実際のCoreBluetooth

周辺機器翻訳のための実用的なCoreBluetooth

数年前、作業中のプロジェクトで初めてBluetoothに出会ったとき、「出発点」を見つけるために、その仕組みを理解するのに非常に役立つこの記事を見つけました。 初心者にとって便利であることを願っています。

著者について：Yoav Schwartzは、コペンハーゲンのバイカー共有システムであるDonkey RepublicのiOSの主要開発者であり、サイクリングに対する態度を変えようと努力しています。 次に、著者に代わって話をします。

この記事では、CoreBluetoothを使用するための実用的なテクニックについて説明します。 まず、誰もがこの技術に精通しているわけではないため、Bluetooth Low Energy（BLE）について、次にBLEデバイスと対話できるAppleフレームワークであるCoreBluetoothについて説明します。 また、デバッグ、泣き、頭から髪を引き裂く際に私自身が学んだ発達上のトリックについても説明します。

Bluetooth Low Energy

まず、BLEとは何ですか？ Bluetoothのようなもので、スピーカーやヘッドセットなどで使用されていますが、違いがあります-このプロトコルはほとんど電力を消費しません。 通常、BLEデバイスの1回のバッテリー充電は、数か月から数年続きます（もちろん、使用方法によって異なります）。 これにより、以前は「通常の」Bluetoothでは利用できなかったことが可能になります。 この標準はBluetooth 4.0と呼ばれ、すべてスマートBluetoothと呼ばれる技術から始まり、後にBLEに発展しました。 200ページのマニュアルがあり 、就寝前の刺激的な読書を読むことができます。

BLEはエネルギー消費に関して非常に経済的であり、プロトコル自体はそれほど複雑ではありません。 なぜbleですか？ どのように使用できますか？ 最初の最も一般的な例は、心拍センサーです。 通常、このデバイスは、プロトコルを介して心拍数を測定して送信します。 また、BLEを介して接続し、収集したデータを読み取ることができるあらゆる種類のセンサーがあります。 最後に、場所への「近接」を伝えることができるiBeaconsがあります。 iPhoneではAppleはiBeaconsを通常のBluetoothデバイスとして検出する機能をブロックするため、引用符で囲みます。そのため、CoreLocationで作業する必要があります。 一般的に、これはモノのインターネットです。テレビまたはエアコンに接続し、このプロトコルを使用して通信できます。

どのように機能しますか？

ペリフェラーがあります-これらは、Bluetoothプロトコルを使用するデバイスです。 各周辺機器にはサービスがあり、サービスの数はいくつでもかまいませんが、それぞれに特徴があります。 ペリファーをサーバーと見なすことができます。 その結果、すべてがオフになることもあれば、データの転送に時間がかかることもあり、このデータがまったく届かないこともあります。

一般に、多くの特性を持つサービスがあり、各特性には値、タイプなどが含まれています。 CoreBluetoothを使用するには、すべてを知る必要はありません。最も重要なことはデータを読むことです。 これは、私たちが自分の目的のために取得、変更、または使用しようとしているものです。 このデータと、それで何ができるかについての知識が必要です。

BLEの簡単な紹介は、技術的な機能を私よりもよく説明している何千ものリソースがあるためです。

コアBluetooth

Core Bluetoothは、かなり前にiOS 5でAppleによって導入されました。Appleは、Androidよりもはるかに早くデバイスにBLEを導入し、技術の人気が高まっていることに取り組み始めました。 多くの開発者は、概してアプリケーションでこのフレームワークを使用しています。これは単なるラッパーです。BLEプロトコル自体は非常に複雑だからです。 本当ではありませんが、私を信じてください、これは私が毎日一緒に働きたいものではありません。 他の多くのものと同じように、Appleはそれを美しく便利なパッケージに包み、バカ開発者全員が理解できる用語を使用できるようにしました。

次は、フレームワークとの通信に関係するクラスについて本当に知っておくべきことを伝える番です。 主なアクターはCBCentralManagerです。作成します。

manager = CBCentralManager(delegate:self, queue:nil, options: nil) 

