Characteristic: یہ کیا ہے، ڈیٹا کی اقسام اور اقدار کا پڑھنا

BLE میں Characteristic کیا ہے؟

Characteristic — GATT-پروٹوکول کا ایک ایٹری بیوٹ ہے جس میں ویلیو اور میٹا ڈیٹا ہوتا ہے۔ BLE آرکیٹیکچر میں ڈیٹا براہ راست آلات کے درمیان منتقل نہیں ہوتا، بلکہ سروس کی خصوصیات کی اقدار کو پڑھنے اور لکھنے کے ذریعے منتقل ہوتا ہے۔ اگر سروس ایک فولڈر ہے، تو Characteristic اس فولڈر کے اندر ایک فائل ہے۔

ہر Characteristic تین اجزاء پر مشتمل ہوتی ہے: اعلان (declaration)، ویلیو (value) اور ڈیسکریپٹرز (descriptors)۔ اعلان میں UUID اور خصوصیات ہوتی ہیں۔ ویلیو وہ ڈیٹا ہے جو Central اور Peripheral کے درمیان منتقل ہوتا ہے۔ ڈیسکریپٹرز اضافی تشکیل فراہم کرتے ہیں۔

Bluetooth Core Specification 5.4 (2023) کے مطابق، BLE میں تمام ڈیٹا کا تبادلہ خصوصیات پر آپریشنز کے ذریعے ہوتا ہے۔ یہاں تک کہ معیاری پروفائلز جیسے Heart Rate Profile یا Battery Service بھی پہلے سے طے شدہ UUID والی خصوصیات کے سیٹ پر بنائے گئے ہیں۔ یہ مختلف مینوفیکچررز کے آلات کی پہلے سے ترتیب کے بغیر مطابقت کو یقینی بناتا ہے۔

ڈویلپر کے لیے یہ سمجھنا ضروری ہے: ہر Characteristic مختلف خصوصیات کے امتزاج کو سپورٹ کر سکتی ہے۔ ایک خصوصیت صرف پڑھنے کے لیے ہو سکتی ہے، دوسری لکھنے کے لیے، تیسری اطلاعات کے لیے۔ خصوصیات کا صحیح انتخاب استعمال کے منظر نامے اور ڈیوائس کی توانائی کی کھپت کا تعین کرتا ہے۔

Characteristic کی خصوصیات اور اجازتیں

خصوصیات (properties) اس بات کا تعین کرتی ہیں کہ اس پر کون سے آپریشنز کی اجازت ہے۔ یہ ایک بائٹ ماسک ہے، جہاں ہر بٹ ایک مخصوص آپریشن کو فعال یا غیر فعال کرتا ہے۔ ذیل میں اہم خصوصیات درج ہیں۔

اجازتیں (permissions) — GATT-سرور کی سطح پر رسائی کی سطح ہے۔ خصوصیات کے برعکس، جو اعلان میں بتائی جاتی ہیں، اجازتیں ہر آپریشن پر چیک کی جاتی ہیں۔ ان میں خفیہ کاری اور تصدیق کی ضروریات شامل ہو سکتی ہیں۔

Bluetooth SIG کی معیاری خصوصیات

Bluetooth SIG نے 500 سے زیادہ معیاری خصوصیات کی وضاحت کی ہے جو BLE کے زیادہ تر عام استعمال کے منظرناموں کا احاطہ کرتی ہیں۔ معیاری UUID کا استعمال اس بات کی ضمانت دیتا ہے کہ کوئی بھی وصول کنندہ ڈیوائس پہلے سے ترتیب کے بغیر ڈیٹا کی صحیح تشریح کرے گا۔

ذیل میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی معیاری خصوصیات ہیں:

اگر موجودہ معیاری خصوصیت آپ کے کام کو کور کرتی ہے تو اسے استعمال کریں۔ یہ Bluetooth سرٹیفیکیشن کو آسان بناتا ہے اور ایکو سسٹم کے ساتھ مطابقت بڑھاتا ہے۔ کسٹم خصوصیات صرف منفرد ڈیٹا کے لیے بنائیں جو SIG رجسٹری میں موجود نہیں ہے۔

iOS اور Android میں Characteristic کیسے بنائیں

خصوصیت بنانا Peripheral کی طرف سے کیا جاتا ہے — وہ ڈیوائس جو ڈیٹا فراہم کرتی ہے۔ آئیے iOS (Swift) اور Android (Java) پر عمل درآمد دیکھتے ہیں۔

iOS: CBMutableCharacteristic

Core Bluetooth خصوصیت بنانے کے لیے CBMutableCharacteristic کلاس فراہم کرتا ہے جس میں UUID، خصوصیات اور ابتدائی ویلیو بتائی جاتی ہے۔

import CoreBluetooth

let characteristicUUID = CBUUID("2A19") // Battery Level characteristic

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

// تبدیلی پر ویلیو اپ ڈیٹ کریں
let batteryData = Data([batteryLevel]) // uint8
peripheralManager.updateValue(
    batteryData,
    for: characteristic,
    onSubscribedCentrals: nil
)

