BLE Prototype

1. BLE Device Prototyping
Nordic nRF51822 based
BVMCN5103-CEAA-BK
Elias Hasnat
Dated: October 12, 2015
IoT基板ソフトウエア開発課⻑
Senior Manager, IoT Foundation Software Development

2. BLE 開発キット
BVMCN5103-CFAC-BK KIT

3. BLE Prototype with GW Layer
AWS Thing Shadow Prototype
BVMCN5103-CEAA-BK

4. Bluetooth Low Energyの
データ通信プロトコルの基本
• 接続処理が完了すると、マスター、スレーブともにデータチャ
ネルに移ります。どちらかがサーバになり、もう⼀⽅がクライ
アントになります。通常は、アドバータイズをしている側（ス
レーブ側）が、サーバになります。そのサーバに対して、ス
マートフォンなどのクライアントがアクセスに⾏くことになり
ます（１つの機器で、サーバの役割、クライアントの役割とも
持つことが可能です）。
• 下記のようなプロトコルスタックになっています。正確には
GAPからLinkLayerにアクセスするケース（スキャン時、接続
時）など例外的なパスはありますが、おおよそこの図で説明で
きます。

5. Bluetooth Low Energyの
データ通信プロトコルの基本

6. Bluetooth Low Energyの
データ通信プロトコルの基本
なお、上記のプロトコルスタック図は、サーバ側、クライアント
側の両⽅で共通です。
LinkLayerは、LLと略すこともあります。HCIは、Host Control
Interfaceの略ですが、昔はこのレイヤでHost CPUとBluetooth
デバイスがUART等で接続され制御していたのですが、現在はす
べてSingle Chipで処理されていますので、このレイヤはなく
なっています。
ATTは、Attribute Protocolの略です。GATTは、Generic
Attribute Profileの略です。GAPは、Generic Access Profileの略
です。これらの詳しい説明は、以降で⾏います。Layerとか
ProfileとかProtocolとかいろいろな名称が使われてますが、通信
ですので中⾝はプロトコル（約束事）です。

7. 属性(Attribute)
サーバには属性（Attribute）というデータの箱があり、それにクライアント側からアクセスします。
この属性のやり取りをするプロトコルをATT(Attribute)プロトコルと呼んでいます。さらに、この属
性（Attribute）を複数組み合わせて、GATTデータベースというものを作ります。そのGATTデータ
ベースにアクセスするプロトコルをGATTプロトコルと呼んでいます。
属性(Attribute)は、下記の集まりです。これらはサーバ内部で保存しておく値ですので、どのような
形で保存しておいてもかまいません。
• Attributeハンドル（2Byte）
• Attributeタイプ（2 or 16Byte）
• Attribute値（0-512Byte）
• Attributeパーミッション
Attributeハンドルは、通し番号です。Attributeタイプは、UUIDという識別⼦で、その値によって
サービス名(Service)を⽰したり、キャラクタリスティック(Characteristic)と⾔われるものを⽰した
りします（なお、ServiceとかCharacteristicというのは、GATTでの概念で、ATTでは定義されてい
ません）。Attribute値は、アプリケーションレイヤが利⽤するデータが⼊ります。Attributeパーミッ
ションは、読み書きできるとか、読み込みのみとか、暗号化ありとかの属性です。この属性
（Attribute）が、いくつも集まりGATTデータベースとなっています。

8. ATTプロトコル
属性(Attribute)にアクセスするATTプロトコルで使われるパケッ
トフォーマットです。
• Read Request, Write Request, Handle Value Notification,
Handle Value Indicationなどのハンドルを操作する場合は、上
記Attribute Parametersに、Handle番号が⼊ります。
• ATTプロトコルでは主に下記の操作ができます。カッコの中は、
実際のAttribute OpCode値です。

9. ATTプロトコル
• Error Handling
• Error Response(0x01)
• Server Configuration
• Exchange MTU Request(0x02)
• Exchange MTU Response(0x03)
• Find Information
• Find Information Request(0x04)
• Find Information Response(0x05)
• Find By Type Value Request(0x06)
• Find By Type Value Response(0x07)
• Reading Attributes
• Read By Type Request(0x08)
• Read By Type Response(0x09)
• Read Request(0x0A)
• Read Response(0x0B)
• Read Blob Request(0x0C)
• Read Blob Response(0x0D)
• Read Multiple Request(0x0E)
• Read Multiple Response(0x0F)
• Read by Group Type Request(0x10)
• Read by Group Type Response(0x11)
• Writing Attributes
• W rite Request(0x12)
• W rite Response(0x13)
• W rite command(0x14)
• Prepare W rite Request(0x16)
• Prepare W rite Response(0x17)
• Execute W rite Request(0x18)
• Execute W rite Response(0x19)
• Signed W rite command(0xD2)
• Server Initiated
• Handle Value Notification(0x1B)
• Handle Value Indication(0x1D)
• Handle Value Confirmation(0x1E)

10. ATTプロトコル
• 例えば、Reading Attributesの中のコマンドの１つで、クライ
アントがサーバのデータを読む場合は、Read
Request(Attribute OpCode:0x0A)というのをクライアントから
サーバに送り、サーバがRead Response(Attribute
OpCode:0x0B)というのを返してきます。
• このATTプロトコルは低レベルのプロトコルなので、温度計
の値を読みこむとかの操作はできません。センサーの値を読む
ときなどは、⼀つ上のレイヤのGATTプロトコルが必要になり
ます。

11. GATTデータベース
• 属性(Attribute)を集めたGATTデータ
ベースですが、イメージがしづらい
ので、実際のセンサーの値を格納し
たデータベースで説明します。
Bluetooth Low Energy規格では、こ
の辺が⾮常に理解しずらいです。理
解しづらいのは、サービスの宣⾔ま
でが、１つの属性（Attribute）に割
り当てられてしまっているからです。
通信の世界ではなく、MySQL等の
データベースの世界になっています。
• 具体的な温度計のGATTデータ
ベースは下記のようになります。１
⾏ずつは、属性(Attribute)になって
ます。

12. GATTデータベース
実際は、サービスは、キャラクタリス
ティックの集まりとして定義されてい
ます。
さらに、キャラクタリスティックは、
Characteristic Declaration、
Characteristic Value、Characteristic
Descriptorの集まりとして定義されま
す。
そのため、上記は、下記のような構造
になります。

13. GATTプロトコル
GATTプロトコルは、GATTデータベースにアクセスするプロトコルで
す。いくつかのATTプロトコルの組み合わせで実現します。
よく使われる操作には下記のようなものがあります。
• Discover Characteristic：クライアントがCharacteristicを探す
• Read Characteristic Value：クライアントがCharacteristic値を読む
• Write Characteristic Value：クライアントがCharacteristic値を書く
• Notify Characteristic Value：サーバがCharacteristic値を通知する

14. ありがとうございます