Service UUID: co to jest, format i gdzie jest stosowany

Czym jest Service UUID w BLE?

Service UUID — to identyfikator, który jest przypisywany usłudze GATT Bluetooth Low Energy w celu jej jednoznacznego rozpoznawania przez inne urządzenia. W architekturze BLE każda usługa stanowi logiczną grupę charakterystyk połączonych wspólną funkcją. Na przykład usługa Battery Service zawiera charakterystykę Battery Level, która przekazuje bieżący poziom naładowania baterii.

Bluetooth SIG (Special Interest Group) zarządza rejestrem standardowych 16-bitowych UUID, które są przypisywane najczęściej spotykanym usługom. Pozwala to urządzeniom różnych producentów rozpoznawać wzajemnie swoje usługi bez wcześniejszej konfiguracji. Fitness tracker dowolnej marki może zadeklarować Heart Rate Service z UUID 0x180D, a każdy smartfon zrozumie, że to usługa tętna.

Według Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), zakres 16-bitowych UUID (0x0000–0xFFFF) jest podzielony na dwie części: od 0x0001 do 0xFFFE — standardowe usługi Bluetooth SIG, a 0xFFFF jest zarezerwowany. Jeśli programista potrzebuje unikalnej usługi, której nie ma w rejestrze SIG, używa 128-bitowego UUID.

Różnica między standardowym a niestandardowym UUID nie polega tylko na długości: 16-bitowe UUID oszczędzają czas antenowy pakietu reklamowego, ponieważ są przesyłane jako 2 bajty zamiast 16 bajtów. Dla urządzeń z ostrymi ograniczeniami rozmiaru pakietu advertisingowego (do 31 bajtów) jest to krytyczne.

Standardowe i niestandardowe UUID

Standardowe 16-bitowe UUID obejmują główne kategorie urządzeń BLE: czujniki medyczne, fitness trackery, elektronikę noszoną i akcesoria. Jeśli urządzenie realizuje standardową funkcję — programiście zaleca się użycie odpowiedniego UUID z rejestru Bluetooth SIG dla maksymalnej kompatybilności.

Oto kilka przykładów standardowych UUID usług:

Niestandardowe 128-bitowe UUID są niezbędne, gdy urządzenie zapewnia unikalną funkcjonalność. Na przykład producent inteligentnego zamka tworzy własną usługę Lock Control z UUID postaci XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX. Taki UUID gwarantuje brak konfliktów z innymi usługami, ponieważ przestrzeń 128-bitowych wartości jest praktycznie niewyczerpana.

Format 128-bitowego UUID

128-bitowy UUID jest zapisywany w standardowym formacie UUID RFC 4122: osiem znaków szesnastkowych, myślnik, cztery, myślnik, cztery, myślnik, cztery, myślnik, dwanaście znaków. Dla BLE używana jest wersja, w której podstawowa część UUID Bluetooth SIG ma ustalone bity.

Bluetooth SIG definiuje podstawowy UUID: 0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB. Dla standardowych 16-bitowych usług do tej maski podstawiana jest wartość UUID: na przykład 0x180F zamienia się w 0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB. Niestandardowe usługi używają całkowicie niezależnego UUID, wygenerowanego przez programistę.

Podczas tworzenia niestandardowego UUID można użyć dowolnego generatora UUID (UUID v4). Losowy UUID v4 zapewnia 122 bity entropii, co sprawia, że kolizje są praktycznie niemożliwe. Nie używaj zmodyfikowanej wersji podstawowego UUID Bluetooth SIG dla niestandardowych usług — narusza to specyfikację.

Jak zadeklarować usługę z UUID w kodzie

Deklaracja usługi z UUID jest wykonywana po stronie Peripheral podczas tworzenia serwera GATT. W iOS używa się do tego Core Bluetooth, w Android — android.bluetooth.le. Omówimy oba podejścia.

iOS: Core Bluetooth

W Swift usługa jest tworzona przez CBMutableService z podaniem UUID, po czym dodaje się do niej charakterystyki przez CBMutableCharacteristic.

import CoreBluetooth

// Standardowy 16-bitowy UUID
let batteryServiceUUID = CBUUID("180F")

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

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

// Dodaj charakterystyki
service.characteristics = [characteristic]

// Opublikuj usługę przez peripheralManager
peripheralManager.add(service)

Android: Bluetooth GATT Server

Na Android usługa jest rejestrowana przez BluetoothGattServer i BluetoothGattService. UUID jest przekazywane jako ciąg znaków w java.util.UUID.fromString.

import android.bluetooth.*;

// Niestandardowy UUID usługi
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
);

// Dodaj charakterystyki
service.addCharacteristic(characteristic);

// Zarejestruj na serwerze GATT
gattServer.addService(service);

Skanowanie usług według UUID

Skanowanie według Service UUID pozwala Central znajdować urządzenia oferujące potrzebną usługę bez łączenia się ze wszystkimi wykrytymi Peripheral. Pakiet reklamowy BLE może zawierać listę UUID usług, co umożliwia Central filtrowanie urządzeń na etapie skanowania.

W iOS CBCentralManager skanuje urządzenia z filtrem według UUID usługi. Zmniejsza to zużycie energii i przyspiesza wykrywanie potrzebnych urządzeń.

import CoreBluetooth

let centralManager = CBCentralManager()

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

// Delegat otrzymuje tylko urządzenia Heart Rate Service
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didDiscover peripheral: CBPeripheral,
    advertisementData: [String: Any],
    rssi RSSI: NSNumber
) {
    // peripheral ma tylko urządzenia z UUID 0x180D
}

Na Android filtrowanie według UUID jest również obsługiwane przez ScanFilter.Builder. Jest to skuteczny sposób zawężenia zakresu wyszukiwania bez łączenia się z każdym urządzeniem.

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
);

Wiele usług na jednym urządzeniu

Jedno urządzenie BLE może deklarować wiele usług jednocześnie. Na przykład opaska fitness może zawierać Battery Service (0x180F), Heart Rate Service (0x180D) i niestandardową usługę synchronizacji danych z chmurą. Każda usługa ma własny UUID i własny zestaw charakterystyk.

W przypadku wielu usług ważne jest uwzględnienie ograniczenia pakietu reklamowego. Pakiet advertisingowy BLE może zawierać do 31 bajtów danych. Jeśli UUID usług zajmują zbyt dużo miejsca, niektóre z nich mogą nie zmieścić się w pakiecie reklamowym. W takim przypadku używana jest scan response — drugi pakiet wysyłany na żądanie Central.

Według Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), maksymalna liczba podstawowych usług na jednym serwerze GATT nie jest ograniczona przez specyfikację, ale w praktyce jest ograniczona pamięcią urządzenia i wymaganiami wydajnościowymi. Dla urządzeń wbudowanych z 256 KB pamięci flash zaleca się nie więcej niż 5–10 usług.