蓝牙智能设备数据采集平台化方案 | 京东云技术团队

技术背景

随着人们生活水平的提升，对健康的关注意识也随之提高；另外人口结构的老龄化，慢性病发病率升高，以及新冠疫情持久广泛的影响，进一步提高了大众对疾病早期预防、身体数据定期自测、慢性病持续关注等各个层面的重视程度；典型的，比如体温、血氧、血压、体重等高频、普遍使用的自测参数，在一些医疗器械和智能手机 APP 中实现可独立操作性、实时监测性及便捷性；市场上可穿戴式医疗器械日益种类多样、形态各异，根据功能不同可以分为运动健身类、生活娱乐类、健康医疗类、远程控制类、智能开关类、信息资讯类以及多功能穿戴式医疗器械。

在技术层面近年来，无线通信技术、传感器、柔性电子、生物遥测、体域网等技术的发展，可穿戴医疗器械也早已不局限于智能手环、智能手表等形式，我国国家药品监督管理局批准上市的医疗级可穿戴设备有 ECG 心电信号测量设备、血压测量设备、血氧测量设备、血糖测量设备；与可穿戴设备兼容的智能手机医疗保健应用程序越来越多，医疗服务供应商对无线连接青睐越来越明显，低功耗蓝牙（BLE）由于其低功耗在智能穿戴终端中应用广泛，智能手表、智能手环，以及其它智能相关的设备，几乎都是依靠这个技术与手机进行无线连接和数据交互的。另外，低功耗蓝牙技术，可以实现短距离通信的最低功耗，这也大大延长可穿戴设备的工作时间。

与国外相比，我国可穿戴式医疗器械相对于较晚，当前市场上的可穿戴式医疗器械主要偏向于运动/睡眠监测功能，其可长时间与人体接触，是理想的监测设备，具有广阔的市场空间。随着我国云计算、大数据和 5G 的高速发展，医疗器械可穿戴化必是大势所趋，可穿戴式医疗器械必将迎来良好的市场机遇。

然而由于医疗数据具有产品多样化、平台差异性和数据高密度的特点，所以对数据进行有效储存、交互、传递以及跨平台读取就十分有必要，通过可穿戴式医疗器械与医疗数据云平台相联，实现数据的互通共享，将采集到的患者数据通过云平台处理，不仅患者自己可以通过云平台了解相关的诊断结果、治疗方案，医疗机构也同样可以利用云平台的数据制定治疗措施，对患者进行跟踪和交流。

目前穿戴设备几乎都兼容三种平台 Android APP， IOS APP， 微信小程序，各自同步实现方式（如图 1）：

1. Android app 基于 Android 平台 JAVA 作为开发语言构建。蓝牙设备数据采集需要根据系统提供的 Native BLE SDK 来实现 手机与 外设直接 命令与数据交互； 手机获取到的采集数据需要采用 JAVA 语言来实现后续处理逻辑； 网络传输，以及传输过程中失败处理 也一并需要考虑在内 等上述提供的 6 个步骤。

2. IOS APP 基于 IOS 平台 ObjectC 作为开发语言构建。 蓝牙设备数据采集需要基于 IOS 蓝牙开发规范 实现上述提供的 6 个步骤。 处理流程同 Android APP

3. 微信小程序 基于 JavaScript 语言。 蓝牙设备数据采集，需要基于微信小程序 提供蓝牙 API 使用规范实现上述提供的 6 个步骤，处理流程同以上两者 ；

图 1：平台数据采集流程图

存在如下痛点：

1. 蓝牙交互程序内置于用户 APP 端

2. 适配更多开发平台， 就需要重复实现上述 6 个步骤，代码不具有可移植性和跨平台能力；

3. 如果有支持新类型蓝牙设备的需求，只能发布新版 APP， 提示用户升级安装。蓝牙协议的代码是打包 APP 中，这种方式通过代码静态分析工具，容易被破解；用户即使只使用一款蓝牙设备，也需要下载一个庞大的 APP 。

4. 修复 bug 困难（热修复），只能通过版本更新（需要用户介入）才能实现，频繁更新影响用户体验。尤其是 Android 平台由于大量企业安卓的系统是自身定制，软件系统之间兼容也存在困难；

总体上来说，由于 Android APP/IOS APP 平台和开发语言的差异，对开发端和用户端来说，在系统兼容适配、外接蓝牙的安装更新，以及不同平台之间的移植都有不同程度的制约。

新技术的功能特点

基于蓝牙的智能设备数据采集平台化方案，在三种平台（Android APP/ IOS APP/微信小程序）使用同一套蓝牙设备采集代码，应具备以下特点：

1. 蓝牙交互及控制程序与用户 APP 解耦， 由云端控制

2. 可移植和跨平台性：一种蓝牙设备同步程序在其中一个平台开发、调试，正常运行，移植到其他平台依然可以正常运行支持动态加入新类型蓝牙设备，绑定新类型蓝牙设备后立即生效。而不是用户频繁卸载安装新版的 APP 方式

3. 具备蓝牙功能模块的热修复能力：一种快速、低成本修复 APP 缺陷的地方

4. 解决蓝牙协议静态打包在 APP， 保护智能设备厂商知识版权

方案的整体架构

经过大量调研，和多种类型蓝牙设备接入代码实战应用发现， 三种平台在接入蓝牙设备读取到的数据之后，后面的数据处理，算法逻辑是相同，只是在 Native BLE SDK 部分差异较大。从这个角度来讲，蓝牙同步功能可以抽象为：①手机与蓝牙设备交互部分；②获取蓝牙数据后续处理。

