CBCentralManager w iOS — co to jest, zarządzanie BLE i Core Bluetooth

Co to jest CBCentralManager?

CBCentralManager — to główna klasa Core Bluetooth do implementacji roli Central w architekturze BLE na iOS. Zarządza całym cyklem życia połączenia BLE: od skanowania reklamujących się urządzeń po przesyłanie danych i rozłączanie. CBCentralManager działa asynchronicznie przez delegata CBCentralManagerDelegate, powiadamiając aplikację o zdarzeniach w stosie Bluetooth.

Inicjalizacja CBCentralManager uruchamia proces state restoration: menedżer sprawdza stan Bluetooth na urządzeniu i przywraca poprzednie połączenia, jeśli aplikacja została zamknięta. Proces inicjalizacji może trwać od 50 do 500 ms w zależności od stanu Bluetooth. Aplikacja musi poczekać na wywołanie centralManagerDidUpdateState przed rozpoczęciem jakichkolwiek operacji BLE.

Architektura Core Bluetooth oparta jest na wzorcu Delegation: CBCentralManager deleguje obsługę zdarzeń (wykrywanie urządzeń, łączenie, błędy) do protokołu CBCentralManagerDelegate. Do pracy z konkretnym Peripheral używany jest protokół CBPeripheralDelegate, który powiadamia o wykryciu usług, charakterystyk i otrzymaniu danych. Taki asynchroniczny model zapewnia nieblokujące działanie UI.

Stany CBCentralManager

CBCentralManager przechodzi przez kilka stanów, które określają, czy stos BLE jest dostępny do pracy. Stan jest przekazywany przez delegata: centralManagerDidUpdateState(_:). Programista musi obsłużyć wszystkie stany — nie tylko poweredOn, ale także przypadki, gdy Bluetooth jest wyłączony lub niedostępny.

Unauthorized state staje się coraz częstszy od iOS 13+. Począwszy od tej wersji, aplikacja musi mieć uprawnienie NSBluetoothAlwaysUsageDescription w Info.plist. Bez niego centralny menedżer przechodzi w stan .unauthorized i skanowanie jest niemożliwe. Użytkownik może zmienić uprawnienia w Ustawieniach > Prywatność > Bluetooth w dowolnym momencie.

Skanowanie urządzeń BLE

scanForPeripherals(withServices:options:) — główna metoda do uruchamiania skanowania. Parametr withServices przyjmuje tablicę UUID usług do filtrowania: jeśli przekażesz nil, zostaną wykryte wszystkie urządzenia, co znacznie zwiększa zużycie energii. Zaleca się zawsze filtrować po UUID usług, które są potrzebne aplikacji. Opcje skanowania obejmują CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey (powtarzające się powiadomienia o tym samym urządzeniu).

import CoreBluetooth

class BLEController: NSObject,
    CBCentralManagerDelegate {

    private var centralManager: CBCentralManager!

    override init() {
        super.init()
        centralManager =
            CBCentralManager(
                delegate: self,
                queue: nil
            )
    }

    func startScanning() {
        let serviceUUID =
            CBUUID("180F") // Serwis Baterii

        centralManager.scanForPeripherals(
            withServices: [serviceUUID],
            options: [
                CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey: false
            ]
        )
    }
}

Po wykryciu urządzenia wywoływana jest centralManager(_:didDiscover:advertisementData:rssi:). Parametr advertisementData zawiera pełny słownik danych pakietu reklamowego, w tym nazwę urządzenia (CBAdvertisementDataLocalNameKey), UUID usług (CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey) i dane producenta (CBAdvertisementDataManufacturerDataKey). RSSI — poziom sygnału w dBm, dostępny w momencie wykrycia.

Łączenie z Peripheral

connect(_:options:) — metoda do ustanawiania połączenia BLE z wykrytym Peripheral. Po wywołaniu connect iOS próbuje połączyć się z urządzeniem. Udane połączenie potwierdzane jest przez wywołanie centralManager(_:didConnect:), błąd — centralManager(_:didFailToConnect:error:). Opcje połączenia obejmują CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey, CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey i CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey dla powiadomień w tle.

// Połącz z urządzeniem BLE
func connectToPeripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral
) {
    centralManager.connect(peripheral, options: nil)

    // Ustaw delegata dla Peripheral
    peripheral.delegate = self
}

// Delegat: udane połączenie
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didConnect peripheral: CBPeripheral
) {
    print("Połączono z " +
          "\(peripheral.name ?? "unknown")")

    // Rozpocznij wykrywanie usług
    peripheral.discoverServices(nil)
}

// Delegat: błąd połączenia
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didFailToConnect peripheral: CBPeripheral,
    error: Error?
) {
    print("Connection failed: 
          \(error?.localizedDescription ?? "")")
}

Limit czasu połączenia na iOS wynosi 30 sekund. Jeśli w tym czasie urządzenie nie odpowiedziało na żądanie połączenia, wywoływane jest didFailToConnect. Na limit czasu wpływają: odległość do urządzenia, zakłócenia, czy urządzenie aktualnie się reklamuje. Przed połączeniem upewnij się, że urządzenie znajduje się w trybie connectable advertising (ADV_IND, a nie ADV_NONCONN_IND).

