BONXを支える技術:Bluetooth編Bluetoothを120%使い倒す方法

麻植泰輔 / Taisuke OeTwitter: @OE_uiaGitHub: taisukeoe

自己紹介

麻植泰輔 / OE TAISUKE

- ScalaMatsuri co-chair- deeplearning4j/nd4s author

BONX

- Androidアプリをスクラッチから開発

したり

- 中国に飛んでファームを直したり

- iOS/Androidプラットフォーム間の

差を吸収する仕様考えたり

- Android OSのBLEバグとか機種依

存バグとか戦ったり

- 色んなBad Know-Howを日々貯め

るお仕事をしています

今日話すこと BONXは、Bluetoothでも

● Bluetooth Low Energy● Classic Bluetooth

両方を活用した珍しいサービス

です。

今回はBLEの基礎を解説しな

がら、このあたりを紐解いてご

紹介します。

BONXとは？野外の激しい運動中でも

複数の仲間とスムーズに

コミュニケーションを取れる

サービス

「複数の仲間とスムーズに」？

周囲にいるユーザーの発見

し、ルームに招待して通話を開

始する機能を

Bluetooth Low Energy

で実現しています

Bluetooth Low Energy?

Bluetooth Low Energy?

● Bluetoothの規格の一種、Bluetooth 4.0の別称。3.0以前と互換性はない。

● 最近のiOS, Android端末はだいたい対応している

○ iPhone4S / iOS 6 以上

○ Android 4.3以上(一部機能は5.0以上かつ、チップセット依存有)● 省電力、低コストなので、色んなデバイスに備え付けやすい(IoT!)● 通信距離は場合によるが数m ~ 数十m程度

他にも色々ありますが、今日はBLEについて2つのポイントだけ覚えてください。

Bluetooth Low Energyの２つのフェイズ

Scanと

Connect

BLE Scan? ● 周囲のBLEデバイスが発信している信

号(Advertise)を発見するプロセス

● BLEの信号の中には様々な情報

(UUID、Local Name, 製造者情報など)が含まれている(Advertise Packet)ので、Scan時にフィルタリングも可能。

● 見つける側をCentral、見つけられる側

をPeripheral(ペリフェラル)と呼びま

す。

Advertise

Scan

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

BLE ScanでBONXアプリのBLEの信号を見つける

● BONXアプリは、見つける側、見つけら

れる側両方の機能がある

● 招待用のUUIDを含むBLEの信号

(Advertise Packet)のみを取得

近くにいるユーザー同士がお互いのデバイ

スを発見可能(Scan時点ではお互いが「誰

か」は分からない)

BONXユーザー（Central)

他のBONXユーザー(Peripheral)

招待用UUIDを含むPacket

BLE Connect(接続)?

● BLEデバイス同士が接続を確立するプロ

セス。

● 接続される側(GATT Server)の、データ構

造(Characteristic)を通じて、データのや

り取りが可能。○ Read○ Write○ Notification

接続する側(Central /

GATT Client)

接続される側(Peripheral /

GATT Server)

接続

BLE Connectして、ユーザーIDを読み取る

● GATT ServerとなっているBONXユーザー

のユーザーIDを、ユーザーID用Characteristicから読み取るREAD

ユーザーID

読む側(GATT Client)

読まれる側(GATT Server)

BLE Connectして、ルームへ招待する

● GATT Serverの招待用Characteristicに値を書き込むことで、GATT Serverに招待

したことを通知する

WRITE

招待する側(GATT Client)

招待される側(GATT Server)

BLE 招待スキームの問題点

AndroidのBLEサポート対応状況が複雑

● BLE Central(見つける側), Peripheral(見つけ

られる側)両方の機能が必要

● AndroidでBLE Peripheral機能のサポート状

況が複雑で、かつサポートしている端末が少

ない○ Android OSでのサポート状況

○ Android ハードウェアでのサポート状況

Scan

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

BLE Advertise

Android OSのサポート状況

● BLE Central関連APIは4.3以上

● BLE Peripheral関連API(Advertiseを含む)は5.0以上

Scan

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

Android 5.0以上しかBLE Peripheral機能をサポートでき

ない(2016年4月時点:シェア40.4%)

Android ~ 4.4

Scan

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

Android ハードウェア側のサポート状況

● Androidで現在使われているBluetoothプロ

トコル・スタック Bluedroidは、AdvertiseのAPIがBroadcomチップのベンダ独自のHCIコマンド “multiple advertisement”に依存し

ている(抽象化の意味…)● このHCIコマンドに対応した無線チップが搭

載された端末でなければAdvertiseできない

● このHCIコマンドに対応しているかどうかは、

端末スペックから類推できない(!!)