上記では、代理人を示す新しいマネージャーを作成しました。そうしないと、それを使用できません。 また、キュー（この場合はnil）を示します。これは、マネージャーとのすべての通信がメインキューで実行されることを意味します。

あなたが何をしようとしているのかを正確に理解する必要があります-別のキューを使用するとアプリケーションが複雑になりますが、もちろん、ユーザーはあなたをもっと愛します。 1つのデバイスのみと通信する予定の場合、メインキューをわざわざ使用することはできません。 それでも実験したい場合は、キューを作成し、コンストラクターで指定し、別の場所で結果を使用する前にメインのキューに戻ることを忘れないでください。

オプション ここには特に興味深いものはありません。おそらく主なものです-マネージャーを作成し、ユーザーに対してbluetoothがオフになっている場合、アプリケーションはそのことを知らせますが、ほとんどの人が「OK」（実際にはbluetoothを含みません）をクリックします。私は使用しません。

まず、マネージャーを作成した後、デリゲートはメソッドを呼び出します。

 func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager) 

そのため、ユーザーがBluetoothを有効にしているかどうかにかかわらず、ハードウェアから応答を受け取ります。
最初のヒント：マネージャーは、bluetoothがオンになっている、その状態は「PoweredOn」という回答を得るまでは役に立ちません。 残りの状態は、ユーザーにbluetoothをオンにするように依頼する場合にのみ使用できます。

デバイス検索

マネージャーが正常に機能しているので、次を見ることができます。
私たちの周りにあるもの（.PoweredOn状態を取得した後、scanForPeripheralsWithServices関数を呼び出します:)

 manager.scanForPeripheralsWithServices([CBUUID], options: nil) 

サービスに関しては、これはCBUUID配列（Bluetooth Low Energyが使用する属性の128ビットユニバーサル一意識別子であるクラス）であり、このUIDのセットのみを持つデバイスを検索するフィルターとして使用します。これはCoreBluetoothの一般的な方法です。

引数としてnilを渡すと、周りのすべてのデバイスを見ることができます。 もちろん、パフォーマンスのために、必要なパラメーターの配列を指定することをお勧めしますが、それらを知らない場合、nilを渡しても誰も死ななくてもひどいことは起こりません。

デバイスの検索を開始したため、停止する必要があります。 それ以外の場合、検索は続行され、ユーザーのバッテリーが停止するまで着陸します。 適切なデバイスを見つけるか、検索の必要がなくなるとすぐに、停止します：

 manager.stopScan() 

新しいデバイスが検出されるたびに、マネージャーデリゲートは、初期化時に指定したキューでdidDiscoverPeripheral関数を呼び出します。 この関数は、見つかったデバイス（周辺機器）、デバイスに関する情報（advertisementData-チップ開発者が毎回表示することを決定したもの）および相対的なRSSI信号レベルをデシベルで送信します。

 func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber) 

2番目のヒント：検出されたペリファーへの強いリンクを常に維持します。 これが行われない場合、システムはデバイスを検出する必要がないと判断し、破棄します。 彼女は彼を覚えていますが、私たちは彼にアクセスできなくなります。 そうしないと、デバイスを操作できなくなります。

デバイス接続

興味のあるデバイスを見つけました-これがパーティーに来てかわいい女の子を見る方法です。 接続したい、connectPeripheral関数を呼び出します-「飲み物を購入」を提供します。 したがって、必要なデバイス（周辺機器）に接続しようとすると、「はい」または「いいえ」がわかりますが、iPhoneは本当に良いので、肯定的な答えが聞こえます。

 manager.connectPeripheral(peripheral, options: nil) 

ここで、接続の責任者であるマネージャーに目を向け、接続している特定のデバイスを彼に伝えます。また、オプションにnilを付けます（オプションについて詳しく知りたい場合は、ドキュメントを読んでくださいが、通常はオプションなしで行うことができます）。 デバイスでの作業が終了したら、午前中にcancelPeripheralConnectionから切断できます。

 //called to cancel and/or disconnect manager.cancelPeripheralConnection(peripheral) 

接続または切断した後、デリゲートから次のことが通知されます。

 //didConnect func centralManager(central: CBCentralManager!, didConnectPeripheral peripheral: CBPeripheral!) //didDisconnect func centralManager(central: CBCentralManager!, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral!, error: NSError!) 