Wykrywanie usług i charakterystyk

Po połączeniu należy wykryć usługi (discoverServices) i charakterystyki (discoverCharacteristics) Peripheral. To obowiązkowy krok przed odczytem lub zapisem danych. Proces jest asynchroniczny: discoverServices zwraca wynik przez peripheral(_:didDiscoverServices:), a discoverCharacteristics — przez peripheral(_:didDiscoverCharacteristicsFor:error:).

Zaleca się przekazywanie w discoverServices tablicy interesujących UUID, a nie nil. Filtrowanie przyspiesza wykrywanie i oszczędza energię. Jeśli usługa nie zostanie znaleziona, iOS zgłosi pustą tablicę. Po wykryciu charakterystyk można odczytać ich wartości (readValue), subskrybować powiadomienia (setNotifyValue) lub zapisywać dane (writeValue).

Ważny niuans: MTU jest uzgadniane automatycznie po połączeniu. Aby uzyskać bieżące MTU, użyj peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse) lub .withoutResponse. W iOS maksymalne MTU to 512 bajtów dla urządzeń BLE 5.0. Jeśli potrzebujesz przesłać dane większe niż MTU, zaimplementuj fragmentację na poziomie aplikacji.

Skanowanie w tle i ograniczenia iOS

Skanowanie w tle urządzeń BLE na iOS wymaga specjalnej konfiguracji. Core Bluetooth obsługuje background execution, ale ze znacznymi ograniczeniami. Do pracy w tle konieczne jest: włączenie bluetooth-central w Background Modes w Capabilities projektu, inicjalizacja CBCentralManager z opcją CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey dla state restoration oraz obsługa zdarzeń centralnego menedżera przy przejściu w tło.

Ograniczenia BLE w tle w iOS: scanForPeripherals bez filtrowania po UUID nie działa w tle. Aplikacja musi określać konkretne UUID usług do skanowania. iOS może opóźniać dostarczanie zdarzeń BLE na nieokreślony czas. Core Bluetooth automatycznie wznawia skanowanie po wykryciu pasującego urządzenia, nawet jeśli aplikacja jest w tle. Limit czasu skanowania w tle: iOS może zatrzymać skanowanie po 10–30 minutach w celu oszczędzania energii.

State Restoration — mechanizm Core Bluetooth, który pozwala przywrócić połączenia BLE po ponownym uruchomieniu aplikacji lub restarcie iOS. Aby go użyć: podaj CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey przy inicjalizacji, zaimplementuj centralManager(_:willRestoreState:) w delegacie i przywróć listę podłączonych Peripheral z przekazanego słownika. State Restoration — krytyczna funkcjonalność dla aplikacji BLE działających w tle, np. trackerów fitness lub urządzeń medycznych.

Obsługa błędów i przywracanie połączenia

CBCentralManager generuje błędy w kilku scenariuszach: połączenie nie powiodło się (didFailToConnect), połączenie zostało zerwane (didDisconnectPeripheral), charakterystyka jest niedostępna do odczytu/zapisu (didWriteValue error). Wszystkie błędy Core Bluetooth są zwracane przez obiekt Error z domeną CBErrorDomain. Najczęstsze kody: CBErrorConnectionTimeout (0x04), CBErrorPeripheralDisconnected (0x07), CBErrorOperationNotSupported (0x0A).

Strategia przywracania połączenia: po otrzymaniu didDisconnectPeripheral sprawdź kod błędu. Jeśli błąd to CBErrorConnectionTimeout lub CBErrorPeripheralDisconnected — zaplanuj automatyczne ponowne połączenie za 1–5 sekund. Jeśli błąd to CBErrorOperationNotSupported — zaloguj i nie próbuj powtarzać operacji. W przypadku krytycznych połączeń (urządzenia medyczne) użyj exponential backoff z maksymalnym interwałem 60 sekund.

// Obsługa rozłączenia z auto-ponownym łączeniem
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral,
    error: Error?
) {
    guard let error = error else {
        return // Oczekiwane rozłączenie
    }

    print("Disconnected: \(error.localizedDescription)")

    // Automatyczne ponowne łączenie
    if shouldAutoReconnect {
        DispatchQueue.main.asyncAfter(
            deadline: .now() + reconnectDelay
        ) {
            central.connect(peripheral)
        }
    }
}

Podczas tworzenia niezawodnej aplikacji BLE na iOS uwzględnij: Core Bluetooth nie gwarantuje dostarczenia wszystkich pakietów przy słabym sygnale. Do niezawodnego przesyłania używaj writeType .withResponse (potwierdzony zapis) i subskrybuj powiadomienia (setNotifyValue), aby otrzymywać dane od Peripheral. Prowadź dziennik błędów do diagnozowania problemów z połączeniem w produkcji.