Android: BluetoothGattCharacteristic

Android پر خصوصیت BluetoothGattCharacteristic کے ذریعے UUID، خصوصیات اور Permission کے ساتھ بنائی جاتی ہے۔

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
    );

// ویلیو سیٹ کریں
characteristic.setValue(batteryLevel, BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
gattServer.notifyCharacteristicChanged(device, characteristic, false);

پڑھنا، لکھنا اور اطلاعات

Characteristic پر آپریشنز تین قسموں میں تقسیم ہوتے ہیں: پڑھنا (read)، لکھنا (write) اور اطلاعات (notify/indicate)۔ آپریشن کا انتخاب منظر نامے پر منحصر ہے: درخواست پر ڈیٹا پڑھا جاتا ہے، کمانڈز لکھی جاتی ہیں، اسٹریمنگ ڈیٹا اطلاعات کے لیے سبسکرائب کیا جاتا ہے۔

Read — Central خصوصیت کی ویلیو پڑھنے کی درخواست بھیجتا ہے۔ Peripheral موجودہ ویلیو کے ساتھ جواب دیتا ہے۔ آپریشن مطابقت پذیر ہے اور ہر بار واضح درخواست کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ان ڈیٹا کے لیے استعمال ہوتا ہے جو شاذ و نادر ہی تبدیل ہوتا ہے: فرم ویئر ورژن، سیریل نمبر، سیٹنگز۔

Write — Central Peripheral کو ڈیٹا بھیجتا ہے۔ دو طریقے ہیں: Write with Response (Peripheral سے تصدیق) اور Write Without Response (بغیر تصدیق کے)۔ Write with Response ترسیل کی ضمانت دیتا ہے — Peripheral لکھنے کے بعد تصدیق بھیجتا ہے۔ Write Without Response تیز ہے لیکن ترسیل کی ضمانت نہیں دیتا۔

Notify اور Indicate — Peripheral Central کو ڈیٹا بھیجنے کا آغاز کرتا ہے۔ Notify میں ڈیٹا بغیر تصدیق کے بھیجا جاتا ہے — اگر Central پیکٹ وصول نہ کر سکے تو وہ ضائع ہو جاتا ہے۔ Indicate میں Central تصدیق (PDU-سطح) بھیجتا ہے، جو ترسیل کی ضمانت دیتا ہے۔ Indicate سست لیکن زیادہ قابل اعتماد ہے۔ اطلاعات کی سبسکرائب کرنے کے لیے Central CCCD (Client Characteristic Configuration Descriptor) میں 0x0001 ویلیو لکھتا ہے۔

MTU اور منتقل کردہ ڈیٹا کا سائز

MTU (Maximum Transmission Unit) BLE ڈیٹا پیکٹ کے زیادہ سے زیادہ سائز کا تعین کرتا ہے۔ پہلے سے طے شدہ MTU 23 بائٹ ہے، جس میں سے 3 بائٹ ہیڈر کے ہیں — پے لوڈ (ATT payload) 20 بائٹ ہے۔ یہ زیادہ تر سینسر ڈیٹا کے لیے کافی ہے، لیکن فائلوں یا بڑی کنفیگریشنز کی منتقلی کے لیے ناکافی ہے۔

Bluetooth Core Specification 5.4 MTU negotiation (MTU کا تعین) کو سپورٹ کرتی ہے — Central اور Peripheral 517 بائٹ تک بڑے پیکٹ سائز پر متفق ہو سکتے ہیں۔ عمل اس طرح ہے: Central اپنے MTU کی تجویز کے ساتھ MTU Exchange کی درخواست بھیجتا ہے؛ Peripheral اپنے MTU کے ساتھ جواب دیتا ہے؛ دونوں میں سے کم ویلیو استعمال ہوتی ہے۔

// iOS کنیکٹ ہونے پر MTU کی درخواست کرتا ہے
// iOS میں زیادہ سے زیادہ MTU 185 بائٹ ہے
func peripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral,
    didDiscoverServices error: Error?
) {
    // مخصوص پیری فیرل کے لیے MTU کی درخواست کریں
    peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse)
}

Bluetooth SIG (2023) کے مطابق، MTU کو 23 سے 185 بائٹ تک بڑھانے سے پیکٹوں کی تعداد کم ہونے کی وجہ سے ڈیٹا کی منتقلی کے اضافی اخراجات 80% تک کم ہو جاتے ہیں۔ ان ایپلیکیشنز کے لیے جو زیادہ فریکوئنسی پر ریڈنگ منتقل کرتی ہیں (مثلاً ECG یا ایکسلرومیٹر)، MTU میں اضافہ سٹریم کے استحکام کے لیے اہم ہے۔