Peripheral — यह क्या है, BLE में भूमिका और सेवाओं का विज्ञापन कैसे करता है

BLE में Peripheral क्या है?

Peripheral एक BLE उपकरण है जो GATT सर्वर को लागू करता है और advertising चैनल्स के माध्यम से अपनी क्षमताओं का विज्ञापन करता है। Central के विपरीत, जो सक्रिय रूप से उपकरणों की खोज करता है, Peripheral निष्क्रिय रूप से कनेक्शन्स की प्रतीक्षा करता है। यह बैटरी संचालित उपकरणों की ऑधा दक्षता के लिए ओप्टिमाइज़ड एक असममित मॉडल है।

Peripheral कई मोड्स में हो सकता है: advertising (विज्ञापन), connected (Central से जुड़ा), sleeping (विज्ञापन बंद कर के नींद). advertising मोड में, Peripheral न्यूनतम ऑर्जा की खपत के साथ समय-समय पर छोटे डेटा पैकेट भेजता है। कनेक्शन के बाद, Peripheral कनेक्टड मोड में चला जाता है, जहां यह बातचीत किए गए कनेक्शन इंटरवल के अनुसार Central के साथ डेटा का आदान-प्रदान करता है।

Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) के अनुसार, एक उपकरण Peripheral और Central के बीच गतिशील रूप से स्विच कर सकता है, लेकिन किसी भी क्षण पर एक ही कनेक्शन के लिए भूमिका निश्चित होती है। एक विशिष्ट परिदृश्य: एक IoT संवेदक लगातार Peripheral के रूप में काम करता है, जबकि एक स्मार्टफ़ोन Central के रूप में कनेक्शन का प्रबंधन करता है।

डिवेलपर्स के लिए यह समझना महत्वपूर्ण है: Peripheral यह निर्धारित करता है कि कौन सी सेवाएं और विशेषताएं उपलब्ध हैं और उनतक पहुंच का प्रबंधन करता है। Peripheral पर GATT सर्वर की संरचना यह निर्धारित करती है कि Central कौन सा डेटा पढ़ सकता है और कौन से कमांड लिख सकता है।

विज्ञापन प्रक्रिया (Advertising)

Advertising वह तंत्र है जिसके द्वारा Peripheral अपनी उपस्थिति की घोषणा देता है। Peripheral तीन समर्पित चैनल्स (37, 38, 39) पर 20 मिलीसेकंड से 10.24 सेकंड के अंतराल में advertising पैकेट भेजता है। प्रत्येक advertising पैकेट में निश्चित जानकारी होती है और ऐच्छिक डेटा शामिल हो सकता है।

Advertising पैकेट दो प्रकार के होते हैं: advertising PDU (मुख्य पैकेट) और scan response PDU (Central के अनुरोध का जवाब). मुख्य पैकेट में अनिवार्य फ़ील्ड होते हैं: पैकेट प्रकार, भेजने वाले का पता, डेटा। यदि Central एक स्कैन अनुरोध भेजता है, तो Peripheral अधिक संपूर्ण जानकारी के साथ एक अतिरिक्त पैकेट भेजता है — उदाहरण के लिए, पूरा डिवाइस नाम।

Advertising पैरामीटर डिस्कवरी गति और बिजली खपत को प्रभावित करते हैं। Advertising interval पैकेट ट्रांसमिशन के बीच का समय है। इंटरवल जितना छोटा होगा, Central उतना ही तेज़ी से डिवाइस को ढूंढ लेगा, लेकिन Peripheral उतनी ही अधिक बिजली खपत करेगा। अनुशंसित इंटरवल: अधिकांश उपकरणों के लिए 100–1000 मिलीसेकंड।

विज्ञापन पैकेट की संरचना

BLE advertising पैकेट की advertising PDU के लिए 31 बाइट और scan response के लिए अतिरिक्त 31 बाइट की सीमा होती है। पैकेट के अंदर, डेटा AD Structure (Advertising Data Structure) फ़ॉर्मेट में व्यवस्थित होता है: प्रत्येक फ़ील्ड में एक प्रकार (1 बाइट), लंबाई (1 बाइट) और मान होता है।

सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले AD प्रकार: Flags (0x01) — कनेक्शन और डिस्कवरी मोड, Local Name (0x08 या 0x09) — डिवाइस का नाम, Service UUID List (0x02–0x07) — सेवा UUID की सूची, Manufacturer Specific Data (0xFF) — निर्माता डेटा। 31-बाइट पैकेट में डेटा को ठीक से पैक करना एम्बेडेड डिवाइस डिवेलपर्स के लिए एक महत्वपूर्ण कार्य है।

उन उपकरणों के लिए जिन्हें अधिक डेटा ट्रांसमिट करने की आवश्यकता है, extended advertising (BLE 5.0+) advertising पैकेट का आकार बढ़ाकर 251 बाइट कर देता है और नए पैकेट प्रकार जोड़ता है। Extended advertising खुले क्षेत्रों में 1 किमी तक की बढ़ी हुई रेंज के लिए कोडेड PHY चैनल्स का भी समर्थन करता है।

विज्ञापन पैकेट डिजाइन करते समय ध्यान रखें: advertising पैकेट में जितना अधिक डेटा होगा, अन्य उपकरणों के साथ टकराने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। तेज़ डिस्कवरी के लिए, केवल महत्वपूर्ण डेटा (Service UUID) को advertising PDU में और अतिरिक्त डेटा को scan response में रखने की सिफारिश की जाती है।

Peripheral के रूप में GATT सर्वर

GATT सर्वर Peripheral पर सभी सेवाओं और विशेषताओं को सम्मिलित करता है जिन्हें Central ढूंढ सकता है और इनके साथ बातचीत कर सकता है। कनेक्शन के बाद, Central सेवाओं की खोज करता है, फिर विशेषताओं की, और GATT प्रोटोकॉल के माध्यम से उनके साथ बातचीत करता है।

Peripheral को GATT सर्वर के रूप में Central के अनुरोधों को सही ढंग से संभालना चाहिए: पढ़ने के अनुरोध, लिखने के अनुरोध, अधिसूचनाएं और पुष्टिकरण। प्रत्येक अनुरोध GATT तालिका से होकर गुजरता है, जहां प्रत्येक गुण (सेवा, विशेषता, विवरण) एक Handle — 16-बिट पता से मेल खाता है।

Peripheral डिवेलपर प्रत्येक गुण के लिए पहुंच अधिकार को परिभाषित करता है: केवल पढ़ना, केवल लिखना, पढ़ना और लिखना, एन्क्रिप्शन के साथ या बिना। संवेदनशील डेटा (व्यक्तिगत जानकारी, चिकित्सा संकेतक) के लिए, MITM Protection के माध्यम से एन्क्रिप्शन की आवश्यकताओं को सक्रिय करने की सिफारिश की जाती है।

iOS में Peripheral: CBPeripheralManager

CBPeripheralManager iOS पर Peripheral की भूमिका को लागू करने के लिए एक Core Bluetooth क्लास है। यह GATT सर्वर का प्रबंधन करता है, सेवाओं और विशेषतأं को प्रकाशित करता है, और Centrals से अनुरोधों को संभालता है। CBCentralManager के विपरीत, CBPeripheralManager स्कैन नहीं करता — यह केवल विज्ञापन करता है और कनेक्शन्स की सेवा करता है।

iOS पर Peripheral को लागू करने के मुख्य कदम: CBPeripheralManager को आरंभ करना, add के माध्यम से सेवाएं जोड़ना, startAdvertising के माध्यम से विज्ञापन शुरू करना, CBPeripheralManagerDelegate के माध्यम से Centrals के अनुरोधों को संभालना।

import CoreBluetooth

class BLEPeripheralManager: NSObject, CBPeripheralManagerDelegate {

    private var peripheralManager: CBPeripheralManager!

