Bluetooth RFCOMM

[アーティクル]
04/02/2022

重要な API

この記事では、ファイルの送受信方法に関するコード例と一緒に、ユニバーサル Windows プラットフォーム (UWP) アプリでの Bluetooth RFCOMM の概要を説明します。

重要

Package.appxmanifest で "bluetooth" 機能を宣言する必要があります。

<Capabilities> <DeviceCapability Name="bluetooth" /> </Capabilities>

概要

Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm 名前空間の API は、enumeration や instantiation など、既にある Windows.Devices のパターンに基づいて作成されています。データの読み取りと書き込みは、定型的なデータストリームパターンと Windows.Storage.Streams 内のオブジェクトを有効に活用できるように設計されています。 Service Discovery Protocol (SDP) の属性は、値のほかに、想定されている型を持ちます。ところが、広く普及しているデバイスの中には、SDP の属性の実装に不備のあるものが存在し、値の型が、想定されている型とは異なる場合があります。加えて、RFCOMM の多くの用法は、SDP の拡張属性を必要としません。そのため、この API は、未解析の SDP データへのアクセスを提供し、開発者が必要に応じて情報を取得できるようになっています。

RFCOMM API にはサービス識別子の概念が使われています。サービス識別子は単なる 128 ビットの GUID ですが、16 ビットまたは 32 ビットの整数として指定されることも少なくありません。 RFCOMM API には、サービス識別子を 128 ビットの GUID としてだけでなく、32 ビットの整数として指定したり利用したりするためのラッパーが用意されていますが、16 ビット整数用のラッパーはありません。 API にとってこの点は問題ではありません。言語が自動的に 32 ビット整数に拡大し、識別子は正しく生成されるためです。

アプリは、複数のステップから成るデバイス操作をバックグラウンドタスクで実行できます。アプリがバックグラウンドへ移動してサスペンド状態となった場合でも処理が続行されるので、信頼性の高いデバイスサービス (ファームウェアの更新、永続的な設定の変更など) やデータ同期を実行できます。ユーザーは PC の前で進捗バーを監視している必要がありません。デバイス操作を実行するときは DeviceServicingTrigger を使用し、データを同期するときは DeviceUseTrigger を使用します。これらのバックグラウンドタスクはバックグラウンドでのアプリ実行時間を制御するものであり、無制限な操作や無限の同期を目的としていません。

RFCOMM 操作の詳細を示す完全なコードサンプルについては、Github の Bluetooth Rfcomm チャットサンプルをご覧ください。

クライアントとしてファイルを送信する

ファイルを送信する際の基本的なアプリのシナリオは、必要なサービスに基づいてペアリングされたデバイスに接続することです。これには、次の手順が含まれます。

RfcommDeviceService.GetDeviceSelector* 関数を使って AQS クエリを作成し、必要なサービスのペアリングされているデバイスのインスタンスを列挙します。
列挙されたデバイスを選んで RfcommDeviceService を作成し、適宜 SDP 属性を読み取ります (established data helpers を使って属性のデータを解析します)。
ソケットを作成して、RfcommDeviceService.ConnectionHostName と RfcommDeviceService.ConnectionServiceName プロパティを StreamSocket.ConnectAsync に渡し、適切なパラメーターでリモートデバイスサービスに接続します。
定型的なデータストリームパターンに従って、ファイルからデータのチャンクを読み取り、ソケットの StreamSocket.OutputStream でデバイスに送信します。

using System;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm;
using Windows.Networking.Sockets;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.Devices.Bluetooth;

Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm.RfcommDeviceService _service;
Windows.Networking.Sockets.StreamSocket _socket;

async void Initialize()
{
    // Enumerate devices with the object push service
    var services =
        await Windows.Devices.Enumeration.DeviceInformation.FindAllAsync(
            RfcommDeviceService.GetDeviceSelector(
                RfcommServiceId.ObexObjectPush));

    if (services.Count > 0)
    {
        // Initialize the target Bluetooth BR device
        var service = await RfcommDeviceService.FromIdAsync(services[0].Id);

        bool isCompatibleVersion = await IsCompatibleVersionAsync(service);

        // Check that the service meets this App's minimum requirement
        if (SupportsProtection(service) && isCompatibleVersion)
        {
            _service = service;

            // Create a socket and connect to the target
            _socket = new StreamSocket();
            await _socket.ConnectAsync(
                _service.ConnectionHostName,
                _service.ConnectionServiceName,
                SocketProtectionLevel
                    .BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication);

