iOS7でのBluetooth LE活用 @ MOSA Software Meeting 2013
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2013年11月29日MOSAでのセミナー資料。
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iOS7でのBluetooth LE活用 @ MOSA Software Meeting 2013
- 1. iOS7におけるBluetooth LEの活用法 ! MOSA Software Meeting 2013 11月29日 ! (合)わふう 上原 昭宏
- 2. 目次 • Bluetooth Low Energyとは • iOS7でのBluetooth LE利用 • • iBeacon サービスとハードウェアとアプリケーション開発 • ハードウェア、ガジェット • iOSアプリケーション
- 3. Bluetooth Low Energy • 超低消費電力無線通信 • コイン型電池1つで年単位の無線通信 • 電池交換不要、使い捨て、低コスト • ウェアブル、スマートフォン向き • Bluetooth 3.0とは物理層から異なる技術 • 通信距離 最大 ∼ 50m • 低頻度(1秒に1 10回)、少量のデータ(20バイト)
- 4. Bluetoothの歴史 2007年 2009年 2010年 Ver2.1 Ver3.0 Ver4.0 Enhanced Data Rate High Speed 3.0とLow Energy の統合 2004年 2006年 Bluetooth Low End Extension Wibree
- 5. 接続の後方互換性 Bluetooth Smart は3.0までの機器とはつながらない Bluetooth 4.0 Ver 3.0 までの技術 デュアルモード・デバイス (iPhoneやPC) Low Energy シングルモード・デバイス (周辺機器)
- 6. よくある質問 • 略称は？ • • 超低消費電力で音声を送りたい • • Bluetooth Low Energy、BLE、Bluetooth Smart Bluetooth3.0を使ってください すれ違い、ファイル交換に使いたい • iOSアプリ間の通信速度は3 10kビット/秒程度 https://itunes.apple.com/sr/app/bluespeed/id579118786?mt=8
- 9. iOS7のBluetooth LE利用 • iOS7から、iOSがBluetooth LEを利用する • 周辺機器のサポート • キーボード: HID Over GATT Profile (HOGP) • ゲームコントローラ:独自、MFiで提供 • iBeacon • Apple Notification Center Service
- 10. iBeacon
- 16. フラグ • 02 01 1A • AD Type 0x01, flag, • General Discoverable Mode, • Simultaneous LE and BR/EDR to Same Device Capable (Controller) • Simultaneous LE and BR/EDR to Same Device Capable (Host)
- 17. 製造者固有のデータ ! • • 1A FF • UUID, major, minor, RSSIはビッグエンディアン • RSSIはデフォルト値-59dBm (1m離れたところでのRSSI) 4C 00 02 15 AD Type|会社ID | 不明 | 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 EC 4A 17 A5 C5 UUID |major|minior|RSSI
- 18. iBeacon+iOSアプリ
- 21. リージョン監視のフロー 1. ハードウェアのサポートを調べる 2. 領域監視対象の指定と通知を受け取るタイミング指定 3. 監視の開始/停止と通知の取得 変更
- 22. リージョン監視のフロー 1. ハードウェアのサポートを調べる [CLLocationManager isMonitoringAvailableForClass: [CLBeaconRegion class]] iOS7対応機種のうち、 iPhone4だけは、Bluetooth LE非対応なので、 ハードウェアサポートされない 変更
- 23. リージョン監視のフロー 2. 領域監視対象の指定と通知を受け取るタイミング指定 CLBeaconRegion *region = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:[[NSUUID alloc] initWithUUIDString:kBeaconUUID] identifier:@ identifier ]; ! CLBeaconRegionクラス BOOL notifyOnEntry : 領域 in, デフォルト YES BOOL notifyOnExit : 領域 exit, デフォルト YES BOOL notifyEntryStateOnDisplay : 画面表示時, デフォルト NO 変更
- 24. リージョン監視のフロー 3. 監視の開始/停止と通知の取得 locationManager = [[CLLocationManager alloc] init]; locationManager.delegate = self; ! [locationManager startMonitoringForRegion:region]; [locationManager stopMonitoringForRegion:region]; ! CLBeaconRegionクラス BOOL notifyOnEntry : 領域 in, デフォルト YES BOOL notifyOnExit : 領域 exit, デフォルト YES BOOL notifyEntryStateOnDisplay : 画面表示時, デフォルト NO 変更 CLLocationManagerDelegateプロトコル -(void)locationManager:didEnterRegion: -(void)locationManager:didExitRegion: -(void)locationManager:didDetermineState:forRegion:
