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What's New in Core Bluetooth

📅 2020.6.11 (THU)

🗂 WWDC2019 | Session : 901 | Category : System Frameworks

🔗 https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2019/901/

🔖 Learn how to adopt privacy-enhancing changes in Core Bluetooth. Discover new possibilities with LE 2Mbps, advertising extensions, BR/EDR, and dual-mode devices. Understand how to debug your Core Bluetooth communication with the improvements to PacketLogger.

이번 해에 Core Bluetooth 가 BR/EDR 디바이스를 지원하도록 추가 되었다.

Core Bluetooth 가 어떤 transport 에서 작동 되는지에 상관 없이 모든 Bluetooth 디바이스에 도달하고 상호작용 할 수 있다는 것을 의미 한다.

 Low Energy 2 Mbps 

🆕 LE 2 Mbps

• New feature in Bluetooth 5.0
• Physical layer rate increased from 1 Mbps to 2Mpbs between compatible devices → Core Bluetooth 가 같은 airtime 에 두배를 전송 할 수 있게 되었다.
• Faster and more power efficient connection
• Transparent to the application
• Accessories must support LE 2 Mbps
• Available starting with iPhone 8, Apple TV 4K, Apple Watch Series 4

LE 2 Mbps Throughput

 Advertising Extensions 

• Bluetooth 5.0 feature
• 작은 payload를 전송함으로써 3 개의 advertising channel 의 혼잡도를 줄였다.
• 더 큰 payload를 전송하기 위해 더 넓은 data channel로 보낸다.
• 31에서 255byte 로 상승했고, LE에서 전송 비율이 2 Mbps 이다.

🆕 Extended Scan

• Scans for extended advertisements

• Accessories must support extended advertisements with LE 2 Mbps

• Support extended advertisement payload up to 124 bytes

• 4 times that advertisement data that an accessory can send today

• Transparent to application

• New API to query for platform support

  class func supports(_ features: CGCentralManager.Feature) -> Bool 
  static var extendedScanAndConnect: CGCentralManager.Feature { get }
   

• Supports connections to connectable extended advertisements

• Improves existing connection exchange protocol

🆕 Legacy Connections

1. Advertiser 는 연결 가능한 advertisement 를 통지
2. Scanner 가 연결을 원한다면 connection identification 전송
3. ACK 는 없음
4. Scanner 는 connection indication 이 advertiser에게 도달했다고 가정
5. host processor 에게 새로운 connection이 있다고 알려줌

하지만 RF characteristic 이 서로 다를 수 있고 RF environment 가 매우 동적이기 때문에connection indication 이 advertiser 에게 도착하지 못할 수 도 있음

→ 이 과정들이 베터리를 더 많이 소모하게 함

🆕 Extended Connections

1. Advertiser 는 연결 가능한 extended advertisement 를 통지
2. Scanner 는 connection request 를 전송 가능
3. Advertiser 는 explicit connection response 를 전송
4. Scanner 가 connection response 를 받았을 때만 새로운 connection이 있다고 host processor 를 깨움
5. connection 이 link layer negotiation 들을 생략 하고 LE 2 Mbps 로 시작 할 수 있음

 Core Bluetooth for BR/EDR 

GATT

• hierach-based 인 Bluetooth SIG 프로토콜
• service 와 characteristics 로 구성
• read, write, characteristics 의 변화에 대한 노티가 매우 쉬움

System profile 이나 audio, A2DP, HFP remote-control profile 들을 시스템에서 작동 시킨다.

반대 쪽에선 Low Energy의 경우 Core Bluetooth 를 GATT 위에서 구동하고, 그 프레임워크를 accessories 에서 interface로 사용 한다.

두 layer 를 합쳤고, 이제 BR/EDR 과 Low Energy 모두 transparent access 가능하다.

API 의 많은 변화 없이 classic devices 와 low energy device 모두 사용 가능해진 것이다.

