Erste Schritte mit Bluetooth Low Energy

Vorwort

Diese Arbeit wurde mithilfe von KI übersetzt. Wir freuen uns über dein Feedback und deine Kommentare: [e-mail]

Bluetooth Low Energy (BLE), das als Teil der Bluetooth 4.0-Spezifikation eingeführt wurde, ist eine aufregende Funktechnologie, die Entwicklern von mobilen Anwendungen einen noch nie dagewesenen Zugang zu externer Hardware ermöglicht.

Dieses Buch soll ein solides, praktisches Verständnis von Bluetooth Low Energy vermitteln: wie Daten organisiert werden, wie Geräte miteinander kommunizieren und welche wichtigen Designentscheidungen und Kompromisse von den Protokollentwicklungsteams getroffen wurden. Du wirst so viel über BLE wissen, dass du die High-Level-APIs der meisten modernen eingebetteten Geräte und mobilen Betriebssysteme mit Zuversicht angehen kannst, und du wirst in der Lage sein, die Terminologie und die Namenskonventionen in der technischen Dokumentation zu verstehen, wenn du tiefer einsteigen musst. Es sollte auch einige der spezifischen Stärken und Einschränkungen verdeutlichen, die BLE von anderen Funktechnologien wie WiFi, NFC, klassischem Bluetooth, Zigbee und so weiter unterscheiden.

Erfahrene Embedded-Firmware-Ingenieure werden besser darauf vorbereitet sein, tiefer in die vorhandene technische Dokumentation einzutauchen, und Entwickler von mobilen Anwendungen werden eine klarere Vorstellung davon haben, wie Daten in BLE-Geräten organisiert sind und wie sie mit der vorhandenen Hardware kommunizieren können.

Für wen dieses Buch ist

Dieses Buch richtet sich vor allem an zwei Zielgruppen:

Entwickler von mobilen Anwendungen

Erstens dient das Buch als konzeptioneller Überblick über Bluetooth Low Energy für Entwickler von mobilen Anwendungen, die mit physischen Geräten in der Außenwelt kommunizieren wollen, denen aber die offizielle, 2.600 Seiten starke Bluetooth Core Specification 4.1 vielleicht nicht so leicht zugänglich ist.

Eingebettete Ingenieure

Auf der anderen Seite ist das Buch auch für traditionelle Embedded-Ingenieure gedacht, die Bluetooth Low Energy aus Sicht des Produktdesigns in Betracht ziehen. Wenn du schnell wissen willst, was BLE ist und was nicht, hilft dir dieses Buch dabei, die Stärken und Schwächen von BLE als drahtloses Protokoll für dein Projekt schnell zu beurteilen.

Wie man dieses Buch benutzt

Dieses Buch ist in drei Hauptteile gegliedert.

Überblick über BLE

Die ersten vier Kapitel bieten einen umfassenden Überblick über Bluetooth Low Energy als Technologie. Sie erklären, wie Daten organisiert werden und wo die wichtigsten Grenzen liegen, und stellen alle wichtigen Konzepte vor, auf die du bei der Arbeit mit BLE wahrscheinlich stoßen wirst:

Kapitel 1, Einleitung

Das erste Kapitel führt in die grundlegenden Konzepte des als Bluetooth Low Energy bekannten Funkstandards ein. Es beschreibt kurz die Grundlagen, die zum Verständnis der wichtigsten Elemente der Technologie erforderlich sind, und gibt einen Überblick über die verschiedenen Spezifikationen und Chip-Konfigurationen, die heute zu finden sind. In diesem Kapitel werden auch die grundlegenden Konzepte von BLE vorgestellt und erklärt, wie z. B. Broadcasting, Verbindungen und die verschiedenen Rollen, die Geräte übernehmen können.

Kapitel 2, Grundlagen des Protokolls

Dieses Kapitel konzentriert sich auf den Protokollstapel als Ganzes und die verschiedenen Einheiten, die zu ihm gehören. Es gibt einen Überblick über die einzelnen Protokollschichten und ihre wesentlichen Merkmale, wobei Details aus der Spezifikation herausgefiltert werden, die für BLE-Anwendungsentwickler nicht direkt relevant sind. Jede Schicht wird im Zusammenhang mit der Rolle beschrieben, die sie als Teil des Ganzen einnimmt, und es wird besonders darauf eingegangen, welche Auswirkungen sie in realen Szenarien haben kann.

Kapitel 3, GAP (Werbung und Verbindungen)

In diesem Kapitel wird das Generic Access Profile (GAP) vorgestellt, das sowohl den Werbeprozess als auch die Verbindungen regelt. Es gibt einen Überblick über die Modi und Verfahren, die es den Geräten ermöglichen, miteinander zu interagieren, indem sie sowohl Werbepakete zur Verbreitung von Informationen als auch Verbindungen zum Datenaustausch nutzen.

Kapitel 4, GATT (Dienstleistungen und Merkmale)

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über das Generic Attribute Profile (GATT), das die Hierarchie und das Format für die Darstellung und Bearbeitung von Daten in BLE festlegt. Es stellt die grundlegenden Konzepte der Dienste und Merkmale sowie die Verfahren vor, mit denen verbundene Geräte Daten untereinander austauschen können.

