Characteristic: ano ito, mga uri ng data at pagbasa ng mga halaga

Ano ang Characteristic sa BLE?

Characteristic ay isang katangian ng GATT protocol na naglalaman ng halaga (value) at metadata. Sa arkitektura ng BLE, ang data ay hindi direktang inililipat sa pagitan ng mga aparato, kundi sa pamamagitan ng pagbasa at pagsulat ng mga halaga ng mga karakteristika ng serbisyo. Kung ang serbisyo ay isang folder, ang Characteristic ay isang file sa loob ng folder na iyon.

Ang bawat Characteristic ay binubuo ng tatlong bahagi: deklarasyon (declaration), halaga (value) at mga descriptor (descriptors). Ang deklarasyon ay naglalaman ng UUID ng karakteristika at mga katangian nito. Ang halaga ay ang aktwal na data na inililipat sa pagitan ng Central at Peripheral. Ang mga descriptor ay nagbibigay ng karagdagang konpigurasyon.

Ayon sa Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), lahat ng palitan ng data sa BLE ay nagaganap sa pamamagitan ng mga operasyon sa mga karakteristika. Kahit ang karaniwang mga profile tulad ng Heart Rate Profile o Battery Service ay binuo sa isang set ng mga karakteristika na may paunang natukoy na mga UUID. Tinitiyak nito ang kompatibilidad ng mga aparato mula sa iba't ibang mga tagagawa nang walang paunang konpigurasyon.

Mahalaga para sa developer na maunawaan: ang bawat Characteristic ay maaaring sumuporta ng iba't ibang kombinasyon ng mga katangian. Ang isang karakteristika ay maaaring para sa pagbasa lamang, ang isa pa — para sa pagsulat, ang pangatlo — para sa mga notipikasyon. Ang tamang pagpili ng mga katangian ay tumutukoy sa senaryo ng paggamit at konsumo ng enerhiya ng aparato.

Mga Katangian at Pahintulot ng Characteristic

Mga katangian (properties) ng karakteristika ay tumutukoy kung anong mga operasyon ang pinapayagan dito. Ito ay isang byte mask, kung saan ang bawat bit ay nag-a-activate o nag-de-deactivate ng isang tiyak na operasyon. Nasa ibaba ang mga pangunahing katangian.

Mga pahintulot (permissions) ay antas ng access sa antas ng GATT server. Hindi tulad ng mga katangian na idinedeklara sa deklarasyon ng karakteristika, ang mga pahintulot ay sinusuri sa bawat operasyon. Maaari silang magsama ng mga kinakailangan sa encryption at autentikasyon.

Karaniwang mga Karakteristika ng Bluetooth SIG

Bluetooth SIG ay nag-espesipika ng higit sa 500 karaniwang mga karakteristika na sumasaklaw sa karamihan ng mga karaniwang senaryo ng paggamit ng BLE. Ang paggamit ng karaniwang mga UUID ay tinitiyak na ang anumang tumatanggap na aparato ay wastong mag-i-interpret ng data nang walang paunang konpigurasyon.

Narito ang mga pinakamadalas gamitin na karaniwang mga karakteristika:

Kung ang isang umiiral na karaniwang karakteristika ay sumasaklaw sa iyong gawain — gamitin ito. Ito ay nagpapadali sa sertipikasyon ng Bluetooth at nagpapataas ng kompatibilidad sa ecosystem. Gumawa ng custom na mga karakteristika lamang para sa natatanging data na wala sa rehistro ng SIG.

Paano Gumawa ng Characteristic sa iOS at Android

Ang paggawa ng karakteristika ay ginagawa sa panig ng Peripheral — ang aparato na nagbibigay ng data. Tingnan natin ang implementasyon sa iOS (Swift) at Android (Java).

iOS: CBMutableCharacteristic

Ang Core Bluetooth ay nagbibigay ng klase na CBMutableCharacteristic para sa paggawa ng karakteristika na may pagtukoy ng UUID, mga katangian at paunang halaga.

import CoreBluetooth

let characteristicUUID = CBUUID("2A19") // Karakteristika ng antas ng baterya

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

// I-update ang halaga kapag nagbago
let batteryData = Data([batteryLevel]) // uint8
peripheralManager.updateValue(
    batteryData,
    for: characteristic,
    onSubscribedCentrals: nil
)

Android: BluetoothGattCharacteristic

Sa Android, ang karakteristika ay ginagawa sa pamamagitan ng BluetoothGattCharacteristic na may pagtukoy ng UUID, mga katangian at pahintulot.

