Peripheral — vad är det, roll i BLE och hur det annonserar tjänster

Vad är Peripheral i BLE?

Peripheral — är en BLE-enhet som implementerar en GATT-server och annonserar sina möjligheter via advertising-kanaler. Till skillnad från Central, som aktivt söker efter enheter, väntar Peripheral passivt på anslutning. Detta är en asymmetrisk modell som är optimerad för energieffektivitet hos batteridrivna enheter.

Peripheral kan vara i flera lägen: advertising (annonsering), connected (ansluten till Central), sleeping (sömn med annonsering avstängd). I advertising-läget skickar Peripheral periodiskt korta datapaket med minimal strömförbrukning. Efter anslutning går Peripheral till connected-läget, där den utbyter data med Central enligt det överenskomna connection-intervallet.

Enligt Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) kan en enhet dynamiskt växla mellan rollerna Peripheral och Central, men varje ögonblick är rollen för en anslutning fast. Ett typiskt scenario: en IoT-sensor arbetar ständigt i Peripheral-rollen och en smartphone hanterar anslutningen som Central.

Det är viktigt för utvecklaren att förstå: Peripheral bestämmer vilka tjänster och egenskaper som är tillgängliga och hanterar åtkomsten till dem. Strukturen på GATT-servern på Peripheral bestämmer vilka data Central kan läsa och vilka kommandon den kan skriva.

Annonseringsprocessen (Advertising)

Advertising (annonsering) — är mekanismen genom vilken Peripheral meddelar sin närvaro. Peripheral skickar advertising-paket på tre dedikerade kanaler (37, 38, 39) med ett intervall från 20 ms till 10.24 sekunder. Varje annonseringspaket innehåller fast information och kan inkludera valfria data.

Det finns två typer av annonseringspaket: advertising PDU (huvudpaket) och scan response PDU (svar på Central-förfrågan). Huvudpaketet innehåller obligatoriska fält: pakettyp, avsändarens adress, data. Om Central skickar en skanningsförfrågan (scan request) svarar Peripheral med ett extra paket som innehåller mer fullständig information — till exempel enhetens fullständiga namn.

Advertising-parametrar påverkar detekteringshastigheten och strömförbrukningen. Advertising-intervall — tiden mellan paketsändningar. Ju kortare intervall, desto snabbare upptäcker Central enheten, men desto mer energi förbrukar Peripheral. Rekommenderat intervall: 100–1000 ms för de flesta enheter.

Struktur för annonseringspaket

BLE-annonseringspaketet har en begränsning på 31 byte för advertising PDU och ytterligare 31 byte för scan response. Inuti paketet är data organiserade i AD Structure-format (Advertising Data Structure): varje fält har en typ (1 byte), längd (1 byte) och värde.

De mest använda AD Type: Flags (0x01) — anslutnings- och detekteringslägen, Local Name (0x08 eller 0x09) — enhetens namn, Service UUID List (0x02–0x07) — lista över tjänsters UUID, Manufacturer Specific Data (0xFF) — tillverkningsdata. Korrekt packning av data i ett 31-byte-paket är en viktig uppgift för utvecklaren av inbäddade enheter.

För enheter som behöver skicka mer data finns extended advertising (BLE 5.0+), som ökar annonseringspaketets storlek till 251 byte och lägger till nya pakettyper. Extended advertising stöder även kodade kanaler (coded PHY) för att öka räckvidden upp till 1 km på öppen yta.

När du utformar annonseringspaketet, tänk på: ju mer data i advertising-paketet, desto högre är sannolikheten för kollision med andra enheter. För snabb detektering rekommenderas att endast placera kritiska data (Service UUID) i advertising PDU och ytterligare data i scan response.

Peripheral som GATT-server

GATT-servern på Peripheral innehåller alla tjänster och egenskaper som Central kan upptäcka och interagera med. Efter anslutning upptäcker Central tjänster (discover services), sedan egenskaper (discover characteristics) och interagerar med dem via GATT-protokollet.

Peripheral som GATT-server måste korrekt behandla förfrågningar från Central: läsning (read request), skrivning (write request), notifieringar (notification) och bekräftade notifieringar (indication). Varje begäran passerar genom GATT-tabellen, där varje attribut (tjänst, egenskap, beskrivning) motsvarar ett Handle — en 16-bitars adress.

Utvecklaren av Peripheral bestämmer åtkomsträttigheterna för varje attribut: endast läsning, endast skrivning, läsning och skrivning, med eller utan kryptering. För konfidentiella data (personlig information, medicinska parametrar) rekommenderas att kräva kryptering via MITM Protection.

Peripheral i iOS: CBPeripheralManager

CBPeripheralManager — Core Bluetooth-klassen för att implementera Peripheral-rollen på iOS. Den hanterar GATT-servern, publicerar tjänster och egenskaper, behandlar förfrågningar från Central. Till skillnad från CBCentralManager skannar CBPeripheralManager inte — den annonserar bara och betjänar anslutningar.

Huvudstegen för att implementera Peripheral på iOS: initiera CBPeripheralManager, lägga till tjänster via add, starta annonsering via startAdvertising, behandla förfrågningar från Central via delegaten 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 tillåter Peripheral att arbeta i bakgrundsläge när bluetooth-peripheral-nyckeln finns i Background Modes. I bakgrunden kan iOS annonsera med en begränsad datamängd och betjäna anslutningar. För långvarig annonsering (mer än 180 sekunder), använd alternativet CBAdvertisementDataWaitForResponseFromCentral för att spara energi.

Peripheral i Android: BluetoothLeAdvertiser

Android tillhandahåller BluetoothLeAdvertiser för arbete i Peripheral-rollen (från API 21). API:et gör det möjligt att starta annonsering med konfigurerbara parametrar: sändareffekt, annonseringsintervall, paketdata. Android stöder även extended advertising (BLE 5.0) på kompatibla enheter.

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
    );
}

På Android beror stödet för Peripheral på tillverkaren och OS-versionen. Alla enheter stöder inte BluetoothLeAdvertiser — kontrollera via adapter.isMultipleAdvertisementSupported(). Från och med Android 10 krävs behörigheten BLUETOOTH_ADVERTISE för att arbeta i Peripheral-rollen, samt en körningsförfrågan för appar med target SDK 31+.

Energieffektivitet för Peripheral

Energieffektivitet — den viktigaste fördelen med BLE, och Peripheral spelar huvudrollen i detta. Enheten kan fungera på ett CR2032-batteri (220 mAh) i mer än ett år tack vare optimerad strömförbrukning. Peripheral tillbringar större delen av tiden i sömnläge med avstängd annonsering och vaknar bara för att skicka ett annonseringspaket eller behandla en förfrågan från Central.

Strömförbrukningen för Peripheral i olika lägen: sömnläge (deep sleep) — 1–5 µA, idle med timer påslagen — 10–50 µA, advertising — 5–15 mA (under paketsändning), connected — 5–10 mA (under connection event). Vid advertising-intervall 1000 ms och paketvaraktighet 4 ms är medelströmmen cirka 50–100 µA.

Enligt Texas Instruments Application Report (SWRA478, 2024) minskar optimering av advertising-intervallet från 100 ms till 1000 ms den genomsnittliga strömförbrukningen med 90%. Ytterligare besparingar uppnås genom att använda slave latency (hoppa över connection events), minska Tx Power på korta avstånd och stänga av annonsering efter anslutning (connectable advertising).