Peripheral — что это, роль в BLE и как рекламирует сервисы

Что такое Peripheral в BLE?

Peripheral — это устройство BLE, которое реализует GATT-сервер и рекламирует свои возможности через advertising-каналы. В отличие от Central, которое активно ищет устройства, Peripheral пассивно ожидает подключения. Это асимметричная модель, оптимизированная для энергоэффективности устройств с батарейным питанием.

Peripheral может находиться в нескольких режимах: advertising (реклама), connected (подключён к Central), sleeping (сон с отключённой рекламой). В режиме advertising Peripheral периодически отправляет короткие пакеты данных, потребляя при этом минимальную энергию. После подключения Peripheral переходит в connected mode, где обменивается данными с Central согласно согласованному connection interval.

По данным Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), устройство может динамически переключаться между ролями Peripheral и Central, но в каждый момент времени для одного соединения роль фиксирована. Типичный сценарий: IoT-датчик постоянно работает в роли Peripheral, а смартфон управляет подключением как Central.

Разработчику важно понимать: Peripheral определяет, какие сервисы и характеристики доступны, и управляет доступом к ним. Структура GATT-сервера на Peripheral определяет, какие данные может читать Central и какие команды может записывать.

Процесс рекламы (Advertising)

Advertising (реклама) — это механизм, с помощью которого Peripheral сообщает о своём присутствии. Peripheral отправляет advertising-пакеты на трёх выделенных каналах (37, 38, 39) с интервалом от 20 мс до 10.24 секунд. Каждый рекламный пакет содержит фиксированную информацию и может включать опциональные данные.

Существует два типа рекламных пакетов: advertising PDU (основной пакет) и scan response PDU (ответ на запрос Central). Основной пакет содержит обязательные поля: тип пакета, адрес отправителя, данные. Если Central отправляет scan request, Peripheral отвечает дополнительным пакетом с более полной информацией — например, полным именем устройства.

Параметры advertising влияют на скорость обнаружения и энергопотребление. Advertising interval — время между отправкой пакетов. Чем короче интервал, тем быстрее Central обнаружит устройство, но тем больше энергии потребляет Peripheral. Рекомендуемый интервал: 100–1000 мс для большинства устройств.

Структура рекламного пакета

Рекламный пакет BLE имеет ограничение в 31 байт для advertising PDU и ещё 31 байт для scan response. Внутри пакета данные организованы в формате AD Structure (Advertising Data Structure): каждое поле имеет тип (1 байт), длину (1 байт) и значение.

Наиболее часто используемые AD Type: Flags (0x01) — режимы подключения и обнаружения, Local Name (0x08 или 0x09) — имя устройства, Service UUID List (0x02–0x07) — список UUID сервисов, Manufacturer Specific Data (0xFF) — данные производителя. Правильная упаковка данных в 31-байтный пакет — важная задача разработчика встраиваемых устройств.

Для устройств, которым нужно передать больше данных, существует extended advertising (BLE 5.0+), который увеличивает размер рекламного пакета до 251 байта и добавляет новые типы пакетов. Extended advertising также поддерживает каналы с кодированием (coded PHY) для увеличения дальности до 1 км на открытой местности.

При проектировании рекламного пакета учитывайте: чем больше данных в advertising-пакете, тем выше вероятность коллизии с другими устройствами. Для быстрого обнаружения рекомендуется помещать только критичные данные (Service UUID) в advertising PDU, а дополнительные данные — в scan response.

Peripheral как GATT-сервер

GATT-сервер на Peripheral содержит все сервисы и характеристики, которые Central может обнаружить и с которыми может взаимодействовать. После подключения Central обнаруживает сервисы (discover services), затем характеристики (discover characteristics) и взаимодействует с ними через GATT-протокол.

Peripheral как GATT-сервер должен корректно обрабатывать запросы от Central: чтение (read request), запись (write request), уведомления (notification) и подтверждённые уведомления (indication). Каждый запрос проходит через GATT-таблицу, где каждому атрибуту (сервису, характеристике, дескриптору) соответствует Handle — 16-битный адрес.

Разработчик Peripheral определяет права доступа к каждому атрибуту: только чтение, только запись, чтение и запись, с шифрованием или без. Для конфиденциальных данных (персональная информация, медицинские показатели) рекомендуется включать требование шифрования через MITM Protection.

Peripheral в iOS: CBPeripheralManager

CBPeripheralManager — класс Core Bluetooth для реализации роли Peripheral на iOS. Он управляет GATT-сервером, публикует сервисы и характеристики, обрабатывает запросы от Central. В отличие от CBCentralManager, CBPeripheralManager не сканирует — он только рекламирует и обслуживает подключения.

Основные шаги реализации Peripheral на iOS: инициализация CBPeripheralManager, добавление сервисов через add, запуск рекламы через startAdvertising, обработка запросов от Central через делегат CBPeripheralManagerDelegate.

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 позволяет Peripheral работать в фоновом режиме при наличии ключа bluetooth-peripheral в Background Modes. В фоне iOS может рекламироваться с ограниченным набором данных и обслуживать подключения. Для длительной рекламы (более 180 секунд) используйте опцию CBAdvertisementDataWaitForResponseFromCentral для экономии энергии.

Peripheral в Android: BluetoothLeAdvertiser

Android предоставляет BluetoothLeAdvertiser для работы в роли Peripheral (начиная с API 21). API позволяет запускать рекламу с настраиваемыми параметрами: мощность передатчика, интервал рекламы, данные пакета. Android также поддерживает extended advertising (BLE 5.0) на совместимых устройствах.

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
    );
}

На Android поддержка Peripheral зависит от производителя и версии ОС. Не все устройства поддерживают BluetoothLeAdvertiser — проверяйте через adapter.isMultipleAdvertisementSupported(). Начиная с Android 10, для работы в роли Peripheral требуется разрешение BLUETOOTH_ADVERTISE, а также runtime-запрос для приложений с target SDK 31+.

Энергоэффективность Peripheral

Энергоэффективность — ключевое преимущество BLE, и Peripheral играет в этом главную роль. Устройство может работать от батарейки CR2032 (220 мАч) более года благодаря оптимизированному энергопотреблению. Большую часть времени Peripheral проводит в режиме сна с отключённой рекламой, просыпаясь только для отправки рекламного пакета или обработки запроса от Central.

Энергопотребление Peripheral в разных режимах: режим сна (deep sleep) — 1–5 мкА, idle с включённым таймером — 10–50 мкА, advertising — 5–15 мА (на время отправки пакета), connected — 5–10 мА (на время connection event). При advertising interval 1000 мс и длительности пакета 4 мс, средний ток составляет около 50–100 мкА.

По данным Texas Instruments Application Report (SWRA478, 2024), оптимизация advertising interval с 100 мс до 1000 мс снижает среднее энергопотребление на 90%. Дополнительная экономия достигается использованием slave latency (пропуск connection events), уменьшением Tx Power при коротких расстояниях и отключением рекламы после подключения (connectable advertising).