Service UUID: mi ez, formátum és hol alkalmazzák

Mi az a Service UUID a BLE-ben?

Service UUID — egy azonosító, amelyet egy Bluetooth Low Energy GATT szolgáltatáshoz rendelnek annak egyedi felismeréséhez más eszközök által. A BLE architektúrában minden szolgáltatás egy logikai csoportot alkot a jellemzőkből, amelyeket egy közös funkció egyesít. Például a Battery Service szolgáltatás tartalmazza a Battery Level jellemzőt, amely az aktuális akkumulátortöltöttségi szintet továbbítja.

A Bluetooth SIG (Special Interest Group) kezeli a szabványos 16 bites UUID-ek nyilvántartását, amelyeket a leggyakoribb szolgáltatásokhoz rendelnek. Ez lehetővé teszi a különböző gyártók eszközei számára, hogy előzetes konfiguráció nélkül felismerjék egymás szolgáltatásait. Bármely márka fitnesz követője deklarálhatja a Heart Rate Service-t 0x180D UUID-vel, és bármely okostelefon megérti, hogy ez egy pulzusmérő szolgáltatás.

A Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) szerint a 16 bites UUID-k tartománya (0x0000–0xFFFF) két részre oszlik: 0x0001-től 0xFFFE-ig — a Bluetooth SIG szabványos szolgáltatásai, a 0xFFFF pedig fenntartott. Ha egy fejlesztőnek olyan egyedi szolgáltatásra van szüksége, amely nem szerepel a SIG nyilvántartásában, 128 bites UUID-t használ.

A különbség a szabványos és az egyedi UUID között nem csak a hosszban van: a 16 bites UUID-ek sugárzási időt takarítanak meg, mivel 2 bájtként kerülnek továbbításra 16 bájt helyett. Azoknál az eszközöknél, amelyeknél szigorú korlátozások vannak a reklámcsomag méretére (31 bájtig), ez kritikus jelentőségű.

Szabványos és egyedi UUID-ek

Szabványos 16 bites UUID-ek lefedik a BLE eszközök fő kategóriáit: orvosi érzékelők, fitnesz követők, viselhető elektronika és tartozékok. Ha egy eszköz szabványos funkciót valósít meg — a fejlesztőnek ajánlott a megfelelő UUID használata a Bluetooth SIG nyilvántartásából a maximális kompatibilitás érdekében.

Íme néhány példa a szabványos szolgáltatás UUID-ekre:

Egyedi 128 bites UUID-ek akkor szükségesek, amikor az eszköz egyedi funkcionalitást nyújt. Például egy intelligens zár gyártója létrehozza saját Lock Control szolgáltatását XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX alakú UUID-vel. Egy ilyen UUID garantálja, hogy nem ütközik más szolgáltatásokkal, mivel a 128 bites értékek tere gyakorlatilag kimeríthetetlen.

A 128 bites UUID formátuma

128 bites UUID a szabványos UUID RFC 4122 formátumban íródik: nyolc hexadecimális karakter, kötőjel, négy, kötőjel, négy, kötőjel, négy, kötőjel, tizenkét karakter. A BLE esetében azt a verziót használják, ahol a Bluetooth SIG UUID alaprészének fix bitjei vannak.

A Bluetooth SIG meghatározza az alap UUID-t: 0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB. Szabványos 16 bites szolgáltatások esetén ebbe a maszkba kerül behelyettesítésre az UUID érték: például 0x180F 0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB lesz. Az egyedi szolgáltatások teljesen független, a fejlesztő által generált UUID-t használnak.

Egyedi UUID létrehozásakor bármely UUID generátort (UUID v4) használhat. Egy véletlenszerű UUID v4 122 bit entrópiát biztosít, ami az ütközéseket gyakorlatilag lehetetlenné teszi. Ne használja a Bluetooth SIG alap UUID módosított verzióját egyedi szolgáltatásokhoz — ez megsérti a specifikációt.

