watchOSにおけるBluetoothデバイスからのタイムリーなアラートの取得

watchOSにおけるBluetoothデバイスからのタイムリーなアラートの取得

関連度の高いアラートを、BluetoothデバイスからApple Watchにタイムリーに送信する仕組みをご確認ください。コンプリケーションで周期的なデータを活用する方法をはじめ、バックグラウンドでのBluetooth端末の検出、watchOSでのCharacteristicモニタリングの使用方法について解説します。また、優れたBluetoothアクセサリを作成するベストプラクティスや設計に関するガイダンスも紹介します。

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WWDC21
- BluetoothデバイスのApple Watchへの接続
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（音楽）
こんにちは Yannです Core Bluetoothエンジニアです今日は Bluetoothデバイスから Apple Watchへのタイムリーなアラートのお話です
まずwatchOS Appがバックグラウンドにある時のコンプリケーションのアップデートについて
そしてタイムリーなアラートの watchOS Appでの検知について
またwatchOS 9における新しいBluetooth端末の発見方法について
最後にBluetooth アクセサリの最適なデザイン方法をお話しします
まず最初のトピックはコンプリケーションのアップデートについてです昨年 Background App Refreshにおけるコンプリケーションのアップデートの方法をご紹介しました
今ご覧いただいている気温の表示のように定期的に更新されるデータに最適です
昨年バックグラウンドでの定期的な更新のために Background App Refreshの使用を可能にしました Background App Refreshが行われる度みなさんのAppが Bluetooth端末に接続しデータを受信した後接続を切りますこの詳細に関しては昨年のビデオをご確認ください
でもユーザーにとって時間に依存した出来事が起こった場合はどうでしょう？
watchOS 9では Bluetooth端末からのアラートをバックグラウンドで検知できその方法についてご紹介します
これがその流れです Appの稼働中にデバイスに接続し特徴をモニターします
Appの使用が止まると Core Bluetoothがデバイスとの接続を維持し特徴をモニターし続けます
その特徴の数値に変化があれば Appに処理のためのランタイムが与えられますローカル通知やネットワークリクエストが例ですこれによりユーザーに時間に依存した情報を提供できます
例えば調理用の温度計を見てみましょう一定温度でオーブンから料理を取り出すためアラートを設定できます
設定温度に近づくにつれ温度計が特徴としての数値を変えまもなく料理ができると Appがローカル通知を送ります
そして料理ができればそれを表す通知が来ます
もし温度が上昇し続ければ最後の通知が来ます
ではまずBackgroundモードの設定方法です
WatchのUIBackgroundModesに bluetooth-centralを足し
Xcodeでは Required background modesですここにApp communicates using CoreBluetoothを追加
これらのInfo.plistのエントリはセントラルとしての background executionの場合 iOSのものと同じです
Watch Appのinfo.plistは手作業で編集し iOSでのSigning capabilities とは別物になります
コードを見てみますすでに接続済みとし GATT serviceを見つけ GATT characteristicを発見しました didDiscoverCharacteristicFor コールバックが呼ばれます
コールバック内で数値変化の度に通知を受けるか決められます
これ自体は watchOS 8のAPIと同じですが違いはAppがバックグラウンドでも動作することです
そしてdidUpdateValueForで数値の変化に対応するためデリゲートメソッドを実装します
数値が変わればここでローカル通知を送信したりネットワークリクエストなどの処理を行えますこのメソッドはフォアグラウンドでもバックグラウンドでもコールされるので正しいアクションをいずれのケースでもセットしてください
さらなる考慮が必要な以下のような場合もあります
まずBluetooth接続についてですデバイスが圏外に出るとタイムアウト後切断されます
この場合 Appは一時バックグラウンドランタイムで connectPeripheralを呼び再接続を試みます iOSの場合と同じですデバイスが圏内に戻れば Core Bluetoothが再接続します
では制限について話しましょうこれらの制限はバッテリーライフの維持に非常に重要です
デバイスがBluetooth圏内ギリギリにありバックグラウンドBLE接続の最中に何度も切断されると再接続の範囲が縮小されますつまり再接続できるのは近くのデバイスのみです
この制限は 24時間枠で計算されユーザーがAppを使えばリセットされます
もう一つの制限はタイムリーな通知におけるバックグラウンドランタイムです
よってユーザーにとって重要である数値変化のみをモニターするようにしてください定期的なデータが必要であれば Background App Refresh によって行います
Appがその制限を超えそうになると LeGattNearBackground NotificationLimitがポストされるため Appでそのエラーをモニターしユーザーのインタラクションがないことを把握する必要があります
このアラートが重要ならネットワークリクエストや Bluetooth端末のUIを変更するなどユーザーへのコミュニケーションに関して別の方法を模索するべきです
制限を越えれば別の通知がポストされます LeGattExceededBackground NotificationLimitです
Appがバックグラウンドランタイムを得ることができなくなりバックグラウンド接続のない watchOS 8の挙動に戻ることになります
