Characteristic: nədir, məlumat növləri və dəyərlərin oxunması

BLE-də Characteristic nədir?

Characteristic dəyər (value) və metadataları ehtiva edən GATT protokolunun atributudur. BLE arxitekturasında məlumatlar cihazlar arasında birbaşa deyil, xidmət xarakteristikalarının dəyərlərini oxumaq və yazmaqla ötürülür. Xidmət qovluqdursa, Characteristic qovluqdakı fayldır.

Hər bir Characteristic üç komponentdən ibarətdir: bəyannamə (declaration), dəyər (value) və deskriptorlar (descriptors). Bəyannamə xarakteristikanın UUID-sini və xüsusiyyətlərini ehtiva edir. Dəyər Central və Peripheral arasında ötürülən faktiki məlumatdır. Deskriptorlar əlavə konfiqurasiya təmin edir.

Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) məlumatına görə, BLE-də bütün məlumat mübadiləsi xarakteristikalar üzərində əməliyyatlar vasitəsilə baş verir. Hətta Heart Rate Profile və ya Battery Service kimi standart profillər əvvəlcədən təyin edilmiş UUID-ləri olan xarakteristikalar dəsti üzərində qurulub. Bu, müxtəlif istehsalçıların cihazlarının ilkin konfiqurasiya olmadan uyğunluğunu təmin edir.

Tərtibatçı üçün vacibdir: hər bir Characteristic müxtəlif xüsusiyyət kombinasiyalarını dəstəkləyə bilər. Bir xarakteristika yalnız oxumaq üçün, digəri yazmaq üçün, üçüncüsü bildirişlər üçün ola bilər. Xüsusiyyətlərin düzgün seçimi istifadə ssenarisini və cihazın enerji sərfiyyatını müəyyən edir.

Characteristic-in xüsusiyyətləri və icazələri

Xüsusiyyətlər (properties) xarakteristika üzərində hansı əməliyyatlara icazə verildiyini müəyyən edir. Bu bayt maskasıdır, hər bit müəyyən bir əməliyyatı aktivləşdirir və ya söndürür. Aşağıda əsas xüsusiyyətlər verilmişdir.

İcazələr (permissions) — GATT server səviyyəsində giriş səviyyəsidir. Xüsusiyyətlərdən fərqli olaraq, icazələr hər əməliyyat zamanı yoxlanılır. Onlar şifrələmə və autentifikasiya tələblərini ehtiva edə bilər.

Bluetooth SIG standart xarakteristikaları

Bluetooth SIG BLE istifadəsinin əksər yayılmış ssenarilərini əhatə edən 500-dən çox standart xarakteristika spesifikasiya edib. Standart UUID-lərin istifadəsi hər hansı qəbuledici cihazın ilkin konfiqurasiya olmadan məlumatları düzgün şərh edəcəyinə zəmanət verir.

Ən çox istifadə olunan standart xarakteristikalar bunlardır:

Mövcud standart xarakteristika vəzifənizi əhatə edirsə — ondan istifadə edin. Bu, Bluetooth sertifikatlaşdırmanı sadələşdirir və ekosistemlə uyğunluğu artırır. Fərdi xarakteristikaları yalnız SIG reyestrində olmayan unikal məlumatlar üçün yaradın.

iOS və Android-də Characteristic necə yaradılır

Xarakteristikanın yaradılması məlumat təmin edən cihaz olan Peripheral tərəfində həyata keçirilir. iOS (Swift) və Android (Java) tətbiqinə baxaq.

iOS: CBMutableCharacteristic

Core Bluetooth UUID, xüsusiyyətlər və ilkin dəyər göstərilməklə xarakteristika yaratmaq üçün CBMutableCharacteristic sinfini təmin edir.

import CoreBluetooth

let characteristicUUID = CBUUID("2A19") // Batareya səviyyəsi xarakteristikası

let characteristic = CBMutableCharacteristic(
    type: characteristicUUID,
    properties: [.read, .notify],
    value: nil,
    permissions: [.readable]
)