次に、さらに2つの重要なヒントを示します。 Bluetoothプロトコルは接続タイムアウトを想定していますが、Appleは気にしません。 iOSは何度も接続を試行し、cancelPeripheralConnectionを呼び出すまで停止しません。 このプロセスには時間がかかりすぎる可能性があるため、時間を制限する必要があり、最終的に接続成功メッセージ（didConnectPeripheral）を受信しない場合は、ユーザーに問題が発生したことを通知する必要があります。

周辺機器への強力なリンクを保持しない場合、iOSは単に接続をリセットします。 彼女の観点から、これはあなたがそれを必要としないことを意味し、それを維持することはバッテリーにとってかなりエネルギー集約型の仕事であり、Appleがエネルギー消費とどのように関係するかを知っています。

デバイスを便利にしましょう

それで、デバイスに接続しました。それで何かをしましょう。 前に、サービスと機能、それらに含まれる価値について述べましたが、それが必要です。 これでデバイスが作成され、接続され、peripheral.discoverServicesを呼び出すことでサービスを取得できます。

 peripheral.discoverServices(nil) func peripheral(peripheral: CBPeripheral!, didDiscoverServices error: NSError!) peripheral.services 

これは少し混乱するように聞こえますが、デリゲートはペリオフィスへのデリゲートであるという事実にもかかわらず、マネージャを作成するときに定義したスレッドで呼び出されます。 つまり、システムはどのストリームで動作するかを記憶しており、すべてのBluetooth通信はそのストリームで行われます。 使用しなかった場合は、メインに戻ることを忘れないことが重要です。

サービスは入手できましたが、まだ対処するものはありません。 次に、peripheral.discoverCharacteristicsを呼び出す必要があります。デリゲートは、didDiscoverCharacteristicsForServiceで受信したサービスで使用可能なすべての特性を提供します。 これで値を読み取ることができます
そこに含まれている（readValueForCharacteristic）か、何かが変更されたらすぐに教えてください-setNotifyValue。

 peripheral.discoverCharacteristics(nil, forService: (service as CBService)) func peripheral(peripheral: CBPeripheral!, didDiscoverCharacteristicsForService service: CBService!, error: NSError!) peripheral.readValueForCharacteristic(characteristic) peripheral.setNotifyValue(true, forCharacteristic: characteristic) func peripheral(peripheral: CBPeripheral!, didUpdateValueForCharacteristic characteristic: CBCharacteristic!, error: NSError!) 

Androidとは異なり、Appleは読書と通知を区別しません。 つまり、何が起こっているのかわからない-デバイスから何かを読んでいるか、このデバイスが何かを伝えている。

デバイスへの録音

デバイスがあり、そこから情報を読み取り、管理します。 したがって、通常のNSDataのように、情報を記録できます。 このデバイスが私たちに何を期待し、何が受け入れられるのかを知る必要があります。

ほとんどのBLEデバイスには、デバイスと「通信」する方法が明確なAPIの一種である仕様が付属しています。 デバイスが私たちに期待するものの少なくとも大まかなアイデアを得るために、特性からデータを引き出すことができます。

仕様から、どの特性でどのプロパティを読み取り、どの特性で書き込むか、変更が通知されるかどうか（isNotifying）を学習します。 たいていの場合、ここで動作するために必要なすべてを見つけます。

 peripheral.writeValue(data: NSData!, forCharacteristic: CBCharacteristic!, type: CBCharacteristicWriteType) characteristic.properties - OptionSet type characteristic.isNotifying func peripheral(peripheral: CBPeripheral!, didWriteValueForCharacteristic characteristic: CBCharacteristic!, error: NSError!) 

