Structura protocolului

Stack-ul BLE

┌─────────────────────────┐
│      Application        │
├─────────────────────────┤
│         GAP            │  Generic Access Profile
├─────────────────────────┤
│         GATT           │  Generic Attribute Profile
├─────────────────────────┤
│         ATT            │  Attribute Protocol
├─────────────────────────┤
│         L2CAP          │  Logical Link Control
├─────────────────────────┤
│         HCI            │  Host Controller Interface
├─────────────────────────┤
│     Link Layer         │
├─────────────────────────┤
│     Physical Layer     │  2.4 GHz Radio
└─────────────────────────┘

Roluri în BLE

Peripheral (Slave)

• Advertise-ează prezența
• Acceptă conexiuni
• Oferă servicii (GATT Server)
• Exemplu: Brățară fitness, beacon

Central (Master)

• Scanează pentru peripherale
• Inițiază conexiuni
• Consumă servicii (GATT Client)
• Exemplu: Smartphone, gateway

Advertising

Canale: 37, 38, 39 (evită interferențe WiFi)

Tipuri:

• Connectable: Permite conexiune
• Non-connectable: Doar broadcast
• Scannable: Răspunde la scan request

Modelul de date BLE

Structura GATT

Profile - Colecție de servicii pentru un use-case Service - Grupare logică de caracteristici Characteristic - Unitate de date cu proprietăți Descriptor - Metadata pentru characteristic

Exemplu: Heart Rate Profile

Heart Rate Service (UUID: 0x180D)
├── Heart Rate Measurement (0x2A37)
│   ├── Properties: Notify
│   └── CCCD Descriptor (enable notifications)
├── Body Sensor Location (0x2A38)
│   └── Properties: Read
└── Heart Rate Control Point (0x2A39)
    └── Properties: Write

Servicii standard (SIG)

Comune:

• Battery Service (0x180F)
• Device Information (0x180A)
• Heart Rate (0x180D)
• Environmental Sensing (0x181A)

Custom services:

• UUID 128-bit propriu
• Definire caracteristici custom
• Documentare pentru integrare

Selectarea chip-ului BLE

Opțiuni populare

Nordic nRF52 Series

• nRF52832: BLE 5.0, ARM Cortex-M4
• nRF52840: BLE 5.0, USB, Zigbee capable
• nRF52833: Direction finding
• Avantaj: SDK excelent, comunitate mare

Dialog DA1469x

• Ultra-low power
• Codec audio integrat
• Display controller
• Utilizare: Wearables premium

Texas Instruments CC26xx

• Multi-protocol (BLE, Zigbee, Thread)
• Sensor controller pentru wake-up
• Utilizare: Industrial, smart home

Silicon Labs EFR32

• BLE + Zigbee + Thread
• Gecko SDK
• Utilizare: Multi-protocol IoT

Module vs Chip

Module (ex: nRF52 Raytac MDBT42Q)

• Antenă integrată
• Certificări incluse (FCC, CE)
• Time-to-market rapid
• Cost premium

Chip (ex: nRF52832 QFN)

• Flexibilitate design
• Cost optimizat la volum
• Necesită certificare
• PCB cu RF knowledge

Autonomie maximă pe baterie

Principii low-power

Minimize wake time

• Procesare cât mai rapidă
• Sleep imediat după task
• Evită polling, folosește întreruperi

Reduce TX power

• Ajustează bazat pe RSSI
• +4dBm vs 0dBm = 40% mai mult curent
• Distanța scurtă = power redus

Optimizare advertising

• Interval mai mare = consum mai mic
• 1000ms interval vs 100ms = 10x economie
• Balanță: Latență descoperire vs baterie

Connection parameters

Connection interval

• Range: 7.5ms - 4s
• Trade-off: Latență vs consum
• Negociere cu central

Slave latency

• Skip connection events dacă nimic de trimis
• Reducere majoră consum

Supervision timeout

• Timeout pentru detectare disconnect
• Valoare prea mică = reconectări false

Consum tipic nRF52

• TX (+4dBm): 5.3mA
• RX: 5.4mA
• CPU active: 3mA
• System ON, RAM retention: 1.5µA
• System OFF: 0.3µA

Implementare software

SDK-uri și stacks

Nordic nRF Connect SDK (Zephyr based)

• Modern, cross-platform
• Bluetooth Host + Controller
• Suport Thread, Zigbee
• Open source

Nordic SoftDevice (legacy)

• Binary blob pentru controller
• API stabil și testat
• Încă folosit în producție

Zephyr RTOS

• Bluetooth stack integrat
• Multi-vendor support
• Configurabil și modular

Flow dezvoltare

1. Definire GATT

BT_GATT_SERVICE_DEFINE(my_service,
    BT_GATT_PRIMARY_SERVICE(&my_uuid),
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(&char_uuid,
        BT_GATT_CHRC_READ | BT_GATT_CHRC_NOTIFY,
        BT_GATT_PERM_READ,
        read_cb, NULL, &value),
    BT_GATT_CCC(ccc_cfg_changed, BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE),
);