- 25. リージョン監視(1/2) • 監視対象の設定 • • • UUIDを指定、major/minorは任意 1アプリあたり最大20個 (iOS 7.0.2) 領域のin/exit通知のタイミング • notifyOnEntryがYES、ビーコン検出、ただちにin通知 • notifyOnExitがYES、ビーコン領域からでると、exit通知 • • 20秒以上、200m以上のエリア移動 (実際35∼50秒位) 通知は、領域を またいだ時 に発生する • 監視開始時にビーコン範囲内 → in通知がこない • CLLocation Manager, - (void)requestStateForRegion:
- 26. リージョン監視(2/2) • notifyEntryStateOnDisplayがYES • 領域のチェック・タイミング • メソッドを呼び出した時、画面が表示された時に領域確認 • • デリゲート呼び出しが複数回くる → アプリでチェック バックグラウンド動作 • iOSが、terminated から backgroundに遷移遷移 • ユーザがタスクスイッチャーから削除しない限り
- 27. バックグラウンド • バックグラウンド・モード • • • 領域に入る/出ると通知 (10秒の処理時間) レンジングはできない 電力消費量 • • • 領域in/exit iPhone4s 1日で50%, iPhone5は電池を消費しない (7.0.2) notifyEntryStateOnDisplayでは、iPhone4sでも電池は減らない 領域監視の起動/停止 • 地理的な領域監視 (最も荒いモードで) • Passbookとのアプリ連携、アプリがフォアグラウンド
- 30. start/stopの呼び出し順番 • リージョン監視をONのちレンジングをON (7.0.4) • リージョン監視の開始 → (リージョンに入る) → レン ジングの開始 → リージョン監視の停止 → レンジング の停止 • レンジングの通知が止まらない • リージョン監視の開始 → (リージョンに入る) → レ ンジングの開始 → レンジングの停止 → リージョン 監視の停止
- 33. PassbookとiBeacon • Passbook Package Format Reference • https://developer.apple.com/library/ios/documentation/UserExperience/ Reference/PassKit_Bundle/Chapters/Introduction.html • iOS7から • 指定項目 • UUID/major/minor • ロック画面表示名 • いくつでも指定可能
- 34. iBeaconのよくある質問 • AndroidでのiBeaconの検出? • • 決済はどうするのか? • • アプリケーションで各自実装 チート対策は？ • • 独自に実装可能(API Level: 18. Android 4.3) 簡単にコピー可能 AppleはiBeaconをクローズしないか? • 公式に仕様を公開してはいない
- 38. Apple Notification Center Service ! ANCS
- 40. ANCSの情報 • Apple公式 https://developer.apple.com/library/ios/documentation/ CoreBluetooth/Reference/ AppleNotificationCenterServiceSpecification/ • ブログ http://reinforce-lab.github.io/blog/2013/10/28/ancs/ • サンプルコード https://github.com/reinforce-lab/ CoreBluetooth_samples/tree/master/ANCS/
- 45. ハードウェア プロトタイピング
- 46. http://getpebble.com http://www.lumoback.com http://www.kickstarter.com http://www.wahoofitness.com
- 50. TI Sensor tag http://www.ti.com/tool/ cc2541dk-sensor IR temperature Sensor Humidity Sensor Pressure Sensor Accelerometer Gyroscope Magnetometer
- 55. モジュール • RF回路部分を小さな基板にまとめたもの • 各種の認証を取得済 • 電波法 (各国ごとに1万ドルくらい) • Bluetooth 製品登録 (1万ドルくらい) • • • 500円玉に乗るサイズ 内部のマイコンでユーザ・アプリが動く 開発用キット • ∼500ドル http://www.bluegiga.com/ BLE112_Bluetooth_Smart_module
- 56. オリジナル機器の開発 • 発注者がだれか？ • • 企画に権限がよい (iBeaconのように) 担当分野をどこで切るか • • • ハードウェア＋ドライバ 挙動 = ハード 通信 iOS(BTserver) トラブルに備える (納品後にiOSの振舞いが変化) • デモアプリ(動作確認、検証)が大事
- 57. CoreBlutooth フレームワーク • 通信手順を抽象化 • 発見 • 接続 / 切断 • 読み書き, 通知 • バックグラウンド動作 • 実機でのみ動作, シミュレータは使えない
- 60. 適応周波数ホッピング
- 61. 適応周波数ホッピング
- 62. 適応周波数ホッピング
