Реалізація обміну даними з BLE-периферією

Реалізація обміну даними з BLE-периферією

Після того як з'єднання встановлено і сервіси виявлені, починається основна робота: читання значень, запис команд, підписка на сповіщення. Ця частина BLE-стека потребує розуміння GATT-атрибутів, MTU та особливостей конкретних платформ при роботі з бінарними даними.

Типи операцій з характеристиками

Характеристика має флаги properties, які визначають доступні операції:

Write Without Response швидше — немає ACK від пристрою. Підходить для потокової передачі (аудіо, показання датчиків). Write — для команд, де важлива гарантія доставки.

iOS: робота з даними

Notify-підписка та парсинг

// Включаємо notify
peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)

// Отримуємо дані
func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral,
                didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic,
                error: Error?) {
    guard error == nil, let data = characteristic.value else { return }

    // Приклад: датчик відправляє 3 байти [flags, heartRate, energyExpended]
    guard data.count >= 2 else { return }
    let flags = data[0]
    let heartRate: Int

    if flags & 0x01 == 0 {
        // частота серцевих скорочень в 1 байті
        heartRate = Int(data[1])
    } else {
        // частота серцевих скорочень в 2 байтах (little-endian)
        heartRate = Int(data[1]) | (Int(data[2]) << 8)
    }
}

Робота з бінарними даними через Data + байтові зміщення. Якщо пристрій нестандартний і документація скудна — Wireshark + BLE sniffer (Ellisys, Nordic nRF Sniffer) допомагають розібрати протокол.

Запис команди

func sendCommand(_ command: UInt8, value: UInt16) {
    var bytes: [UInt8] = [command, UInt8(value & 0xFF), UInt8(value >> 8)]
    let data = Data(bytes)

    let writeType: CBCharacteristicWriteType = characteristic.properties.contains(.writeWithoutResponse)
        ? .withoutResponse
        : .withResponse

    peripheral.writeValue(data, for: characteristic, type: writeType)
}

При .withResponse — чекаємо callback didWriteValueFor. При .withoutResponse на iOS 11+ потрібно перевіряти peripheral.canSendWriteWithoutResponse перед відправкою, інакше дані втрачаються при переповненні буфера.

Android: BluetoothGatt в деталях

Notify + дескриптор CCCD

Підписка на notify потребує двох кроків: включити notify локально та записати в CCCD (Client Characteristic Configuration Descriptor) на пристрої:

fun enableNotification(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {
    // Крок 1: включаємо локально
    gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true)

    // Крок 2: пишемо дескриптор на пристрій
    val cccd = characteristic.getDescriptor(
        UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb")
    ) ?: return

    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.TIRAMISU) {
        gatt.writeDescriptor(cccd, BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE)
    } else {
        @Suppress("DEPRECATION")
        cccd.value = BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE
        @Suppress("DEPRECATION")
        gatt.writeDescriptor(cccd)
    }
}

Крок 2 часто пропускають — і сповіщення не приходять. Це найпоширеніша помилка при роботі з notify.

Послідовність операцій

Одна критична деталь Android BLE: не можна виконувати декілька GATT-операцій одночасно. Тільки одна операція у польоті. Наступну відправляємо тільки після отримання callback попередньої.

Порушення цього правила призводить до помилки status 133 або втрати даних на більшості Android-пристроїв.

Рішення — черга:

class BleOperationQueue {
    private val queue: LinkedList<BleOperation> = LinkedList()
    private var operationInProgress = false

    fun enqueue(operation: BleOperation) {
        queue.add(operation)
        if (!operationInProgress) {
            executeNext()
        }
    }

    fun onOperationCompleted() {
        operationInProgress = false
        executeNext()
    }

    private fun executeNext() {
        val op = queue.poll() ?: return
        operationInProgress = true
        op.execute()
    }
}

MTU та великі дані

За замовчуванням MTU = 23 байти (20 байт корисного навантаження після GATT заголовка). Для передачі прошивки або великих конфігів це катастрофічно мало.

Запитуємо збільшений MTU одразу після встановлення з'єднання:

// iOS
peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withoutResponse) // повертає поточний max
// MTU negotiation автоматична через iOS 9+, можна впливати опосередковано

// Android
gatt.requestMtu(512) // в onMtuChanged отримаємо реальний узгоджений розмір

На практиці більшість BLE-чипів підтримує MTU 247–512 байт. Це перетворює передачу 10KB даних зі 500 пакетів на 20–40.

Термін реалізації: 3–5 днів — повнофункціональний обмін даними з чергою операцій, MTU negotiation та обробка помилок на обох платформах. Вартість розраховується індивідуально.