記録プロセス中に、デリゲートはすべてがうまくいったこと（didWriteValueForCharacteristics）、目的の値が更新されたことをユーザーに通知します。ユーザーに通知するか、この情報を異なる方法で使用できます。

このトピックは、Appleの実装に依存して非常に狭いセクションで検討するため、多くの問題に直面する必要があります。 たとえば、委任への非常に強い依存性、とても愛されているアップル。

CBPeripheralの継承？ すべてがとても簡単だったら

デバイスがあるので使用を開始できるように見えますが、実際にはデバイス自体については何もわかりません。 おそらく、ロック、エアコン、または心拍数センサーを制御したいでしょう。 どのデバイスと通信しているかを知る必要があります。

継承のように見えます。共通点があるという特殊なケースがあります。 私の経験から言えば、継承を使用すると、期待どおりに何かがまったく機能せず、何かがまったく機能せず、その理由がわかりません。 一般に、CBPeripheralを継承するという考えに反対するよう警告します。 どうする？

CBPeripheralを管理するオブジェクトのコンストラクターに追加することをお勧めします。 これにより、このクラス内にカプセル化されます。 これを使用してデバイスとやり取りし、iOSへの強力なリンクを維持して、iOSが接続を切断しないようにします。 しかし、最も重要なことは、このクラスをデリゲートとして使用することです。そうしないと、すべてのデバイスを1か所で管理するのが難しくなり、そうでない場合は多くの脅威になります。

CBPeripheralDelegateの接続と操作

そして、デバイスに接続し、CBPeripheralDelegateになりたいと考えています。 もう1つ微妙な違いがあります。デバイスを操作し、そのサービスと特性を「問い合わせ」、読み取りと書き込みを行う間、ほとんどすべての通信は周辺機器と行われます。 接続を除くすべて。

当然、すべてのコミュニケーションを1か所に集中したいと考えていますが、管理者はデバイスで何が起こっているかを認識している必要があります。 そして、困難なのは、デバイスに何が起きているかを全員にタイムリーに知らせるために、1つの真実の情報源を持つことです。 これを行うために、周辺機器のステータスを監視します-切断、接続、接続から変更できます。 常に現在の状況について説明します。 先ほどお話ししたように、制御機能のステータスの変更をサブスクライブする必要があります。これにより、1か所からデバイスと通信できるようになります。

近接定義

このトピックに関する通常のドキュメントを見つけるのは難しいため、非常に重要なポイントです。 AppleとそのiBeaconsの場合、すべてがシンプルで、Bluetoothデバイスにどれだけ近いかを教えてくれます。
残念ながら、サードパーティのデバイスを操作する簡単な方法は提供されていません。 そして、最も近いデバイスを決定する必要があることが何度もありました。 デバイスが使用可能な範囲にあるかどうかを理解することも困難です。 時々、デバイスを検索するとき、それは一度だけそれ自身を知って、消えることができます、そして、接続の試みは失敗するでしょう。

次の方法を使用します。discoverPeripheralで受信した各メッセージの日付と信号強度（RSSI）ラベルでスタックを保存します。 誰かがCoreLocationに出会った場合、私たちの方法はタイムスタンプと対応する座標がそこに保存される方法に似ています。 通常、信号（RSSI）が高いほど、デバイスは近くなります。 デバイスがアクセス可能な範囲にあるかどうかを理解することはより困難です。これは、このコンセプト自体が非常に柔軟であるためです。 このために、信号の加重平均を使用します。 接続されているデバイスの信号強度は、知る必要があるたびに手動で要求する必要があることに注意してください。

次は？

残念ながら、この記事を読んでもあなたが専門家になることはありません。
興味深いものになりました-AppleのCoreBluetoothプログラミングガイドに注意してください。ガイドはあまり大きくありませんが、非常に便利です。 WWDC 2012からの2つの放送（ 基本および上級 ）と2013年からの放送がまだありますが、心配する必要はありません。それ以来ほとんど変わっていません。

また、Realm Webサイトに投稿されたAltconf 2015のビデオもあります。このビデオでは、偉大な人物でありスペシャリストであるJohn Sherの経験を紹介しています。