Tools für Entwicklung und Prüfung

In den nächsten drei Kapiteln werden nützliche Tools (sowohl Hardware als auch Software) vorgestellt, mit denen du BLE-fähige Anwendungen oder Geräte entwickeln oder testen kannst. Diese Kapitel konzentrieren sich auf kostengünstige, leicht zugängliche Tools, die dir den Einstieg erleichtern, ohne dass du Tausende von Euros investieren musst:

Kapitel 5, Hardware-Plattformen

Dieses Kapitel bietet Produktdesignern einen Überblick über einige der neuesten Embedded-Entwicklungsplattformen für BLE-Peripheriegeräte oder -Produkte.

Kapitel 6, Fehlerbehebungswerkzeuge

Ganz gleich, ob du ein eigenes Gerät entwickelst oder eine Anwendung, die mit vorhandener Hardware kommuniziert, du wirst mit Sicherheit viele Stunden mit der Fehlersuche verbringen müssen. Die Fehlersuche bei drahtlosen Geräten ist ein anderer Prozess als bei der rein softwarebasierten Entwicklung. In diesem Kapitel werden einige nützliche Debugging-Tools vorgestellt, mit denen du mit BLE arbeiten und sehen kannst, was tatsächlich über die Luft gesendet wird.

Kapitel 7, Werkzeuge für den Anwendungsentwurf

In diesem Kapitel werden wichtige Tools für Entwickler mobiler Anwendungen vorgestellt, die mit BLE arbeiten. Diese Werkzeuge helfen dir, deine Software schnell zu testen und zu verifizieren oder sogar Geräte zu simulieren, wenn du zu Beginn des Entwicklungsprozesses keinen Zugang zu echter Hardware hast.

Entwicklungsplattformen

In den letzten drei Kapiteln werden die wichtigsten Entwicklungsplattformen vorgestellt, mit denen du wahrscheinlich für BLE arbeiten wirst (iOS und Android für Anwendungsentwickler und verschiedene Embedded-Plattformen für Produktdesigner und Embedded-Hardware-Ingenieure):

Kapitel 8, Android-Programmierung

Dieses Kapitel gibt einen grundlegenden Überblick über die Hardware, Software und Prozesse, die für die Implementierung von Bluetooth Low Energy auf dem Android-Betriebssystem erforderlich sind.

Kapitel 9, iOS Programmierung

In diesem Kapitel werden einige der wichtigsten iOS 7 Frameworks, Klassen und Methoden vorgestellt, die die Entwicklung von BLE-Anwendungen unterstützen. Anhand von Beispielen wird die Entwicklung von Anwendungen untersucht, die BLE nutzen, um den Batteriestand eines Peripheriegeräts abzulesen, sowie eine Anwendung, die iBeacon zur Standortbestimmung nutzt.

Kapitel 10, Entwicklung eingebetteter Anwendungen

In diesem Kapitel werden die Werkzeuge vorgestellt, die zum Kompilieren von Code für Embedded Devices benötigt werden. Mit dem in Kapitel 5 vorgestellten nRF51822-EK und der freien, quelloffenen GNU-Toolchain und dem Cross-Compiler für ARM erstellst du ein Beispiel für einen Herzfrequenzmonitor, der nativ auf dem nRF51822 SoC läuft.

In diesem Buch verwendete Konventionen

In diesem Buch werden die folgenden typografischen Konventionen verwendet:

Kursiv

Weist auf neue Begriffe, URLs, E-Mail-Adressen, Dateinamen und Dateierweiterungen hin.

Constant width

Wird für Programmlistings sowie innerhalb von Absätzen verwendet, um auf Programmelemente wie Variablen- oder Funktionsnamen, Datenbanken, Datentypen, Umgebungsvariablen, Anweisungen und Schlüsselwörter hinzuweisen.

Constant width bold

Zeigt Befehle oder anderen Text an, der vom Benutzer wortwörtlich eingetippt werden sollte.

Constant width italic

Zeigt Text an, der durch vom Benutzer eingegebene Werte oder durch kontextabhängige Werte ersetzt werden soll.

Tipp

Dieses Element steht für einen Tipp, eine Anregung oder einen allgemeinen Hinweis.

Warnung

Dieses Element weist auf eine Warnung oder einen Warnhinweis hin.

Code-Beispiele verwenden

Zusätzliches Material (Code-Beispiele, Übungen usw.) steht unter https://github.com/microbuilder/IntroToBLE zum Download bereit .

