Characteristic: nedir, veri türleri ve değer okuma

BLE’de Characteristic Nedir?

Characteristic, bir değer ve meta veri içeren GATT protokolünün bir özniteliğidir. BLE mimarisinde veriler doğrudan cihazlar arasında aktarılmaz, hizmetin karakteristik değerlerinin okunması ve yazılması yoluyla aktarılır. Bir hizmet bir klasörse, Characteristic o klasör içindeki bir dosyadır.

Her Characteristic üç bileşenden oluşur: beyan (declaration), değer (value) ve tanımlayıcılar (descriptors). Beyan, karakteristiğin UUID’sini ve özelliklerini içerir. Değer, Central ve Peripheral arasında aktarılan gerçek verilerdir. Tanımlayıcılar ek yapılandırma sağlar.

Bluetooth Core Specification 5.4 (2023)’e göre, BLE’deki tüm veri alışverişleri karakteristikler üzerindeki işlemler yoluyla gerçekleşir. Heart Rate Profile veya Battery Service gibi standart profiller bile önceden tanımlanmış UUID’lere sahip bir dizi karakteristik üzerine inşa edilmiştir. Bu, farklı üreticilerin cihazlarının ön yapılandırma olmadan uyumluluğunu sağlar.

Geliştiricinin şunu anlaması önemlidir: her Characteristic farklı özellik kombinasyonlarını destekleyebilir. Bir karakteristik yalnızca okuma için, diğeri yazma için, üçüncüsü bildirimler için olabilir. Özelliklerin doğru seçimi, kullanım senaryosunu ve cihazın güç tüketimini belirler.

Characteristic Özellikleri ve İzinleri

Bir karakteristiğin özellikleri (properties), üzerinde hangi işlemlerin izin verildiğini tanımlar. Her bir bitin belirli bir işlemi etkinleştirdiği veya devre dışı bıraktığı bir bayt maskesidir. Aşağıda temel özellikler listelenmiştir.

İzinler (permissions), GATT sunucu düzeyindeki erişim seviyesidir. Karakteristik beyanında bildirilen özelliklerin aksine, izinler her işlemde kontrol edilir. Şifreleme ve kimlik doğrulama gereksinimlerini içerebilirler.

Bluetooth SIG Standart Karakteristikleri

Bluetooth SIG, en yaygın BLE kullanım durumlarının çoğunu kapsayan 500’den fazla standart karakteristik belirlemiştir. Standart UUID’lerin kullanımı, herhangi bir alıcı cihazın ön yapılandırma olmadan verileri doğru şekilde yorumlamasını sağlar.

En sık kullanılan standart karakteristikler şunlardır:

Mevcut bir standart karakteristik görevinizi kapsıyorsa, onu kullanın. Bu, Bluetooth sertifikasyonunu basitleştirir ve ekosistem uyumluluğunu artırır. Yalnızca SIG kaydında bulunmayan benzersiz veriler için özel karakteristikler oluşturun.

iOS ve Android’de Characteristic Oluşturma

Bir karakteristik oluşturma, verileri sağlayan cihaz olan Peripheral tarafında yapılır. iOS (Swift) ve Android (Java)’daki uygulamalara bakalım.

iOS: CBMutableCharacteristic

Core Bluetooth, bir UUID, özellikler ve başlangıç değeri ile bir karakteristik oluşturmak için CBMutableCharacteristic sınıfını sağlar.

import CoreBluetooth

let characteristicUUID = CBUUID("2A19") // Pil seviyesi özelliği

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

// Değişiklikte değeri güncelle
let batteryData = Data([batteryLevel]) // uint8
peripheralManager.updateValue(
    batteryData,
    for: characteristic,
    onSubscribedCentrals: nil
)

Android: BluetoothGattCharacteristic

Android’de, bir karakteristik UUID, özellikler ve izinler ile BluetoothGattCharacteristic kullanılarak oluşturulur.

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
    );

// Değeri ayarla
characteristic.setValue(batteryLevel, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
gattServer.notifyCharacteristicChanged(device, characteristic, false);

Okuma, Yazma ve Bildirimler

Bir Characteristic üzerindeki işlemler üç türe ayrılır: okuma (read), yazma (write) ve bildirimler (notify/indicate). Seçim senaryoya bağlıdır: talep üzerine veriler okunur, komutlar yazılır, akış verileri bildirimlere abone olur.

Read: Central, karakteristik değerini okumak için bir istek gönderir. Peripheral mevcut değerle yanıt verir. İşlem eş zamanlıdır ve her iki taraftan açık bir istek gerektirir. Nadiren değişen veriler için kullanılır: ürün yazılımı sürümü, seri numarası, ayarlar.

Write: Central, Peripheral’e veri gönderir. İki mod vardır: Write with Response (Peripheral’den onay) ve Write Without Response (onaysız). Write with Response teslimatı garanti eder — Peripheral yazmadan sonra onay gönderir. Write Without Response daha hızlıdır ancak teslimatı garanti etmez.

Notify ve Indicate: Peripheral, Central’e veri iletimini başlatır. Notify’da veriler onaysız gönderilir — Central paketi alamazsa kaybolur. Indicate’te Central onay (PDU düzeyi) gönderir, teslimatı garanti eder. Indicate daha yavaş ancak daha güvenilirdir. Bildirimlere abone olmak için Central, CCCD’ye (Client Characteristic Configuration Descriptor) 0x0001 değerini yazar.

MTU ve Aktarılan Veri Boyutu

MTU (Maximum Transmission Unit), tek bir BLE veri paketinin maksimum boyutunu tanımlar. Varsayılan olarak MTU 23 bayttır ve bunun 3 baytı başlıktır — yük (ATT payload) 20 bayttır. Bu, çoğu sensör verisi için yeterlidir ancak dosya aktarımı veya büyük yapılandırmalar için yeterli değildir.

Bluetooth Core Specification 5.4, MTU pazarlığını (MTU negotiation) destekler — Central ve Peripheral, 517 bayta kadar daha büyük bir paket boyutu üzerinde anlaşabilir. Süreç şöyle çalışır: Central, önerilen MTU’su ile bir MTU Exchange isteği gönderir; Peripheral kendi MTU’su ile yanıt verir; iki değerden küçük olanı kullanılır.

// iOS bağlantıda MTU ister
// iOS’te maksimum MTU 185 bayttır
func peripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral,
    didDiscoverServices error: Error?
) {
    // Belirli bir çevre birimi için MTU iste
    peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse)
}

Bluetooth SIG (2023)’e göre, MTU’yu 23’ten 185 bayta çıkarmak, daha az paket sayesinde veri iletim yükünü %80’e kadar azaltır. Yüksek frekanslı okumalar ileten uygulamalar için (örn. EKG veya ivmeölçer), MTU artışı akış kararlılığı için kritiktir.