// Dəyişiklik zamanı dəyəri yenilə
let batteryData = Data([batteryLevel]) // uint8
peripheralManager.updateValue(
    batteryData,
    for: characteristic,
    onSubscribedCentrals: nil
)

Android: BluetoothGattCharacteristic

Android-də xarakteristika UUID, xüsusiyyətlər və icazələr göstərilməklə BluetoothGattCharacteristic vasitəsilə yaradılır.

import android.bluetooth.*;

UUID charUuid = UUID.fromString("00002A19-0000-1000-8000-00805F9B34FB");

BluetoothGattCharacteristic characteristic =
    new BluetoothGattCharacteristic(
        charUuid,
        BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ
            | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY,
        BluetoothGattCharacteristic.PERMISSION_READ
    );

// Dəyəri təyin et
characteristic.setValue(batteryLevel, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
gattServer.notifyCharacteristicChanged(device, characteristic, false);

Oxu, yazı və bildirişlər

Characteristic üzərində əməliyyatlar üç növə bölünür: oxu (read), yazı (write) və bildirişlər (notify/indicate). Əməliyyat seçimi ssenaridən asılıdır: sorğu üzrə məlumatlar oxunur, əmrlər yazılır, axın məlumatları bildirişlərə abunə olunur.

Read — Central xarakteristikanın dəyərini oxumaq üçün sorğu göndərir. Peripheral cari dəyərlə cavab verir. Əməliyyat sinxrondur və hər tərəfdən açıq sorğu tələb edir. Nadir dəyişən məlumatlar üçün istifadə olunur: proqram təminatı versiyası, seriya nömrəsi, parametrlər.

Write — Central Peripheral-ə məlumat göndərir. İki rejim var: Write with Response (Peripheral-dən təsdiq) və Write Without Response (təsdiqsiz). Write with Response çatdırılmaya zəmanət verir — Peripheral yazıdan sonra təsdiq göndərir. Write Without Response daha sürətli, lakin çatdırılmaya zəmanət vermir.

Notify və Indicate — Peripheral Central-ə məlumat göndərilməsini başladır. Notify-də məlumat təsdiq olmadan göndərilir — Central paketi qəbul etməyə vaxt tapmasa, itirilir. Indicate-də Central təsdiq göndərir (PDU səviyyəsində), bu çatdırılmaya zəmanət verir. Indicate daha yavaş, lakin daha etibarlıdır. Bildirişlərə abunə olmaq üçün Central CCCD (Client Characteristic Configuration Descriptor) ünvanına 0x0001 dəyərini yazır.

MTU və ötürülən məlumatların ölçüsü

MTU (Maximum Transmission Unit) bir BLE məlumat paketinin maksimum ölçüsünü müəyyən edir. Defolt olaraq MTU 23 baytdır, bunun 3 baytı başlıqdır — faydalı yük (ATT payload) 20 baytdır. Bu əksər sensor məlumatları üçün kifayətdir, lakin faylların və ya böyük konfiqurasiyaların ötürülməsi üçün kifayət deyil.

Bluetooth Core Specification 5.4 MTU razılaşdırılmasını (MTU negotiation) dəstəkləyir — Central və Peripheral 517 bayta qədər daha böyük paket ölçüsü barədə razılığa gələ bilər. Proses belədir: Central öz MTU təklifi ilə MTU Exchange sorğusu göndərir; Peripheral öz MTU-su ilə cavab verir; iki dəyərdən kiçik olanı istifadə olunur.

// iOS qoşulduqda MTU tələb edir
// iOS-da maksimum MTU 185 baytdır
func peripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral,
    didDiscoverServices error: Error?
) {
    // Xüsusi periferik cihaz üçün MTU tələb et
    peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse)
}

Bluetooth SIG (2023) məlumatına görə, MTU-nun 23-dən 185 bayta qədər artırılması paketlərin sayını azaltmaqla məlumat ötürmə xərclərini 80%-ə qədər azaldır. Yüksək tezliklə göstəricilər ötürən tətbiqlər üçün (məsələn, EKQ və ya akselerometr) MTU-nun artırılması axının sabitliyi üçün vacibdir.