Bluetooth та BLE: що це таке, відмінність Classic від Low Energy та як працює

Що таке Bluetooth та BLE?

Bluetooth — це стандарт бездротової персональної мережі (WPAN), що працює в ISM-діапазоні 2.4 ГГц та призначений для зв'язку пристроїв на відстані до 100 метрів. Специфікація IEEE 802.15.1 визначає фізичний та MAC-рівні, а стек Bluetooth SIG — профілі верхнього рівня для конкретних сценаріїв: аудіогарнітури (HSP), передачі файлів (OPP), введення з клавіатури (HID).

Стандарт розділився на дві гілки з версії 4.0 (2010 рік): Bluetooth Classic (BR/EDR — Basic Rate / Enhanced Data Rate) та Bluetooth Low Energy (BLE, раніше Bluetooth Smart). Classic орієнтований на безперервні потоки — аудіодзвінки, музику, файли. BLE створений для застосунків, де дані передаються короткими пакетами з паузами в десятки секунд або хвилин — пульсометри, мітки, датчики температури.

За даними Bluetooth SIG (2025), 99% нових смартфонів підтримують обидві версії, а екосистема BLE налічує понад 15 типів профілів від Blood Pressure до Environmental Sensing.

Bluetooth Classic vs BLE: порівняльна характеристика

Вибір між Classic та BLE визначається сценарієм: для потокової передачі аудіо підходить тільки Classic, для опитування датчика раз на годину — тільки BLE. BR/EDR використовує 79 каналів з кроком 1 МГц та адаптивну частотну модуляцію (AFH), забезпечуючи стійкість до перешкод Wi-Fi.

BLE 5.x додав LE Coded PHY для збільшення дальності до 1 км (на відкритій місцевості) та LE Audio з LC3-кодеком — нова версія поступово розмиває межу між Classic та BLE для аудіосценаріїв.

Архітектура BLE: Controller, Host та Application

Стек BLE розділений на три рівні: Controller (фізичний та link-рівні), Host (L2CAP, ATT, GATT, Security Manager) та Application (реалізація профілю в додатку). Такий поділ дозволяє виробнику чіпа реалізувати Controller у firmware, а розробнику мобільного додатку — працювати тільки з GATT-абстракціями.

Link Layer (LL) керує часом ефіру: пристрій перемикається між станами Standby, Advertising, Scanning, Initiating та Connection. У Connected-стані Central та Peripheral домовляються про connection interval — частоту, з якою обмінюються пакетами даних. Типовий інтервал — 7.5–1000 мс; чим частіше обмін, тим вища пропускна здатність та більше енергоспоживання.

Security Manager (SM) реалізує шифрування AES-128 з обміном ключами через протокол pairing. Розрізняють три режими: Just Works (без введення PIN), Passkey Entry (6-значний код на екрані) та OOB (NFC або QR). Для носимих пристроїв зазвичай використовується Just Works, для медичних — OOB з додатковою верифікацією.

За даними Bluetooth Core Specification 5.4 (2023), час встановлення захищеного з'єднання в режимі LE Secure Connections не перевищує 300 мс при connection interval 30 мс.

GATT-профіль: сервіси, характеристики та дескриптори

Протокол ATT (Attribute Protocol) — базова транспортна модель, в якій сервер (периферійний пристрій) зберігає атрибути, а клієнт (смартфон) читає або записує їх. GATT (Generic Attribute Profile) надбудовує над ATT ієрархію: Service → Characteristic → Descriptor.

Кожен сервіс — це логічна група характеристик, що описує одну функцію пристрою: Heart Rate Service (UUID 0x180D) містить характеристику Heart Rate Measurement (UUID 0x2A37) з Descriptor Client Characteristic Configuration (0x2902), що керує нотифікаціями. Розробник мобільного додатку отримує список сервісів через discoverServices(), потім знаходить потрібну характеристику за UUID та підписується на сповіщення.

BLE використовує 16-бітні UUID для стандартизованих сервісів Bluetooth SIG та 128-бітні UUID для кастомних сервісів виробника. Наприклад, чохол-трекер може визначити сервіс A000-… з характеристикою для передачі рівня заряду своєї батареї.