Dieses Buch soll dir helfen, deine Arbeit zu erledigen. Wenn in diesem Buch Beispielcode angeboten wird, darfst du ihn in deinen Programmen und deiner Dokumentation verwenden. Du musst uns nicht um Erlaubnis fragen, es sei denn, du reproduzierst einen großen Teil des Codes. Wenn du zum Beispiel ein Programm schreibst, das mehrere Teile des Codes aus diesem Buch verwendet, brauchst du keine Erlaubnis. Wenn du eine CD-ROM mit Beispielen aus den O'Reilly-Büchern verkaufst oder verteilst, ist eine Genehmigung erforderlich. Die Beantwortung einer Frage mit einem Zitat aus diesem Buch und einem Beispielcode erfordert keine Genehmigung. Wenn du einen großen Teil des Beispielcodes aus diesem Buch in die Dokumentation deines Produkts aufnimmst, ist eine Erlaubnis erforderlich.

Wir schätzen die Namensnennung, verlangen sie aber nicht. Eine Quellenangabe umfasst normalerweise den Titel, den Autor, den Verlag und die ISBN. Zum Beispiel:"Getting Started with Bluetooth Low Energy " von Kevin Townsend, Carles Cufí, Akiba, und Robert Davidson (O'Reilly). Copyright 2014 Kevin Townsend, Carles Cufí, Akiba, and Robert Davidson, 978-1-491-94951-1."

Wenn du der Meinung bist, dass deine Verwendung von Codebeispielen nicht unter die Fair-Use-Regelung oder die oben genannte Erlaubnis fällt, kannst du uns gerne unter [e-mail] kontaktieren .

Safari® Bücher Online

Hinweis

Safari Books Online ist eine digitale On-Demand-Bibliothek, die Experteninhalte in Buch- und Videoform von weltweit führenden Autoren aus den Bereichen Technologie und Wirtschaft liefert.

Technologieexperten, Softwareentwickler, Webdesigner sowie Geschäftsleute und Kreative nutzen Safari Books Online als Hauptressource für Recherchen, Problemlösungen, Lernen und Zertifizierungsschulungen.

Safari Books Online bietet eine Reihe von Plänen und Preisen für Unternehmen, Behörden, Bildungseinrichtungen und Privatpersonen.

Mitglieder haben Zugang zu Tausenden von Büchern, Schulungsvideos und Manuskripten von Verlagen wie O'Reilly Media, Prentice Hall Professional, Addison-Wesley Professional, Microsoft Press, Sams, Que, Peachpit Press, Focal Press, Cisco Press, John Wiley & Sons, Syngress, Morgan Kaufmann, IBM Redbooks, Packt, Adobe Press, FT Press, Apress, Manning, New Riders, McGraw-Hill, Jones & Bartlett, Course Technology und Hunderten mehr in einer vollständig durchsuchbaren Datenbank. Wenn du mehr über Safari Books Online erfahren möchtest, besuche uns bitte online.

Wie du uns kontaktierst

Bitte richte Kommentare und Fragen zu diesem Buch an den Verlag:

• O'Reilly Media, Inc.
• 1005 Gravenstein Highway Nord
• Sebastopol, CA 95472
• 800-998-9938 (in den Vereinigten Staaten oder Kanada)
• 707-829-0515 (international oder lokal)
• 707-829-0104 (Fax)

Wir haben eine Webseite für dieses Buch, auf der wir Errata, Beispiele und zusätzliche Informationen auflisten. Du kannst diese Seite unter http://bit.ly/gs-with-bluetooth-low-energy aufrufen .

Wenn du Kommentare oder technische Fragen zu diesem Buch stellen möchtest, sende eine E-Mail an [e-mail].

Weitere Informationen zu unseren Büchern, Kursen, Konferenzen und Neuigkeiten findest du auf unserer Website unter http://www.oreilly.com.

Finde uns auf Facebook: http://facebook.com/oreilly

Folge uns auf Twitter: http://twitter.com/oreillymedia

Schau uns auf YouTube: http://www.youtube.com/oreillymedia

Danksagungen

Danke an Clara und Judith für ihre unendliche Geduld und ihr Verständnis, an Ha Thach für seine unendliche Hilfe bei der CNU-Codebasis für den nRF51822 und an pt und Limor, die dies Tag für Tag möglich machen.

Kevin Townsend

Danke an Carla, dass sie das ständige Klicken der Tastatur ertragen hat, und an Vinayak für alles, was ich im Laufe der Jahre von ihm gelernt habe.

Carles Cufí

Es ist selten, dass ich mit einem großartigen Team zusammenarbeiten darf. Deshalb möchte ich mich bei allen Co-Autoren dafür bedanken, dass ich an diesem Projekt teilnehmen durfte, und bei allen O'Reilly-Mitarbeitern dafür, dass sie mir einen Einblick in die Arbeit gegeben haben, die hinter der Zusammenstellung eines Buches steckt. Ich möchte auch der weltweiten Gemeinschaft von Hackern und Hackerspaces dafür danken, dass sie mich immer wieder inspiriert und mich antreibt, mehr zu lernen, damit ich Workshops geben kann. Und schließlich möchte ich mich bei der Community der drahtlosen Sensornetzwerke und all den Verrückten bedanken, von denen viele auch Teil der Hacker-Community und Teil dieses Buches sind.

Akiba

Ich danke meinem Sohn Joseph und meiner Tochter Leah, dass sie ihre Zeit mit mir geopfert haben, damit ich daran arbeiten konnte.

Robert Davidson