• Use Core Bluetooth with BR/EDR Bluetooth devices
• Bluetooth SIG GATT protocol running over BR/EDR
• Same CBPeripheral APIs
• New API in CBCentralManager
• Available today with latest iOS, watchOS, tvOS
• Add support to your accessory

🆕 Registering for Connection Events

connection events 를 등록 하기 위한 API

Connection Event

Incoming Connection

Initialization

private var central: CBCentralManager!
central = CBCentralManager(delegate: self, queue: nil)

Registration

let matchingOptions = [CGConnectionEventMatchingOption.serviceUUIDs : [myServiceUUID]]

central.registerForConnectionEvents(options: matchingOptions)

Discover

Connect / Pair

Delegate Callback

// Connection Event
func centralManager(_ central: CBCentralManager,
										connectionEventDidOccur event: CGConnectionEvent,
										for peripheral: CBPeripheral_ {
	
	// Handle connection event

}

Outgoing Connection

Connection Out

private var central: CBCentralManager?
central = CBCentralManager(delegate: self, queue: nil)

central?.connect(myPeripheral, option: nil)

BR/EDR Page

Connected

 Core Bluetooth for dual-mode 

Improving Dual-Mode Pairing

🆕 Cross Transport Key Derivation

Instead of Inquiry

유저가 블루투스 발견과 페어링 전체를 제어를 원할 때, 너의 앱 경험을 방해하는 블루투스 설정에 가서 inquiry scan 을 하는 대신에, 액세서리로 부터 low energy scan 을 찾을 수 있다.

Low Energy Scan

CTKD - Pairing

만약 디바이스를 찾았다면, LE 를 통해 연결 하고 protective characteristic 에 접근 할 수 있다.

Key Derivation

일단 페어링이 되면, CTKD 로 인해 LE key 를 갖게 되고, BR/EDR key 또한 가져올 수 있다.

CTKD - BR/EDR Connected

이것은 이제 너가 유저를 혼란스럽게 하는 페어링을 트리거 할 필요 없이, 앱에서 전체 경험을 할 수 있도록 머물면서 BR/EDR 연결을 할 수 있다는 것을 의미한다.

Improving Dual-Mode Connections

홈 오디오 디바이스를 새로 출시 한다고 생각해보자. 그리고 디바이스는 뮤직 이나 팟캐스트 같은 미디어를 앱을 통해 연결 한다면 좋을 것이다.

iOS 는 BR/EDR 이라는 채널을 만들어 줄 것이다.

🆕 Bridging

BR/EDR Connection을 전달 하면, low energy 를 통해 디바이스와 연결하고, 만약 발견하면 즉시 BR/EDR 을 통해 가능한 많은 profile 과 연결 할 것이다.

유저는 끊김 없이 모든 멀티미디어 profile 을 사용 할 수 있게 된다.

 Privacy Update 

Enhancements

• User authorization
• Accessory notifications

User Authorization

Adoption

1. 유저에게 너의 앱이 왜 블루투스에 접근이 필요한지 전달해야 한다.
2. 그것은 의무적인 String 이고 적용하지 않는다면 앱이 실행 할 때 크래시가 난다.
3. 앱 리뷰 프로세스에서 모든 description 이 비어있지 않고 의미 있는지 확인 한다.

New property

var authorization: CBManagerAuthorization { get }

enum CBManagerAuthorization: Int {
	init?(rawValue: Int)
	var rawValue: Int { get }
	case notDetermined
	case restricted
	case denied
	case allowedAlways
}

Flow

func centralManagerDidUpdateState(_ central: CBCentralManager)
func peripheralManagerDidUpdateState(_ peripheral: CBPeripheralManager)

open var state: CBManagerState { get }

// if ( state == CBManagerState.unauthoized)
open var authorization: CBManagerAuthorization { get }

Accessory Notifications

• Apple Notification Center Service (ANCS)
• GATT server servcie
• Allows accessories to receive notifications from iOS

ANCS Privacy Update

New ANCS Privacy API

public let CBConnectPeripheralOptionRequiresANCS: String

optional func centralManager(_central: CGCentralManager, ddidUpdateANCSAuthorizationFor
														peripheral: CBPeripheral)

open var ancsAuthorized: Bool { get }

 Core Bluetooth PacketLogger 

OverView

• Bluetooth packet analysis application
• Visualizer for packet logs inside sysdiagnose
• Decode all protocols defined by Bluetooth SIG and Apple
• Rich filtering options
• Search by text or regex
• Comment and flag packets
• Export raw data for analysis

Top Level View

ACI, ATT 프로토콜만 필터링 할 수 도 있고, 누르면 각각의 패킷에 대해 전체 프로토콜 계층을 볼 수도 있다.

Hierarchical View

raw bytes 까지 각각의 프로토콜을 볼 수 있다

🆕 Live Capture

맥에 연결 된 iOS 디바이스에 login profile 을 설치하고, PacketLogger 을 실행 하면, iOS 디바이스에서 액세서리로 live Bluetooth traffic 을 capture 할 수 있다. 또한 여러개의 iOS 디바이스를 연결 할 수도 있다.