Приклад роботи з GATT на Kotlin (Android)

private val gattCallback = object BluetoothGattCallback() {
    override fun onServicesDiscovered(
        gatt: BluetoothGatt, status: Int
    ) {
        val service = gatt.getService(UUID.fromString("0000180d-0000-1000-8000-00805f9b34fb"))
        val char = service?.getCharacteristic(
            UUID.fromString("00002a37-0000-1000-8000-00805f9b34fb")
        )
        gatt.setCharacteristicNotification(char, true)
    }

    override fun onCharacteristicChanged(
        gatt: BluetoothGatt, char: BluetoothGattCharacteristic
    ) {
        val heartRate = char.getIntValue(BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 1)
        updateUi("Пульс: $heartRate уд/мин")
    }
}

У прикладі додаток знаходить сервіс Heart Rate за стандартним UUID Bluetooth SIG, отримує характеристику вимірювання пульсу та підписується на її нотифікації — при кожній зміні пульсу периферійний пристрій надсилає дані без явного запиту від Central.

Advertising, сканування та встановлення з'єднання

Advertising — ключовий механізм BLE, при якому Peripheral-пристрій періодично надсилає широкомовні пакети (advertising PDUs) на трьох первинних каналах (37, 38, 39). Центральний пристрій сканує ці канали, отримує advertising-дані та може ініціювати з'єднання.

Advertising-пакет містить до 31 байта корисного навантаження: flags, TX power level, local name, UUID сервісів, manufacturer-specific data. Цього достатньо для передачі показників датчика без встановлення з'єднання — режим Connectionless (Broadcaster-тип). Для постійної передачі даних (наприклад, температури раз на хвилину) використовується з'єднання з connection interval до 1000 мс.

На мобільній платформі сканування запускається через startScan() (Android) або scanForPeripherals() (iOS). Фільтрація за UUID сервісу дозволяє не витрачати енергію на обробку всіх видимих пристроїв — додаток отримує callback тільки для цікавих міток або датчиків.

Приклад сканування BLE-пристроїв на Swift (iOS)

import CoreBluetooth

class ScannerViewController: UIViewController {
    private var centralManager: CBCentralManager!

    override func viewDidLoad() {
        centralManager = CBCentralManager(
            delegate: self, queue: nil
        )
    }

    func centralManagerDidUpdateState(central: CBCentralManager) {
        if central.state == .poweredOn {
            centralManager.scanForPeripherals(
                withServices: nil, options: nil
            )
        }
    }

    func centralManager(
        central: CBCentralManager,
        didDiscover peripheral: CBPeripheral,
        advertisementData: [String : Any],
        rssi RSSI: NSNumber
    ) {
        if let name = advertisementData[CBAdvertisementDataLocalNameKey] {
            print("Найдено устройство: \(name)")
        }
    }
}

Після виявлення пристрою Central викликає connect(), передаючи об'єкт CBPeripheral. Connection-параметри (interval, latency, supervision timeout) узгоджуються на рівні Link Layer — розробник не керує ними безпосередньо, але може впливати через requestConnectionPriority на Android.

Bluetooth LE в мобільній розробці: Core Bluetooth та android.bluetooth

Обидві мобільні платформи надають нативні API для роботи з BLE. Core Bluetooth (iOS) використовує делегатний підхід: центральний менеджер ініціює операції, а периферійний об'єкт повідомляє про результати через делегатні методи. android.bluetooth (Android) побудований на callback-інтерфейсах та підтримує паралельні GATT-операції з кількома пристроями.

Ключові відмінності між платформами:

• iOS — підтримує до 7 одночасних з'єднань; фоновий режим BLE вимагає запису UIBackgroundModes = bluetooth-central; після виходу з фону система може відкласти callback-и на кілька хвилин
• Android — не має фіксованого ліміту з'єднань (обмеження по пам'яті); вимагає дозволів BLUETOOTH_SCAN та BLUETOOTH_CONNECT (Android 12+); foreground service необхідний для надійного сканування в фоні
• Flutter — пакет flutter_blue_plus абстрагує платформенні API єдиним Dart-інтерфейсом: код для сканування та GATT-операцій ідентичний на обох платформах

За даними тестів Bluetooth SIG (2024), час з'єднання BLE смартфона з фітнес-браслетом становить в середньому 150–300 мс на Android та 100–250 мс на iOS — різниця обумовлена політиками управління радіочастотним модулем.

Приклад підключення BLE на Dart (Flutter)

import 'package:flutter_blue_plus/flutter_blue_plus.dart';

class BleService {
  final FlutterBluePlus fbp = FlutterBluePlus();

  Future<void> scanAndConnect(String deviceName) async {
    await fbp.startScan(timeout: Duration(seconds: 15));

    await for (final result in fbp.scanResults) {
      if (result.device.advName == deviceName) {
        await fbp.stopScan();
        await result.device.connect();
        break;
      }
    }
  }
}

Flutter-розробник отримує єдиний API-інтерфейс, під капотом якого flutter_blue_plus транслює виклики в нативні android.bluetooth або Core Bluetooth. Такий підхід скорочує час розробки додатку для роботи з BLE-периферією на обох платформах.