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
    );

// Itakda ang halaga
characteristic.setValue(batteryLevel, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
gattServer.notifyCharacteristicChanged(device, characteristic, false);

Pagbasa, Pagsulat at mga Notipikasyon

Mga operasyon sa Characteristic ay nahahati sa tatlong uri: pagbasa (read), pagsulat (write) at mga notipikasyon (notify/indicate). Ang pagpili ng operasyon ay depende sa senaryo: ang data kapag hiniling ay binabasa, ang mga utos ay isinusulat, ang data ng stream ay nagsu-subscribe sa mga notipikasyon.

Read — Nagpapadala ang Central ng kahilingan na basahin ang halaga ng karakteristika. Ang Peripheral ay tumutugon sa kasalukuyang halaga. Ang operasyon ay sabay-sabay at nangangailangan ng malinaw na kahilingan mula sa magkabilang panig. Ginagamit para sa data na bihirang magbago: bersyon ng firmware, serial number, mga setting.

Write — Nagpapadala ang Central ng data sa Peripheral. May dalawang mode: Write with Response (kumpirmasyon mula sa Peripheral) at Write Without Response (walang kumpirmasyon). Write with Response ay ginagarantiyahan ang paghahatid — nagpapadala ang Peripheral ng kumpirmasyon pagkatapos ng pagsulat. Ang Write Without Response ay mas mabilis, ngunit hindi ginagarantiyahan ang paghahatid.

Notify at Indicate — Sinisimulan ng Peripheral ang pagpapadala ng data sa Central. Sa Notify, ang data ay ipinapadala nang walang kumpirmasyon — kung hindi nakuha ng Central ang packet, ito ay nawawala. Sa Indicate, ang Central ay nagpapadala ng kumpirmasyon (sa antas PDU), na ginagarantiyahan ang paghahatid. Ang Indicate ay mas mabagal, ngunit mas maaasahan. Para mag-subscribe sa mga notipikasyon, ang Central ay nagsusulat ng halaga na 0x0001 sa CCCD (Client Characteristic Configuration Descriptor).

MTU at Laki ng Inilipat na Data

MTU (Maximum Transmission Unit) ay tumutukoy sa maximum na laki ng isang BLE data packet. Bilang default, ang MTU ay 23 byte, kung saan 3 byte ang header — ang kapaki-pakinabang na karga (ATT payload) ay 20 byte. Ito ay sapat para sa karamihan ng data ng sensor, ngunit hindi sapat para sa paglilipat ng mga file o malalaking konpigurasyon.

Ang Bluetooth Core Specification 5.4 ay sumusuporta sa negosasyon ng MTU (MTU negotiation) — ang Central at Peripheral ay maaaring magkasundo sa mas malaking laki ng packet hanggang 517 byte. Ang proseso ay ganito: ang Central ay nagpapadala ng kahilingan sa MTU Exchange na may proposal ng kanyang MTU; ang Peripheral ay tumutugon sa kanyang MTU; ang mas maliit na halaga sa dalawa ang ginagamit.

// Humihingi ang iOS ng MTU kapag kumokonekta
// Ang maximum na MTU sa iOS ay 185 byte
func peripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral,
    didDiscoverServices error: Error?
) {
    // Humiling ng MTU para sa tiyak na peripheral
    peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse)
}

Ayon sa Bluetooth SIG (2023), ang pagtaas ng MTU mula 23 hanggang 185 byte ay nagbabawas ng overhead ng paglipat ng data hanggang 80% dahil sa pagbawas ng bilang ng mga packet. Para sa mga application na nagpapadala ng mga pagbasa na may mataas na frequency (hal. ECG o accelerometer), ang pagtaas ng MTU ay kritikal para sa katatagan ng stream.