我们引入中间层设计思想：主要目的屏蔽底层差异性，并给上层提供一致的接口；中间层主要是对上层负责，屏蔽底层无规则、无协议、环境复杂的问题；如果把不同平台的差异给屏蔽掉，那么上层就可以专注于解决业务，而不再需要耗费精力去解决差异性。

蓝牙同步架构方案有以下三层（如图 2）：

原生层: Native BLE SDK 部分：与蓝牙设备直接交互，不同平台实现方式，开发语言不同，实现方式也可能不同。抽象大致相同蓝牙通信能力（如表 1）

中间层：用于解耦业务层与原生层强依赖，屏蔽平台，语言的差异。位于原生层与业务层之间，对上层提供统一、一致的 JS BLE API

业务层：处理蓝牙数据操作，可以认为是对于 APP 功能中属于业务部分，不同类型蓝牙设备存在不用数据处理规则. 但是不同平台同一类型蓝牙设备 notify 数据格式是相同的，所以处理逻辑在不同平台是共用的。 改造之后统一业务层使用 JavaScript 语言开发，运行在 JavaScript 引擎

表 1：实现蓝牙常用的 API（18 个）

图 2：蓝牙同步架构方案

可移植和跨平台的实现

根据面向对象思想，Native BLE SDK 部分：与蓝牙设备直接交互，不同平台实现方式，开发语言不同， 实现方式也可能不同；考虑到 Native BLE SDK 在三种不同平台实现，蓝牙实现方式通过以下三种方式解决：

1. Android APP 加入 JavaScript 引擎，实现 Java 和 JavaScript 的相互调用。并对 Android 平台提供支持。 通过 JavaScript API 接口采用原生平台 JAVA 代码实现蓝牙 18 个 API， 对上层提供 JavaScript BLE API

2. IOS APP 加入 JavaScriptCore 引擎， JavaScriptCore 是 Safari 的 JavaScript 引擎，在 iOS7 之后苹果开放了 JavaScriptCore 框架，开发者可以通过其提供的 OC 接口来使用 JavaScriptCore。 通过 JavaScriptCore 接口采用原生平台 ObjectC 实现蓝牙 18 个 API， 对上层提供 JavaScript BLE API

3. 微信小程序运行环境 JavaScript。只需封装微信提供同 Android/IOS 相同的 JS BLE API 即可。仅列举其中初始化蓝牙流程，如图 3：

图 3 微信小程序 初始化蓝牙流程

经过以上 3 种方式，三个平台业务代码都可以运行在各自的 JavaScript 引擎中（如图 11）， 通过调用统一的 JS BLE API 就可以和蓝牙设备进行命令，数据交互。只需在任意一个平台编写、调试，之后无需任何变动就可以运行在其他平台。一种代码（JavaScript）即可通用，内容为：

-> 连接指定设备

-> 连接成功后，发送交互命令

-> 同步并收集设备通知数据

-> 校验、解析蓝牙数据协议

-> 数据转化业务数据， 业务数据解析，清洗，合并等处理

-> 数据上传云端

蓝牙平台工作流程（如图 4）：

所有支持的蓝牙设备类型及其对应蓝牙同步程序存储于后台服务端， 当用户绑定对应类型蓝牙设备后。动态获取蓝牙设备程序； 当检测到同步程序版本发生变动后重新获取新的蓝牙同步程序。同步程序下发到 APP 过程 采用压缩，动态加密，传输加密，多次校验客户端合法性方式保证蓝牙协议安全性。

图 4 蓝牙同步数据流程

预期收益

基于蓝牙的智能设备数据采集平台化方案：

a) 蓝牙设备接入效率倍增及平台高扩展性

b) 明确人员职责，数据接入人员与 APP 研发可以并行研发

c) 多平台只需维护一套代码，降低开发后期维护成本， 提升程序稳定性

d) 不同设备类型之间同步程序物理隔离，其中一个出现错误不影响其他设备正常使用，每个设备都可以自由配置日志信息，方便开发人员快速定位解决问题

e) 用户角度，提升用户体验。不用经常更新 APP， 就可以接入新设备，使用新功能

蓝牙厂商角度：保护了蓝牙协议安全性，自身知识产权和利益；

结语

这种基于蓝牙的智能设备数据采集平台化方案，只需一套 JavaScript 代码方案，实现蓝牙同步可移植，通用；蓝牙同步程序从客户端静态编码在 APP 转换为后端控制方式，极大降低了蓝牙同步与平台强耦合，提升扩展能力。同时保证了 APP 快速适用新设备的能力，以及热修复能力。支持 APP 内蓝牙后台运行， 解决心电贴等设备数据量大场景；

帮助开发者过滤了平台差异，以及开发语言差异方面的顾虑，并且减轻了后期的更新、错误修复等方面维护的工作量和成本；另外，不同平台之间的程序的兼容，稳定能更好的提升用户体验；减少开发端和用户精力投入的基础上，更好的帮助用户实现功能和解决不同场景的问题。

作者：京东健康 于震江

来源：京东云开发者社区