これらの２つの通知は GATT Notification Updateの errorフィールドに掲示されますバックグラウンド BLE接続においては制限に達したかについてカウントダウンではなくエラーの活用をお勧めします
watchOS 9ではバックグラウンドランタイムの制限は５ですこれらはユーザーがAppを使用するとリセットされますまたユーザーがAppを使用しなかった場合制限に達した24時間後にリセットされますこれはBluetooth バックグラウンドLE接続のみですもし文字盤にコンプリケーションがある場合 Background App Refreshはこの制限に関わらず継続されます
処理のための時間は限られており複雑な処理のための時間はありませんがユーザーへの通知には十分な時間です最後にバックグラウンドでのタイムリーなアラートの検知には Apple Watch Series 6 以降のみが対応しますバックグラウンドでできるのはアラート検知だけではありません watchOS 9ではバックグラウンドでも Bluetooth端末を発見できます
Bluetooth搭載の医療機器があり watchOS Appがタイムリーなアラートを検知したとします電源節約のため深刻な状態を感知するまで Bluetooth端末はアドバタイズしません
つまりApple Watchとはまだ接続されていません watchOS Appが医療機器からのUUIDをスキャンします
医療機器が深刻な状態を感知するとアドバタイズを始めます Apple WatchはこのBluetooth端末を見つけバックグラウンドでAppを起動
そしてAppがユーザーにそれを伝えます
仕組みはこうです Watch Appが Bluetooth端末のスキャンを始め Core Bluetoothがバックグラウンドでスキャンし続けます
デバイスのアドバタイズを検知すればバックグラウンドランタイムが与えられ接続が開始されます
それではコードを見てみましょう APIはwatchOS 8から変わっていませんが Appがバックグラウンドでもスキャンが行われます
対象のサービスのUUIDで scanForPeripheralsをコールします Appがフォアグラウンドでもバックグラウンドでも実行することができます allowDuplicatesKeyのオプションを選択すれば Appがフォアグラウンドの時のみ実行するようにできますただし制限があります
Appの稼働時間外でのバックグラウンドランタイムの回数ですこの制限は先ほどのGATT特徴変化のバックグラウンドランタイムと結合されますまたバックグラウンドでの Bluetooth端末のスキャンは Apple Watch Series 6 以降が必要です
まとめるとApple Watchがバックグラウンドでスキャンする際 Bluetooth service UUIDを限られた回数スキャンできます
ではこの特徴を活かしたアクセサリのデザインについてです
Bluetoothアクセサリはトレードオフを考えねばなりません
電力消費が重要ならデバイスが待機状態になりアラートが生じた時のみ関連情報を告知するトポロジーを選択しますトレードオフはアラートがある度 Bluetoothの発見時間に少し遅延が生じますが電力消費を抑えられます
医療機器などに提供されるトポロジーです
その一方でアラートの待ち時間が短時間な上電力消費が重要でないならバックグラウンドLE接続を使用することで GATTでアラートを送るべきです Bluetoothの接続は Appにつき２つです
これは温度センサーの例で見たトポロジーです
ユーザーがアラートで最高の経験を得るには時間の緊急性をフィルターするためデバイスに処理能力と知識を足すべきです
温度計の例で言うとすべての温度を送信せず必要最低限の情報や温度変化を送るのですこのアプローチを使うと定期情報から重要情報を取り出すことでデバイスも Apple Watchユーザーも電力を節約しいい体験となります
デバイスの接続が切れた時は再接続のアドバタイズをお勧めしますこれはBluetoothデバイスの再接続の速さや電池の残量など必要条件次第でアドバタイズ間隔が変わりますアクセサリガイドラインにいくらかの参考値があります例えば電池の消費量が限られるデバイスなら 1022.5ミリ秒の数値を使用します
またアドバタイズレートが 20ミリ秒なら理想的状況下で１秒以内の発見が可能です
また重要な状況のみそれが可能になるようデザインすることもできます
では接続間隔についてですバックグラウンドでデバイスが接続し続けられるトポロジーを選ぶなら長い接続間隔をお勧めします最低150ミリ秒が必要ですこれによりデバイスの節電と最高のユーザー体験が提供できます
Bluetooth 5.3が Apple Watchに採用されますこれによりデバイスが待機中は接続間隔を増加し短レイテンシが必要な時は接続間隔を短縮できます
OSによる違いはご覧の通りです Bluetooth Low Energyでサポートされている構造です昨年 watchOSに Background App Refreshが Background Execution Mode として登場しました今年はSeries 6以降であればタイムリーなアラートで向上されます
ありがとうございました
（音楽）

func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
    peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)
}

func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
    if let newData = characteristic.value {
        // Post a local notification.
    }
}

9:15 - Discover peripherals

func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
    central.scanForPeripherals(withServices: [myCustomUUID])
}

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