- 69. // デバイスの発見時処理を行います。 // スキャンで指定したサービスがあるデバイスのみが通知されますが、同じような機能を持った対象外の装置を発見す るかもしれません。 // アドバタイズメント・パケットに含まれる情報は、advertisementDataから得られます。デバイス名などで判別 します。 - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)p advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI { // 同一機種が周囲に複数あるとき、自分がもっているものだけに接続するには、UUIDが同じかを判定します。 パケット・データ 受信信号強度 // !!注意!! iOS6では、一度も接続したことがない装置のUUIDはnilになります。一度でも接続すればUUIDが 取れます。ここでは、一度は接続したことがある前提でUUIDを比較しています。 /* CBUUID *targetUUID = [CBUUID UUIDWithString:@"00000000-0000-0000-2F0C-F0289947EA35"]; if(peripheral.UUID == nil || ! [[CBUUID UUIDWithCFUUID:peripheral.UUID].data isEqualToData:targetUUID.data]) return; */ NSString *localName = [advertisementData objectForKey:CBAdvertisementDataLocalNameKey]; if(localName != nil && [localName isEqualToString:kTargetDeviceName] ) { PeripheralContainer *c = [[PeripheralContainer alloc] init]; c.peripheral = p; c.RSSI = RSSI; [self findPeripheral:c]; } } KeyFobController.m 318行
- 71. アドバタイズメントで取れる情報 (2/2) • CBPeripheral インスタンス • • 一度でも接続したことがあれば nil • • identifier : 128-bitの識別番号 (NSUUIDクラス) 同じ機器でもiPhoneごとに異なる RSSI : 受信信号強度 • • 接続してreadRSSI:を呼び出せば nil 切断しても同じidentifierを指定して再接続
- 72. 接続と切断
- 73. -(void)connect:(PeripheralContainer *)c { //ターゲットを発見、接続します //この時点でperipheralはcentral managerに保持されていません。 必ずretain //少なくとも接続が完了するまでの間、peripheralをアプリ側で保持します。 //接続処理はタイムアウトしません。接続に失敗すれば centralManager:didFailToConnectPeripheral:error //接続処理を中止するには、peripheralを開放するか、明示的に cancelPeripheralConnection を呼び出します ! self.peripheral = c.peripheral; [_centralManager connectPeripheral:self.peripheral options:nil]; } -(void)disconnect { // 切断処理をします。_peripheralをnilにするなどの、切断完了後処理は、 // centralManager:didDisconnectPeripheral:error: // で行います。 [_centralManager cancelPeripheralConnection:self.peripheral]; } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)p; - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral: (CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error; KeyFobController.m 256行 delegateで通知
- 75. プロトコルスタック Applications Applications Applications Core Bluetooth BTserver GATT ATT L2CAP PHY GATT: Generic Attribute Profile • Link Layer • ATT: Attribute Protocol • L2CAP: Logical Link Control and Adaptation Protocol
- 76. プロトコルスタック サービス = クラス Applications Applications Applications Core Bluetooth キャラクタリスティクス = プロパティ • BTserver キャラクタリスティクス • 制御/動作指定 • センサー値/外界の状態 • (装置の)動作状態/内部状態 GATT ATT L2CAP PHY GATT: Generic Attribute Profile • Link Layer • ATT: Attribute Protocol • L2CAP: Logical Link Control and Adaptation Protocol
- 77. サービスとプロファイル(振る舞い) ユースケース ハード仕様 デバイス発見 Find ME Profile Proximity Profile 切断時の警告 Immediate Alert Service 振動やブザー を出力 Tx Power Service 送信電力 の値 Link Loss Alert Service 切断時の 振る舞い指定 http://developer.bluetooth.org/gatt/profiles/Pages/ProfileViewer.aspx?u=org.bluetooth.profile.find_me.xml
- 80. • UUIDで識別 • 16-bit / 128-bit • 読み(read)/書き(write)/通知(notify)