    func startAdvertising() {
        let advertisementData: [String: Any] = [
            CBAdvertisementDataLocalNameKey: "BLE Sensor",
            CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey: [
                CBUUID("180F")
            ]
        ]
        peripheralManager.startAdvertising(advertisementData)
    }

    func peripheralManagerDidUpdateState(
        _ peripheral: CBPeripheralManager
    ) {
        if peripheral.state == .poweredOn {
            startAdvertising()
        }
    }
}

iOS Peripheral को Background Modes में bluetooth-peripheral की कुंजी के साथ पृष्ठभूमि में काम करने की अनुमति देता है। पृष्ठभूमि में, iOS डेटा के एक सीमित सेट के साथ विज्ञापन और सेवा कनेक्शन्स कर सकता है। विस्तृत विज्ञापन (180 सेकंड से अधिक) के लिए, बिजली बचाने के लिए CBAdvertisementDataWaitForResponseFromCentral विकल्प का उपयोग करें।

Android में Peripheral: BluetoothLeAdvertiser

Android Peripheral की भूमिका में काम करने के लिए BluetoothLeAdvertiser प्रदान करता है (API 21 से शुरू)। API आपको कन्फ़िगरेबल पैरामीटर के साथ विज्ञापन शुरू करने की अनुमति देता है: ट्रांसमिटर पावर, विज्ञापन इंटरवल, पैकेट डेटा। Android संगत उपकरणों पर extended advertising (BLE 5.0) का भी समर्थन करता है।

import android.bluetooth.le.*;

private BluetoothLeAdvertiser advertiser;

public void startPeripheral() {
    BluetoothAdapter adapter =
        BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
    advertiser = adapter.getBluetoothLeAdvertiser();

    AdvertiseData data = new AdvertiseData.Builder()
        .setIncludeDeviceName(true)
        .addServiceUuid(
            new ParcelUuid(
                UUID.fromString("0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
            )
        )
        .build();

    AdvertiseSettings settings = new AdvertiseSettings.Builder()
        .setAdvertiseMode(AdvertiseSettings.ADVERTISE_MODE_LOW_POWER)
        .setTxPowerLevel(AdvertiseSettings.ADVERTISE_TX_POWER_MEDIUM)
        .build();

    advertiser.startAdvertising(
        settings, data, advertiseCallback
    );
}

Android पर, Peripheral समर्थन निर्माता और OS संस्करण पर निर्भर करता है। सभी उपकरण BluetoothLeAdvertiser का समर्थन नहीं करते — adapter.isMultipleAdvertisementSupported() के माध्यम से जाँच करें। Android 10 से शुरू, Peripheral भूमिका के लिए BLUETOOTH_ADVERTISE अनुमति की आवश्यकता होती है, target SDK 31+ वाले एप्स के लिए रनटाइम अनुरोध के साथ।

Peripheral की ऑर्जा दक्षता

ऑर्जा दक्षता BLE का एक मुख्य लाभ है, और Peripheral इसमें मुख्य भूमिका निभाता है। एक उपकरण ओप्टिमाइज़ड बिजली खपत के कारण CR2032 बैटरी (220 mAh) पर एक वर्ष से अधिक चल सकता है। अधिकांश समय, Peripheral विज्ञापन बंद कर सीने मोड में रहता है, केवल एक advertising पैकेट भेजने या Central से अनुरोध की प्रक्रिया करने के लिए जागता है।

विभिन्न मोड्स में Peripheral की बिजली खपत: सीने मोड (गहरी नींद) — 1–5 µA, टाइमर के साथ निष्क्रिय — 10–50 µA, advertising — 5–15 mA (पैकेट ट्रांसमिशन के दौरान), connected — 5–10 mA (कनेक्शन इवेंट के दौरान)। 1000 ms के advertising इंटरवल और 4 ms की पैकेट अवधि के साथ, औसत करंट लगभग 50–100 µA होता है।

Texas Instruments Application Report (SWRA478, 2024) के अनुसार, advertising इंटरवल को 100 ms से 1000 ms में बदलने से औसत बिजली खपत 90% तक कम हो जाती है। अतिरिक्त बचत slave latency (कनेक्शन इवेंट छोड़ना), कम दूरी पर Tx Power कम करना और कनेक्शन के बाद विज्ञापन बंद करने (connectable advertising) से प्राप्त की जाती है।