Bluetooth a BLE: co to je, rozdíl mezi Classic a Low Energy a jak funguje

Co je Bluetooth a BLE?

Bluetooth — je standard bezdrátové osobní sítě (WPAN) pracující v pásmu ISM 2,4 GHz určený pro komunikaci mezi zařízeními na vzdálenost až 100 metrů. Specifikace IEEE 802.15.1 definuje fyzickou a MAC vrstvu, zásobník Bluetooth SIG definuje profily vyšší úrovně pro konkrétní scénáře: audio headsety (HSP), přenos souborů (OPP), vstup z klávesnice (HID).

Standard se rozdělil na dvě větve od verze 4.0 (2010): Bluetooth Classic (BR/EDR) a Bluetooth Low Energy (BLE, dříve Bluetooth Smart). Classic je určen pro nepřetržité streamy — audio hovory, hudbu, soubory. BLE byl vytvořen pro aplikace, kde jsou data přenášena v krátkých paketech s pauzami desítek sekund nebo minut — pulzometry, tagy, teplotní senzory.

Podle Bluetooth SIG (2025) 99% nových smartphonů podporuje obě verze a ekosystém BLE zahrnuje více než 15 typů profilů od Blood Pressure po Environmental Sensing.

Bluetooth Classic vs BLE: srovnávací charakteristiky

Výběr mezi Classic a BLE závisí na scénáři: pro streamování audia je vhodný pouze Classic, pro dotazování senzoru jednou za hodinu — pouze BLE. BR/EDR využívá 79 kanálů s krokem 1 MHz a adaptivní frekvenční modulací (AFH), zajišťující odolnost vůči rušení Wi-Fi.

BLE 5.x přidal LE Coded PHY pro zvýšení dosahu až 1 km (na otevřeném prostranství) a LE Audio s kodekem LC3 — nová verze postupně stírá hranici mezi Classic a BLE v audio scénářích.

Architektura BLE: Controller, Host a Application

Zásobník BLE je rozdělen do tří vrstev: Controller (fyzická a linková vrstva), Host (L2CAP, ATT, GATT, Security Manager) a Application (implementace profilu v aplikaci). Toto rozdělení umožňuje výrobci čipu implementovat Controller ve firmwaru a vývojáři mobilní aplikace pracovat pouze s abstrakcemi GATT.

Link Layer (LL) řídí čas vysílání: zařízení přepíná mezi stavy Standby, Advertising, Scanning, Initiating a Connection. Ve stavu Connected se Central a Peripheral dohodnou na connection intervalu — frekvenci výměny datových paketů. Typický interval je 7,5–1000 ms; čím častější výměna, tím vyšší šířka pásma a spotřeba energie.

Security Manager (SM) implementuje šifrování AES-128 s výměnou klíčů prostřednictvím protokolu pairing. Rozlišují se tři režimy: Just Works (bez zadání PIN), Passkey Entry (6místný kód na obrazovce) a OOB (NFC nebo QR). Pro nositelná zařízení se obvykle používá Just Works, pro lékařská — OOB s dodatečným ověřením.

Podle Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) doba vytvoření zabezpečeného spojení v režimu LE Secure Connections nepřesahuje 300 ms při connection intervalu 30 ms.

Profil GATT: služby, charakteristiky a deskriptory

Protokol ATT (Attribute Protocol) — základní transportní model, kde server (periferní zařízení) ukládá atributy a klient (smartphone) je čte nebo zapisuje. GATT (Generic Attribute Profile) vytváří hierarchii nad ATT: Service → Characteristic → Descriptor.

Každá služba je logická skupina charakteristik popisující jednu funkci zařízení: Heart Rate Service (UUID 0x180D) obsahuje charakteristiku Heart Rate Measurement (UUID 0x2A37) s Descriptor Client Characteristic Configuration (0x2902) spravující oznámení. Vývojář mobilní aplikace získá seznam služeb přes discoverServices(), poté najde požadovanou charakteristiku podle UUID a přihlásí se k odběru oznámení.

BLE používá 16bitové UUID pro standardizované služby Bluetooth SIG a 128bitové UUID pro vlastní služby výrobce. Například pouzdro-tracker může definovat službu A000-… s charakteristikou pro přenos úrovně nabití vlastní baterie.