Hogyan deklaráljunk szolgáltatást UUID-vel kódban

A szolgáltatás deklarálása UUID-vel a Peripheral oldalán történik a GATT szerver létrehozásakor. iOS-ben ehhez Core Bluetooth-t használnak, Androidban — android.bluetooth.le-t. Vizsgáljuk meg mindkét megközelítést.

iOS: Core Bluetooth

Swift-ben a szolgáltatás a CBMutableService segítségével jön létre az UUID megadásával, majd a jellemzők a CBMutableCharacteristic segítségével kerülnek hozzáadásra.

import CoreBluetooth

// Szabványos 16 bites UUID
let batteryServiceUUID = CBUUID("180F")

// Egyedi 128 bites UUID
let customServiceUUID = CBUUID("E20A39F4-73F5-4BC4-A12F-17D1AD07A961")

let service = CBMutableService(
    type: customServiceUUID,
    primary: true
)

// Jellemzők hozzáadása
service.characteristics = [characteristic]

// Szolgáltatás közzététele peripheralManager segítségével
peripheralManager.add(service)

Android: Bluetooth GATT Server

Android-ban a szolgáltatás a BluetoothGattServer és BluetoothGattService segítségével kerül regisztrálásra. Az UUID stringként kerül átadásra a java.util.UUID.fromString-ben.

import android.bluetooth.*;

// Egyedi szolgáltatás UUID
private static final UUID CUSTOM_SERVICE_UUID =
    UUID.fromString("E20A39F4-73F5-4BC4-A12F-17D1AD07A961");

BluetoothGattService service = new BluetoothGattService(
    CUSTOM_SERVICE_UUID,
    BluetoothGattService.SERVICE_TYPE_PRIMARY
);

// Jellemzők hozzáadása
service.addCharacteristic(characteristic);

// Regisztráció a GATT szerveren
gattServer.addService(service);

Szolgáltatások szkennelése UUID alapján

Szolgáltatás UUID alapján történő szkennelés lehetővé teszi a Central számára, hogy megtalálja a kívánt szolgáltatást nyújtó eszközöket anélkül, hogy az összes észlelt Peripheral-hez csatlakozna. A BLE reklámcsomag tartalmazhatja a szolgáltatás UUID-ek listáját, ami lehetővé teszi a Central számára az eszközök szűrését a szkennelési szakaszban.

iOS-ben a CBCentralManager a szolgáltatás UUID-je alapján szűrve szkenneli az eszközöket. Ez csökkenti az energiafogyasztást és felgyorsítja a kívánt eszközök észlelését.

import CoreBluetooth

let centralManager = CBCentralManager()

func scanForHeartRateMonitor() {
    let services: [CBUUID] = [
        CBUUID("180D") // Heart Rate Service
    ]
    centralManager.scanForPeripherals(
        withServices: services,
        options: nil
    )
}

// A delegate csak Heart Rate Service eszközöket fogad
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didDiscover peripheral: CBPeripheral,
    advertisementData: [String: Any],
    rssi RSSI: NSNumber
) {
    // a peripheral csak UUID 0x180D eszközökkel rendelkezik
}

Android-ban az UUID szerinti szűrés szintén támogatott a ScanFilter.Builder segítségével. Ez egy hatékony módja a keresési kör szűkítésének anélkül, hogy minden eszközhöz csatlakozni kellene.

import android.bluetooth.le.*;

ScanFilter filter = new ScanFilter.Builder()
    .setServiceUuid(
        new ParcelUuid(
            UUID.fromString("0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
        )
    )
    .build();

BluetoothLeScanner scanner = bluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
scanner.startScan(
    Collections.singletonList(filter),
    scanSettings,
    scanCallback
);

Több szolgáltatás egy eszközön

Egy BLE eszköz egyszerre több szolgáltatást is deklarálhat. Például egy fitnesz karkötő tartalmazhat Battery Service-t (0x180F), Heart Rate Service-t (0x180D) és egy egyedi szolgáltatást a felhővel való adatszinkronizáláshoz. Minden szolgáltatásnak saját UUID-je és saját jellemzőkészlete van.

Több szolgáltatás esetén fontos figyelembe venni a reklámcsomag korlátozását. A BLE reklámcsomag legfeljebb 31 bájt adatot tartalmazhat. Ha a szolgáltatás UUID-ek túl sok helyet foglalnak, előfordulhat, hogy néhány nem fér bele a reklámcsomagba. Ebben az esetben scan response használatos — a második csomag, amelyet a Central kérésére küldenek.

A Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) szerint az elsődleges szolgáltatások maximális száma egy GATT szerveren nincs korlátozva a specifikáció által, de a gyakorlatban az eszköz memóriája és a teljesítménykövetelmények korlátozzák. Beágyazott eszközök esetén 256 KB flash memóriával legfeljebb 5–10 szolgáltatás ajánlott.