2. Advertising setup

static const struct bt_data ad[] = {
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR),
    BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, DEVICE_NAME, sizeof(DEVICE_NAME) - 1),
};

bt_le_adv_start(BT_LE_ADV_CONN, ad, ARRAY_SIZE(ad), NULL, 0);

Protejarea comunicației

Niveluri de securitate

Mode 1 (Encryption)

• Level 1: No security
• Level 2: Unauthenticated encryption (Just Works)
• Level 3: Authenticated encryption (PIN, OOB)
• Level 4: Authenticated LE Secure Connections

Mode 2 (Signing)

• Data signing fără encryption
• Utilizare: Broadcast authenticated

Pairing methods

Just Works

• Zero user interaction
• Vulnerabil la MITM
• Utilizare: Dispozitive fără display/input

Passkey Entry

• PIN 6 cifre
• Protecție MITM
• Necesită display sau input

Numeric Comparison

• Ambele device-uri afișează număr
• Utilizatorul confirmă potrivire
• Cel mai sigur pentru device-uri cu display

Out of Band (OOB)

• Schimb chei prin alt canal (NFC, QR)
• Foarte sigur
• Complexitate implementare

Best practices securitate

• Activează bonding pentru dispozitive de încredere
• Folosește LE Secure Connections (BLE 4.2+)
• Implementează app-level encryption pentru date sensibile
• Rotire periodică a cheilor

Validarea implementării BLE

Tools pentru dezvoltare

nRF Connect App (iOS/Android)

• Scanare device-uri
• Conectare și explore GATT
• Read/Write/Subscribe caracteristici
• Log pentru debugging

Wireshark + nRF Sniffer

• Capturare pachete over-the-air
• Analiză protocol detaliată
• Debug pairing issues

Nordic Power Profiler Kit

• Măsurare consum real-time
• Rezoluție: µA
• Corelare cu evenimente software

Testing checklist

Funcțional:

• Advertising vizibil
• Conexiune stabilă
• Toate caracteristicile funcționale
• Notifications working
• Reconnect after disconnect

Interoperabilitate:

• iOS (diverse versiuni)
• Android (diverse telefoane)
• Alți centrali (gateway-uri)

Power:

• Consum în advertising
• Consum în conexiune idle
• Consum în transfer activ
• Sleep current

Range:

• Distanță maximă în câmp liber
• Performanță prin obstacole

Drum către piață

Bluetooth SIG Certification

Obligatoriu pentru:

• Utilizare logo Bluetooth
• Interoperabilitate garantată
• Acces pe piețe majore

Proces:

1. Înregistrare ca membru SIG
2. Qualification (QDID) pentru stack folosit
3. Declaration (produs final)
4. Listing pe bluetooth.com

Costuri:

• Membership: $2,500 - $35,000/an (bazat pe revenue)
• Declaration: $0-8,000 (bazat pe membership level)

Radio certifications

CE (Europa)

• RED (Radio Equipment Directive)
• Test EMC și radio
• Self-declaration (cu raport test)

FCC (SUA)

• Part 15 pentru ISM band
• ID unic FCC
• Test la lab acreditat

IC (Canada), MIC (Japan), etc.

• Cerințe similare
• Necesare pentru export

Utilizare modul certificat

Avantaj major:

• Certificările radio incluse
• Reduce time-to-market
• Cost mai mic decât certificare proprie

Condiții:

• Respectare design guidelines (antenă, impedanță)
• Nu modifici parametri RF
• Include ID-uri în documentație

BLE pentru produsul tău

Bluetooth Low Energy este alegerea ideală pentru dispozitive wireless cu consum redus. Cu hardware și firmware potrivite, poți obține ani de autonomie pe o baterie coin cell.

Factori de succes

• Hardware potrivit - Alege chip/modul pentru aplicația ta
• Stack optimizat - SDK matur, testat în producție
• Power design - Optimizare din start, nu la final
• Testare riguroasă - Interoperabilitate și consum
• Certificare - Plan din faza de design

Servicii Torcip pentru BLE

Dezvoltare hardware:

• Design PCB cu RF
• Selectare antene și matching
• Optimizare pentru producție

Dezvoltare firmware:

• Nordic nRF52/53 specialist
• Custom GATT profiles
• OTA updates
• Power optimization

Producție:

• Asamblare și testare
• Programming și provisioning
• Suport certificare

Proiecte realizate:

• Brățări fitness
• Beacons indoor positioning
• Senzori industriali wireless
• Wearables medicale

Contactează-ne pentru o discuție despre proiectul tău BLE și primește consultanță tehnică gratuită.