Characteristic: o que é, tipos de dados e leitura de valores

O que é uma Characteristic em BLE?

Uma Characteristic é um atributo do protocolo GATT que contém um valor e metadados. Na arquitetura BLE, os dados não são transferidos diretamente entre dispositivos, mas sim pela leitura e gravação dos valores das características do serviço. Se um serviço é uma pasta, então uma Characteristic é um arquivo dentro dessa pasta.

Cada Characteristic consiste em três componentes: declaração (declaration), valor (value) e descritores (descriptors). A declaração contém o UUID da característica e suas propriedades. O valor são os dados reais transferidos entre Central e Peripheral. Os descritores fornecem configuração adicional.

De acordo com a Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), todas as trocas de dados em BLE ocorrem através de operações sobre características. Até perfis padrão como Heart Rate Profile ou Battery Service são construídos sobre um conjunto de características com UUIDs predefinidos. Isso garante a compatibilidade de dispositivos de diferentes fabricantes sem configuração prévia.

É importante que o desenvolvedor entenda: cada Characteristic pode suportar diferentes combinações de propriedades. Uma característica pode ser somente leitura, outra para gravação, uma terceira para notificações. A escolha correta das propriedades determina o cenário de uso e o consumo de energia do dispositivo.

Propriedades e permissões da Characteristic

As propriedades (properties) de uma característica definem quais operações são permitidas sobre ela. É uma máscara de bytes onde cada bit ativa ou desativa uma operação específica. Abaixo estão listadas as principais propriedades.

As permissões (permissions) são o nível de acesso no nível do servidor GATT. Diferente das propriedades, que são declaradas na declaração da característica, as permissões são verificadas em cada operação. Elas podem incluir requisitos de criptografia e autenticação.

Características padrão Bluetooth SIG

A Bluetooth SIG especificou mais de 500 características padrão que cobrem a maioria dos casos de uso comuns do BLE. O uso de UUIDs padrão garante que qualquer dispositivo receptor interprete corretamente os dados sem configuração prévia.

Estas são as características padrão mais utilizadas:

Se uma característica padrão existente cobre sua tarefa, use-a. Isso simplifica a certificação Bluetooth e melhora a compatibilidade com o ecossistema. Crie características personalizadas apenas para dados únicos que não estejam no registro SIG.

Como criar uma Characteristic no iOS e Android

Criar uma característica é feito no lado do Peripheral — o dispositivo que fornece os dados. Vamos ver as implementações no iOS (Swift) e Android (Java).

iOS: CBMutableCharacteristic

O Core Bluetooth fornece a classe CBMutableCharacteristic para criar uma característica com UUID, propriedades e valor inicial.

import CoreBluetooth

let characteristicUUID = CBUUID("2A19") // Característica de nível de bateria

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

// Atualizar valor ao alterar
let batteryData = Data([batteryLevel]) // uint8
peripheralManager.updateValue(
    batteryData,
    for: characteristic,
    onSubscribedCentrals: nil
)

Android: BluetoothGattCharacteristic

No Android, uma característica é criada usando BluetoothGattCharacteristic com UUID, propriedades e permissões.

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
    );

// Definir o valor
characteristic.setValue(batteryLevel, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
gattServer.notifyCharacteristicChanged(device, characteristic, false);

Leitura, escrita e notificações

As operações sobre uma Characteristic se dividem em três tipos: leitura (read), escrita (write) e notificações (notify/indicate). A escolha depende do cenário: dados sob demanda são lidos, comandos são escritos, dados em fluxo se inscrevem em notificações.

Read: o Central envia uma solicitação para ler o valor da característica. O Peripheral responde com o valor atual. A operação é síncrona e requer uma solicitação explícita de cada lado. Usada para dados que mudam raramente: versão do firmware, número de série, configurações.

Write: o Central envia dados para o Peripheral. Há dois modos: Write with Response (confirmação do Peripheral) e Write Without Response (sem confirmação). Write with Response garante a entrega — o Peripheral envia uma confirmação após a gravação. Write Without Response é mais rápido mas não garante a entrega.

Notify e Indicate: o Peripheral inicia a transmissão de dados para o Central. No Notify, os dados são enviados sem confirmação — se o Central não receber o pacote, ele é perdido. No Indicate, o Central envia uma confirmação (nível PDU), garantindo a entrega. Indicate é mais lento mas mais confiável. Para se inscrever em notificações, o Central grava o valor 0x0001 no CCCD (Client Characteristic Configuration Descriptor).

MTU e tamanho dos dados transferidos

MTU (Maximum Transmission Unit) define o tamanho máximo de um único pacote de dados BLE. Por padrão, o MTU é de 23 bytes, dos quais 3 bytes são o cabeçalho — a carga útil (ATT payload) é de 20 bytes. Isso é suficiente para a maioria dos dados de sensores, mas não para transferências de arquivos ou grandes configurações.

A Bluetooth Core Specification 5.4 suporta negociação de MTU — o Central e o Peripheral podem concordar com um tamanho de pacote maior de até 517 bytes. O processo funciona assim: o Central envia uma solicitação MTU Exchange com seu MTU proposto; o Peripheral responde com seu MTU; o menor dos dois valores é usado.

// iOS solicita MTU ao conectar
// MTU máximo no iOS é 185 bytes
func peripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral,
    didDiscoverServices error: Error?
) {
    // Solicitar MTU para periférico específico
    peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse)
}

De acordo com a Bluetooth SIG (2023), aumentar o MTU de 23 para 185 bytes reduz a sobrecarga de transmissão de dados em até 80% devido à redução do número de pacotes. Para aplicações que transmitem leituras de alta frequência (como ECG ou acelerômetro), o aumento do MTU é crítico para a estabilidade do fluxo.