AndroidBroadcomチップの命令に非準拠

Android 5.0以上で、なおかつBroadcomのHCIコマンド

に対応したチップを搭載している端末しかBLE Advertiseできない(シェア：40%未満)

http://taisukeoe.github.io/blog/2015/12/24/android-ble/

Android ハードウェアのサポート状況

解決策: BONXイヤフォンがAndroid BLEを補完する

BONXイヤフォンが代わりにBLE Advertiseする

SPP接続

BLE Advertise

Scan

BONXイヤフォンとペアリングしてるAndroid（BLE Advertise不可)

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

BONXイヤフォンが搭載しているCSR製Bluetoothモジュール

はBluetooth Low Energy(v4.0)とClassic Bluetooth(v3.0以前)の両方に対応したデュアルチップ

SPP接続BLE接続

見つける側（Central)

見つけられる側(Peripheral)

BONXイヤフォンはBluetooth デュアルチップを搭載している

ため、ペアリング中のAndroid端末とのSPP接続と、「見つける

側」の端末とのBLE接続を同時にできる

BONXイヤフォンとペアリングしてるAndroid（BLE Advertise不可)

BONXイヤフォンはBLEとSPPを橋渡しする

BONXイヤフォンはBLEとSPPを橋渡しする

SPP接続

ユーザーIDREAD

ユーザーID

BLE接続

BONXイヤフォンとペアリングしてるAndroid（BLE Advertise不可)

ペアリング中のAndroid端末からSPP経由でユーザーIDを書

き込むと、BONXイヤフォンのユーザーID用Characteristicに格納されるため、「読む側(GATT Client)」は何も意識せず

ユーザーIDを取得できる

読む側(GATT Client)

読まれる側(GATT Server)

BONXイヤフォンはBLEとSPPを橋渡しする

SPP接続BLE接続

BONXイヤフォンとペアリングしてるAndroid（BLE Advertise不可)

招待する際も同様に、BONXイヤフォンの招待用

Characteristicへの書き込みを検知したら、ペアリング中の

Android端末にSPP経由で同じ値を書き込むため、「招待する

側(GATT Client)」は何も意識しなくてよい

WRITE WRITE

招待する側(GATT Client)

招待される側(GATT Server)

BONXイヤフォンの通話中の各種機能

BONXイヤフォンとペアリングしてる端末

BONXイヤフォンのボタン機能もBLE(iOSの場合)ないしはSPP(Androidの場合)で実現している。

通話開始時にはこれらのプロファイルでのBluetooth接続に加

えて、HFPで接続し音声データを送受信する

VOICESERVER

HFP(音声通話)

SPP(ボタン機能)

BLE(ボタン機能)

VOICESERVER

BONXを支える技術: Bluetooth編 まとめ

iOS Android BONXイヤフォン

BLE周囲のユーザー発見招待の通知BONXイヤフォンのボタン機能

周囲のユーザー発見招待の通知

他のユーザーに発見・招待してもらう(一部のAndroid向け)ボタン機能(iOS向け)

Classic BT

SPP 使用しない

BONXイヤフォンのBLE Advertise状態及びデータの制御BONXイヤフォンのボタン機能

AndroidからのBLE Advertise制御への応答ボタン機能(Android向け)

HFP 音声通話電話着信応答

音声通話電話着信応答

音声通話電話着信応答

種々のBluetoothプロファイルを

あらゆる場面で使い倒しています！

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BLEについてもっと知りたい人は

堤修一さん(BONXのiOSのBLE招待フローの原案者)、松村礼央さん共著の

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