAG, 'startBleScan success');
    } catch (err) {
        console.error(TAG, 'errCode:'+ (err as BusinessError).code + ', errMessage:'+ (err
            as BusinessError).message);
    }
}

3. 通过蓝牙连接API管理设备发现与配对
   • 当需要对智能设备进行控制或获取更详细信息时，通过蓝牙连接API进行设备发现和配对操作。例如，手机APP可以搜索并配对智能灯，然后通过蓝牙连接发送控制指令。以下是简单示例代码：

import { bluetooth } from '@ohos.bluetooth.connection';

// 搜索设备
bluetooth.startDiscovery().then(() => {
    bluetooth.on('deviceFound', (device) => {
        console.info('发现设备：' + JSON.stringify(device));
        // 假设找到智能灯设备，进行配对
        if (device.name === '智能灯') {
            bluetooth.pairDevice(device.deviceId).then(() => {
                console.info('智能灯配对成功');
                // 配对成功后连接设备
                bluetooth.connectDevice(device.deviceId).then(() => {
                    console.info('智能灯连接成功，可以发送控制指令');
                }).catch((err) => {
                    console.error('智能灯连接失败：' + JSON.stringify(err));
                });
            }).catch((err) => {
                console.error('智能灯配对失败：' + JSON.stringify(err));
            });
        }
    });
}).catch((err) => {
    console.error('扫描设备失败：' + JSON.stringify(err));
});

四、技术亮点

1. WLAN和BLE的联合应用优势
   • WLAN提供了高带宽、稳定的网络连接，适用于大数据量的传输，如智能电视播放高清视频、智能摄像头传输视频流等。而BLE则以其低功耗特性，在设备状态更新等小数据量、低频次传输场景中表现出色，两者相辅相成，构建了高效的智能家居数据同步和管理网络。
2. 解决连接稳定性和数据一致性问题
   • 通过合理的网络架构设计和通信协议优化，确保设备在复杂的家庭网络环境中保持稳定连接。同时，采用数据校验、重传等机制，保证数据在传输过程中的一致性，避免因网络波动等原因导致的数据错误或丢失。

五、示例代码

以下是一个更完整的展示WLAN和BLE联合使用的示例代码，包括设备配对、广播、数据传输等功能（部分代码片段参考前面实现步骤中的示例并进行整合）：

// 智能家居设备主程序（以智能灯为例）
import { wifiManager } from '@ohos.wifiManager';
import { bluetooth } from '@ohos.bluetooth.connection';
import { ble } from '@kit.ConnectivityKit';
import { AsyncCallback, BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

// 设备配置信息
const WIFI_SSID = '家庭Wi-Fi名称';
const WIFI_PASSWORD = '密码';
const DEVICE_NAME = '智能灯';

// 连接家庭Wi-Fi网络
async function connectToWiFi() {
    try {
        await wifiManager.enableWifi();
        console.info('Wi-Fi已开启，正在连接家庭网络...');
        await wifiManager.connectTo(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
        console.info('设备已成功连接家庭Wi-Fi网络');
    } catch (err) {
        console.error('连接家庭Wi-Fi网络失败：' + JSON.stringify(err));
    }
}

// 蓝牙设备发现与配对
async function discoverAndPairBluetoothDevices() {
    try {
        await bluetooth.startDiscovery();
        bluetooth.on('deviceFound', (device) => {
            console.info('发现设备：' + JSON.stringify(device));
            // 假设找到控制终端设备（如手机），进行配对
            if (device.name === '手机') {
                bluetooth.pairDevice(device.deviceId).then(() => {
                    console.info('与手机配对成功');
                    // 配对成功后连接设备
                    bluetooth.connectDevice(device.deviceId).then(() => {
                        console.info('与手机连接成功，可以接收控制指令');
                    }).catch((err) => {
                        console.error('与手机连接失败：' + JSON.stringify(err));
                    });
                }).catch((err) => {
                    console.error('与手机配对失败：' + JSON.stringify(err));
                });
            }
        });
    } catch (err) {
        console.error('扫描蓝牙设备失败：' + JSON.stringify(err));
    }
}

// 智能灯状态广播（通过BLE）
function startBLEAdvertising() {
    const TAG: string = 'LightAdvertiser';
    // 1 订阅广播状态
    const onAdvertisingStateChange = () => {
        try {
            ble.on('advertisingStateChange', (data: ble.AdvertisingStateChangeInfo) => {
                console.info(TAG, 'BLE advertising state ='+ JSON.stringify(data));
                // 可以根据广播状态进行相应处理
            });
        } catch (err) {
            console.error(TAG, 'errCode:'+ (err as BusinessError).code + ', errMessage:'+ (err
                as BusinessError).message);
        }
    };

    // 2 首次启动广播
    const startAdvertising = async () => {
        // 2.1 设置广播发送的参数
        const setting: ble.AdvertiseSetting = {
            interval: 160,
            txPower: 0,
            connectable: false
        };
        // 2.2 构造广播数据，假设包含灯光状态（开/关）
        const lightStatusData = new Uint8Array(1);
        lightStatusData[0] = 1; // 示例为开状态
        const serviceValueBuffer = new Uint8Array(4);
        serviceValueBuffer[0] = 5;
        serviceValueBuffer[1] = 6;
        serviceValueBuffer[2] = 7;
        serviceValueBuffer[3] = 8;
        const serviceDataUnit: ble.ServiceData = {
            serviceUuid: "0000181B-0000-1000-8000-00805f9b34fb", // 假设的智能灯服务UUID
            serviceValue: lightStatusData.buffer
        };
        const advData: ble.AdvertiseData = {
            serviceUuids: ["0000181B-0000-1000-8000-00805f9b34fb"],
            serviceData: [serviceDataUnit],
            includeDeviceName: false
        };
        const advResponse: ble.AdvertiseData = {
            serviceUuids: ["0000181B-0000-1000-8000-00805f9b34fb"],
            serviceData: [serviceDataUnit]
        };
        // 2.3 构造广播启动完整参数AdvertisingParams
        const advertisingParams: ble.AdvertisingParams = {
            advertisingSettings: setting,
            advertisingData: advData,
            advertisingResponse: advResponse,
            duration: 0
        };
        // 2.4 首次启动广播
        try {
            onAdvertisingStateChange();
            await ble.startAdvertising(advertisingParams);
        } catch (err) {
            console.error(TAG, 'errCode:'+ (err as BusinessError).code + ', errMessage:'+ (err
                as BusinessError).message);
        }
    };

    startAdvertising();
}

// 主函数
async function main() {
    await connectToWiFi();
    discoverAndPairBluetoothDevices();
    startBLEAdvertising();
}

main();

六、WLAN和BLE模块在不同设备中的使用对比表

通过HarmonyOS Next中WLAN和BLE技术的联合应用，智能家居数据同步与管理变得更加高效、可靠。我们可以根据不同设备的特点和需求，灵活运用这两种技术，为用户打造更加智能、便捷的家居生活体验。就像一个智能管家，精心安排着设备之间的通信与协作，让家居生活充满科技的魅力。哈哈，是不是感觉智能家居的未来就在眼前呢？希望这篇文章能为大家在智能家居开发中提供一些有益的参考和启发！