Get data from BLE

Suitable For

有 Programming 經驗，但沒有接觸過 BLE
想要透過 BLE 來取得資料，但不知道從何下手
著重說明理論與如何取得資料

Concepts

Generic Access Profile (GAP)

在藍牙核心規範中提到 Generic Access Profile (GAP)， GAP 主要負責控制藍牙裝置的連接模式和可見性，同時定義了藍牙裝置如何發現其他裝置、如何建立和終止連接，也管理著裝置的角色（如中央設備或外圍設備）、模式（如可發現模式或連接模式）和安全機制（如配對和加密）

在 GAP 中定義了四種角色，分別為：

Broadcaster
- 透過廣播的方式廣播資料，不可連線，但可以被掃描到
Observer
- 利用掃描方式來取得 Broadcaster 廣播的資料
Peripheral
- 接受 Central 的連線，並提供資料給 Central
Central
- 創建與 Peripheral 的連線，並取得資料

其中 Central 與 Peripheral 是本次說明的重點， Peripheral 代表周邊的藍牙裝置(溫度/溼度計)， Central 則是接受資料的藍牙裝置，例如：手機、電腦等等。

GAP 相關的實作內容通常由藍牙晶片廠商或操作系統處理，本篇專注於資料介接，不討論連接模式、可見性等等的問題

未來有機會再另開一篇討論

Attribute Protocol (ATT)

GATT 是主要討論的重點，GATT 是一種基於 ATT（Attribute Protocol）實現，在介紹 GATT 之前，先介紹 ATT

ATT 主要的格式是 Attritbute ，每個 Attribute 由三個部分組成:

16-bit 的 handle
- 一個數字，用來識別 Attribute
定義 Attribute Types 的 UUID
表示裝置公開狀態資訊的 Attribute Value

ATT 本身不定義 Attribute Types 具體的意義，此部分由更高層 ( higher-level ) 的 Profiles、GATT 定義

Attribute 可能包含安全性設定，這個設定存在 Attribute Value 中，ATT 本身不處理這個部分，而是由更高層的 Profiles、GATT 負責

大部分的 Attribute Protocol 是採用 Client / Server 模型

Client ( GAP 中的 Central, 手機、電腦等 ) 會發送 Request 給 Server ( GAP 中的 Peripheral, 周邊藍芽裝置 ) ，Server 則會回傳 Response 給 Client

Generic Attribute Profile (GATT)

ATT 是一個非常通用的協定，簡單但是在多服務的裝置上可能會有衝突產生

GATT 則是在 ATT 的基礎上定義了一個層級的結構，並且給予了一堆 ATT Attributes 具體的意義

GATT Profile 由三個部分組成:

Service
Characteristic
Descriptor

結構的概念如下圖:

[3]

最外層是一個 Profile，Profile 由一個或多個 Service 組成

每個 Service 中會有多個 Characteristics，每個 Characteristics 中會有一個 Properties 和 Value 以及多個 Descriptors

Profiles

Profile 是一個集合，包含了一個或多個 Services，這些 Services 可能由 Bluetooth SIG 定義，也可能是由開發者自行定義

Profile 通常會定義一個特定的應用，例如：心率監測、體重計、溫度計等等，像是 Heart Rate Profile 中包含了 Heart Rate Service 和 Device Information Service，並描述了這種情境下各自的 Roles 需要做甚麼、連線建立的流程等等

Services

Service 也是一個集合，包含了一個或多個 Characteristics，具體描述其中的內容，例如:

Service 是做甚麼用的
傳輸的依賴 ( Transport Dependencies )
錯誤的代碼 ( Error Codes )
Service 的宣告 ( Service Declaration )
Service 包含哪些 Characteristics
…

例如 Heart Rate Service 中的 Service Declaration 如下:

[5]

Service Characteristics 描述如下

[5]

說明這個 Service 底下包含以下 Characteristics 以及其所需要實現的功能:

Heart Rate Measurement
Heart Rate Measurement Client Characteristic Configuration descriptor
Body Sensor Location
Heart Rate Control Point

Characteristics

Characteristics 就是具體資料如何傳輸的描述，同樣以上面的 Heart Rate Service 為例，其部分 Characteristics 定義如下:

[5]

可以看到其中描述了 Heart Rate Measurement 這個 Characteristics 包含了:

heart reate measurement value field
energy expended field
RR-Interval field
解釋了 RR-Interval field 的意義是 Electrocardiogram (ECG) 波形中兩個連續 R 波

其部分 Flags Field 定義如下:

[5]

說明了這個 Flags Field 的第一個 bit 代表 Heart Rate Measurement Value field 是使用 UINT8 還是 UINT16 來表示

如果是 UINT8 則為 0，如果是 UINT16 則為 1

後面還有 Energy Expended Field, RR-Interval Field 等等

Descriptors

在上述範例中還有描述 Characteristic Descriptors 的內容

[5]

其中的具體意義描述在

[5]

Summary

介紹了 BLE 會利用 GAP 來建立連線，並利用 GATT 來傳輸資料

而 GATT Profiles 是一個應用情境，其中包含多個 Services

Service 包含了一個或多個 Characteristics，具體描述其中的 Characteristic, Descriptor 的內容

實際上使用時，會透過 ATT Handle 來取得 Characteristic, Descriptor 的資料

並依照 Service 中描述的格式來解析並取得資料

下一篇會具體介紹如何取得資料

Get data from BLE - Concept

The Concept for How to get data from BLE devices