- 82. #define kImmediateAlertServiceUUID @"1802" #define kLinkLossServiceUUID @"1803" #define kAlertLevelUUID @"2A06" ... _linkLossServiceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kLinkLossServiceUUID]; _immediateAlertServiceUUID = [CBUUID UUIDWithString:kImmediateAlertServiceUUID]; _alertLevelUUID = [CBUUID UUIDWithString:kAlertLevelUUID]; KeyFobController.m 104行 // 接続 - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)p { // サービスを探します self.peripheral.delegate = self; [p discoverServices:[NSArray arrayWithObjects: _linkLossServiceUUID, _immediateAlertServiceUUID, _txPowerServiceUUID, _batteryLevelServiceUUID, nil]]; } KeyFobController.m 343行
- 83. //発見したサービスに対して、Characteristicsを探します - (void)peripheral:(CBPeripheral *)p didDiscoverServices:(NSError *)error { for (CBService *service in p.services) { if ([service.UUID.data isEqualToData:_linkLossServiceUUID.data]) { [p discoverCharacteristics:[NSArray arrayWithObjects: _alertLevelUUID, nil] forService:service]; } else if ([service.UUID.data isEqualToData:_immediateAlertServiceUUID.data]) { [p discoverCharacteristics:[NSArray arrayWithObjects: _alertLevelUUID, nil] forService:service]; KeyFobController.m 367行 - (void)peripheral:(CBPeripheral *)p didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error { if ([service.UUID.data isEqualToData:_batteryLevelServiceUUID.data]) { _batteryLevelCharacteristics = [self findCharacteristics:service.characteristics uuid:_batteryLevelUUID]; _batteryLevelSwitchCharacteristics = [self findCharacteristics:service.characteristics uuid:_batteryLevelSwitchUUID]; [p setNotifyValue:YES forCharacteristic:_batteryLevelSwitchCharacteristics]; [p readValueForCharacteristic:_batteryLevelCharacteristics]; [p readValueForCharacteristic:_batteryLevelSwitchCharacteristics]; } } KeyFobController.m 396行
- 89. ありがとうございました。
- 90. 参考情報
- 91. Appleからの情報 • https://developer.apple.com/videos/wwdc/ 2012/ • Session 703: Core Bluetooth 101 • Session 705 Advanced Core Bluetooth • Apple Bluetooth Mailing list • https://lists.apple.com/mailman/listinfo/ bluetooth-dev
- 92. 書籍 • • • • AppleのBluetoothアクセサリ設計指針 Bluetooth Low Energy Handbook • http://www.amazon.co.jp/Bluetooth-Low-EnergyDevelopers-ebook/dp/B009XDA1G8/ Building iPhone and iPad Electronic Projects • http://shop.oreilly.com/product/0636920029281.do Bluetooth4 Core Specificaiton (辞書的に)
- 94. サービス、動向 • Facebook BTLEグループ • https://www.facebook.com/groups/ 563064710384459/ • Kickstarter ? • http://www.kickstarter.com/discover/ recently-launched
- 95. iBeaconアプリのインストール • ソースコード • • • https://db.tt/S0Wp3U8q (Dropbox zip形式) http://goo.gl/8DqaVK (Github) インストール • • iBeacon/simpleBeacon.xcodeproj Xcode5でシミュレータのBLEサポートなくなる
- 97. • ReginをON • 位置の利用を許可 • RangingをON • どなたか、ビーコン発信? ! ビーコンの受信 • ビーコン:UUID/Major/Minor • Proximity:おおよその距離 • RSSI 受信信号(対数 dBm) • Accuracy:だいたいの精度(m)
- 99. • Bluetooth LEの生パケットを表示 します。 • ビーコンの情報はiOSにフィルタ されるので、ここには出ません。 • iOSのビーコンは30ミリ秒ごとに 送信されます。すべてのパケット が受信されるわけではありません。 Bluetooth LE のアドバタイズメント のダンプ
- 101. Passbookのデモ
- 103. Passbookの入手(2/2)
- 104. 表示確認 位置アイコンが表示されます