Příklad práce s GATT v Kotlin (Android)

private val gattCallback = object BluetoothGattCallback() {
    override fun onServicesDiscovered(
        gatt: BluetoothGatt, status: Int
    ) {
        val service = gatt.getService(UUID.fromString("0000180d-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))
        val char = service?.getCharacteristic(
            UUID.fromString("00002a37-0000-1000-8000-00805f9b34fb")
        )
        gatt.setCharacteristicNotification(char, true)
    }

    override fun onCharacteristicChanged(
        gatt: BluetoothGatt, char: BluetoothGattCharacteristic
    ) {
        val heartRate = char.getIntValue(BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 1)
        updateUi("Tep: $heartRate tepů/min")
    }
}

V příkladu aplikace najde službu Heart Rate podle standardního UUID Bluetooth SIG, získá charakteristiku měření pulsu a přihlásí se k jejím oznámením — při každé změně pulsu periferní zařízení odesílá data bez explicitního požadavku od Central.

Advertising, skenování a navázání spojení

Advertising — klíčový mechanismus BLE, při kterém Peripheral zařízení periodicky vysílá vysílací pakety (advertising PDUs) na třech primárních kanálech (37, 38, 39). Centrální zařízení tyto kanály skenuje, přijímá advertising data a může iniciovat spojení.

Advertising paket obsahuje až 31 bajtů užitečného zatížení: flags, TX power level, místní název, UUID služeb, data specifická pro výrobce. To je dostačující pro přenos údajů ze senzoru bez navázání spojení — režim Connectionless (typ Broadcaster). Pro nepřetržitý přenos dat (např. teplota každou minutu) se používá spojení s connection intervalem až 1000 ms.

Na mobilní platformě se skenování spouští přes startScan() (Android) nebo scanForPeripherals() (iOS). Filtrování podle UUID služby šetří energii — aplikace dostává callback pouze pro zajímavé tagy nebo senzory.

Příklad skenování BLE zařízení ve Swift (iOS)

import CoreBluetooth

class ScannerViewController: UIViewController {
    private var centralManager: CBCentralManager!

    override func viewDidLoad() {
        centralManager = CBCentralManager(
            delegate: self, queue: nil
        )
    }

    func centralManagerDidUpdateState(central: CBCentralManager) {
        if central.state == .poweredOn {
            centralManager.scanForPeripherals(
                withServices: nil, options: nil
            )
        }
    }

    func centralManager(
        central: CBCentralManager,
        didDiscover peripheral: CBPeripheral,
        advertisementData: [String : Any],
        rssi RSSI: NSNumber
    ) {
        if let name = advertisementData[CBAdvertisementDataLocalNameKey] {
            print("Nalezeno zařízení: \(name)")
        }
    }
}

Po detekci zařízení Central volá connect() předávající objekt CBPeripheral. Parametry spojení (interval, latency, supervision timeout) se dohodnou na úrovni Link Layer — vývojář je neřídí přímo, ale může ovlivnit prostřednictvím requestConnectionPriority na Androidu.

Bluetooth LE v mobilním vývoji: Core Bluetooth a android.bluetooth

Obě mobilní platformy poskytují nativní API pro práci s BLE. Core Bluetooth (iOS) používá delegátský přístup: centrální manažer iniciuje operace, periferní objekt hlásí výsledky prostřednictvím delegátských metod. android.bluetooth (Android) je postaven na callback rozhraních a podporuje paralelní GATT operace s více zařízeními.

Klíčové rozdíly mezi platformami:

• iOS — podporuje až 7 současných spojení; režim na pozadí BLE vyžaduje UIBackgroundModes = bluetooth-central; po opuštění pozadí může systém zpozdit callbacky o několik minut
• Android — nemá pevný limit spojení (omezení pamětí); vyžaduje oprávnění BLUETOOTH_SCAN a BLUETOOTH_CONNECT (Android 12+); foreground service je nezbytný pro spolehlivé skenování na pozadí
• Flutter — balíček flutter_blue_plus abstrahuje platformní API jednotným Dart rozhraním: kód pro skenování a GATT operace je identický na obou platformách

Podle testů Bluetooth SIG (2024) doba BLE připojení smartphonu s fitness náramkem je v průměru 150–300 ms na Androidu a 100–250 ms na iOS — rozdíl je způsoben politikami správy rádiového modulu.

Příklad BLE připojení v Dart (Flutter)

import 'package:flutter_blue_plus/flutter_blue_plus.dart';

class BleService {
  final FlutterBluePlus fbp = FlutterBluePlus();

  Future<void> scanAndConnect(String deviceName) async {
    await fbp.startScan(timeout: Duration(seconds: 15));

    await for (final result in fbp.scanResults) {
      if (result.device.advName == deviceName) {
        await fbp.stopScan();
        await result.device.connect();
        break;
      }
    }
  }
}

Flutter vývojář získává jednotné API rozhraní, pod kterým flutter_blue_plus překládá volání do nativního android.bluetooth nebo Core Bluetooth. Tento přístup zkracuje dobu vývoje aplikace pro práci s BLE periferiemi na obou platformách.