            // The socket is connected. At this point the App can wait for
            // the user to take some action, for example, click a button to send a
            // file to the device, which could invoke the Picker and then
            // send the picked file. The transfer itself would use the
            // Sockets API and not the Rfcomm API, and so is omitted here for
            // brevity.
        }
    }
}

// This App requires a connection that is encrypted but does not care about
// whether it's authenticated.
bool SupportsProtection(RfcommDeviceService service)
{
    switch (service.ProtectionLevel)
    {
        case SocketProtectionLevel.PlainSocket:
            if ((service.MaxProtectionLevel == SocketProtectionLevel
                    .BluetoothEncryptionWithAuthentication)
                || (service.MaxProtectionLevel == SocketProtectionLevel
                    .BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication))
            {
                // The connection can be upgraded when opening the socket so the
                // App may offer UI here to notify the user that Windows may
                // prompt for a PIN exchange.
                return true;
            }
            else
            {
                // The connection cannot be upgraded so an App may offer UI here
                // to explain why a connection won't be made.
                return false;
            }
        case SocketProtectionLevel.BluetoothEncryptionWithAuthentication:
            return true;
        case SocketProtectionLevel.BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication:
            return true;
    }
    return false;
}

// This App relies on CRC32 checking available in version 2.0 of the service.
const uint SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID = 0x0300;
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE = 0x0A;   // UINT32
const uint MINIMUM_SERVICE_VERSION = 200;
async Task<bool> IsCompatibleVersionAsync(RfcommDeviceService service)
{
    var attributes = await service.GetSdpRawAttributesAsync(
        BluetoothCacheMode.Uncached);
    var attribute = attributes[SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID];
    var reader = DataReader.FromBuffer(attribute);

    // The first byte contains the attribute's type
    byte attributeType = reader.ReadByte();
    if (attributeType == SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE)
    {
        // The remainder is the data
        uint version = reader.ReadUInt32();
        return version >= MINIMUM_SERVICE_VERSION;
    }
    else return false;
}

...
#include <winrt/Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm.h>
#include <winrt/Windows.Devices.Enumeration.h>
#include <winrt/Windows.Networking.Sockets.h>
#include <winrt/Windows.Storage.Streams.h>
...
Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService m_service{ nullptr };
Windows::Networking::Sockets::StreamSocket m_socket;

Windows::Foundation::IAsyncAction Initialize()
{
    // Enumerate devices with the object push service.
    Windows::Devices::Enumeration::DeviceInformationCollection services{
        co_await Windows::Devices::Enumeration::DeviceInformation::FindAllAsync(
            Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService::GetDeviceSelector(
                Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommServiceId::ObexObjectPush())) };

    if (services.Size() > 0)
    {
        // Initialize the target Bluetooth BR device.
        Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService service{
            co_await Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService::FromIdAsync(services.GetAt(0).Id()) };

        // Check that the service meets this App's minimum
        // requirement
        if (SupportsProtection(service)
            && co_await IsCompatibleVersion(service))
        {
            m_service = service;

            // Create a socket and connect to the target
            co_await m_socket.ConnectAsync(
                m_service.ConnectionHostName(),
                m_service.ConnectionServiceName(),
                Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication);

            // The socket is connected. At this point the App can
            // wait for the user to take some action, for example, click
            // a button to send a file to the device, which could
            // invoke the Picker and then send the picked file.
            // The transfer itself would use the Sockets API and
            // not the Rfcomm API, and so is omitted here for
            //brevity.
        }
    }
}

// This App requires a connection that is encrypted but does not care about
// whether it's authenticated.
bool SupportsProtection(Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService const& service)
{
    switch (service.ProtectionLevel())
    {
    case Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::PlainSocket:
        if ((service.MaxProtectionLevel() == Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionWithAuthentication)
            || (service.MaxProtectionLevel() == Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication))
        {
            // The connection can be upgraded when opening the socket so the
            // App may offer UI here to notify the user that Windows may
            // prompt for a PIN exchange.
            return true;
        }
        else
        {
            // The connection cannot be upgraded so an App may offer UI here
            // to explain why a connection won't be made.
            return false;
        }
    case Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionWithAuthentication:
        return true;
    case Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication:
        return true;
    }
    return false;
}

// This application relies on CRC32 checking available in version 2.0 of the service.
const uint32_t SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID{ 0x0300 };
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE{ 0x0A }; // UINT32.
const uint32_t MINIMUM_SERVICE_VERSION{ 200 };

Windows::Foundation::IAsyncOperation<bool> IsCompatibleVersion(Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService const& service)
{
    auto attributes{
        co_await service.GetSdpRawAttributesAsync(Windows::Devices::Bluetooth::BluetoothCacheMode::Uncached) };

    auto attribute{ attributes.Lookup(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID) };
    auto reader{ Windows::Storage::Streams::DataReader::FromBuffer(attribute) };

    // The first byte contains the attribute's type.
    byte attributeType{ reader.ReadByte() };
    if (attributeType == SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE)
    {
        // The remainder is the data
        uint32_t version{ reader.ReadUInt32() };
        co_return (version >= MINIMUM_SERVICE_VERSION);
    }
}
...

Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommDeviceService^ _service;
Windows::Networking::Sockets::StreamSocket^ _socket;

void Initialize()
{
    // Enumerate devices with the object push service
    create_task(
        Windows::Devices::Enumeration::DeviceInformation::FindAllAsync(
            RfcommDeviceService::GetDeviceSelector(
                RfcommServiceId::ObexObjectPush)))
    .then([](DeviceInformationCollection^ services)
    {
        if (services->Size > 0)
        {
            // Initialize the target Bluetooth BR device
            create_task(RfcommDeviceService::FromIdAsync(services[0]->Id))
            .then([](RfcommDeviceService^ service)
            {
                // Check that the service meets this App's minimum
                // requirement
                if (SupportsProtection(service)
                    && IsCompatibleVersion(service))
                {
                    _service = service;

                    // Create a socket and connect to the target
                    _socket = ref new StreamSocket();
                    create_task(_socket->ConnectAsync(
                        _service->ConnectionHostName,
                        _service->ConnectionServiceName,
                        SocketProtectionLevel
                            ::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication)
                    .then([](void)
                    {
                        // The socket is connected. At this point the App can
                        // wait for the user to take some action, for example, click
                        // a button to send a file to the device, which could
                        // invoke the Picker and then send the picked file.
                        // The transfer itself would use the Sockets API and
                        // not the Rfcomm API, and so is omitted here for
                        //brevity.
                    });
                }
            });
        }
    });
}

// This App requires a connection that is encrypted but does not care about
// whether it's authenticated.
bool SupportsProtection(RfcommDeviceService^ service)
{
    switch (service->ProtectionLevel)
    {
    case SocketProtectionLevel->PlainSocket:
        if ((service->MaxProtectionLevel == SocketProtectionLevel
                ::BluetoothEncryptionWithAuthentication)
            || (service->MaxProtectionLevel == SocketProtectionLevel
                ::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication))
        {
            // The connection can be upgraded when opening the socket so the
            // App may offer UI here to notify the user that Windows may
            // prompt for a PIN exchange.
            return true;
        }
        else
        {
            // The connection cannot be upgraded so an App may offer UI here
            // to explain why a connection won't be made.
            return false;
        }
    case SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionWithAuthentication:
        return true;
    case SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication:
        return true;
    }
    return false;
}

// This App relies on CRC32 checking available in version 2.0 of the service.
const uint SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID = 0x0300;
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE = 0x0A;   // UINT32
const uint MINIMUM_SERVICE_VERSION = 200;
bool IsCompatibleVersion(RfcommDeviceService^ service)
{
    auto attributes = await service->GetSdpRawAttributesAsync(
        BluetoothCacheMode::Uncached);
    auto attribute = attributes[SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID];
    auto reader = DataReader.FromBuffer(attribute);

    // The first byte contains the attribute's type
    byte attributeType = reader->ReadByte();
    if (attributeType == SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE)
    {
        // The remainder is the data
        uint version = reader->ReadUInt32();
        return version >= MINIMUM_SERVICE_VERSION;
    }
}

サーバーとしてファイルを受信する

RFCOMM アプリのシナリオとしては、サービスを PC でホストし、他のデバイスに対して公開するケースも一般的です。

RfcommServiceProvider を作成して必要なサービスをアドバタイズします。
SDP 属性を適宜設定 (established data helpers を使って属性のデータを生成) し、その SDP レコードを他のデバイスが検索できるようにアドバタイズします。
クライアントデバイスに接続するには、ソケットリスナーを作成して、着信接続要求のリッスンを開始します。
接続を受信したら、接続済みのソケットを後続の処理のために保存します。
定型的なデータストリームパターンに従って、ソケットの InputStream からデータのチャンクを読み取り、ファイルに保存します。

バックグラウンドで RFCOMM サービスを保持するために、RfcommConnectionTrigger を使います。サービスに接続されたら、バックグラウンドタスクがトリガーされます。開発者は、バックグラウンドタスクでソケットへのハンドルを受け取ります。バックグラウンドタスクは実行に時間がかかり、ソケットが使用中である限り保持されます。

Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm.RfcommServiceProvider _provider;

async void Initialize()
{
    // Initialize the provider for the hosted RFCOMM service
    _provider =
        await Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm.RfcommServiceProvider.CreateAsync(
            RfcommServiceId.ObexObjectPush);

    // Create a listener for this service and start listening
    StreamSocketListener listener = new StreamSocketListener();
    listener.ConnectionReceived += OnConnectionReceivedAsync;
    await listener.BindServiceNameAsync(
        _provider.ServiceId.AsString(),
        SocketProtectionLevel
            .BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication);

    // Set the SDP attributes and start advertising
    InitializeServiceSdpAttributes(_provider);
    _provider.StartAdvertising(listener);
}

const uint SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID = 0x0300;
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE = 0x0A;   // UINT32
const uint SERVICE_VERSION = 200;

void InitializeServiceSdpAttributes(RfcommServiceProvider provider)
{
    Windows.Storage.Streams.DataWriter writer = new Windows.Storage.Streams.DataWriter();

    // First write the attribute type
    writer.WriteByte(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE);
    // Then write the data
    writer.WriteUInt32(MINIMUM_SERVICE_VERSION);

    IBuffer data = writer.DetachBuffer();
    provider.SdpRawAttributes.Add(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID, data);
}

void OnConnectionReceivedAsync(
    StreamSocketListener listener,
    StreamSocketListenerConnectionReceivedEventArgs args)
{
    // Stop advertising/listening so that we're only serving one client
    _provider.StopAdvertising();
    listener.Dispose();
    _socket = args.Socket;

    // The client socket is connected. At this point the App can wait for
    // the user to take some action, for example, click a button to receive a file
    // from the device, which could invoke the Picker and then save the
    // received file to the picked location. The transfer itself would use
    // the Sockets API and not the Rfcomm API, and so is omitted here for
    // brevity.
}

...
#include <winrt/Windows.Devices.Bluetooth.Rfcomm.h>
#include <winrt/Windows.Networking.Sockets.h>
#include <winrt/Windows.Storage.Streams.h>
...
Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommServiceProvider m_provider{ nullptr };
Windows::Networking::Sockets::StreamSocket m_socket;

Windows::Foundation::IAsyncAction Initialize()
{
    // Initialize the provider for the hosted RFCOMM service.
    auto provider{ co_await Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommServiceProvider::CreateAsync(
        Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommServiceId::ObexObjectPush()) };

    m_provider = provider;

    // Create a listener for this service and start listening.
    Windows::Networking::Sockets::StreamSocketListener listener;
    listener.ConnectionReceived({ this, &MainPage::OnConnectionReceived });

    co_await listener.BindServiceNameAsync(m_provider.ServiceId().AsString(),
        Windows::Networking::Sockets::SocketProtectionLevel::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication);

    // Set the SDP attributes and start advertising
    InitializeServiceSdpAttributes();
    m_provider.StartAdvertising(listener);
}

const uint32_t SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID{ 0x0300 };
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE{ 0x0A };   // UINT32.
const uint32_t SERVICE_VERSION{ 200 };

void InitializeServiceSdpAttributes()
{
    Windows::Storage::Streams::DataWriter writer;

    // First write the attribute type
    writer.WriteByte(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE);
    // Then write the data
    writer.WriteUInt32(SERVICE_VERSION);

    auto data{ writer.DetachBuffer() };
    m_provider.SdpRawAttributes().Insert(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID, data);
}

void OnConnectionReceived(
    Windows::Networking::Sockets::StreamSocketListener const& listener,
    Windows::Networking::Sockets::StreamSocketListenerConnectionReceivedEventArgs const& args)
{
    // Stop advertising/listening so that we're only serving one client
    m_provider.StopAdvertising();
    listener.Close();
    m_socket = args.Socket();

    // The client socket is connected. At this point the application can wait for
    // the user to take some action, for example, click a button to receive a
    // file from the device, which could invoke the Picker and then save
    // the received file to the picked location. The transfer itself
    // would use the Sockets API and not the Rfcomm API, and so is
    // omitted here for brevity.
}
...

Windows::Devices::Bluetooth::Rfcomm::RfcommServiceProvider^ _provider;
Windows::Networking::Sockets::StreamSocket^ _socket;

void Initialize()
{
    // Initialize the provider for the hosted RFCOMM service
    create_task(Windows::Devices::Bluetooth.
        RfcommServiceProvider::CreateAsync(
            RfcommServiceId::ObexObjectPush))
    .then([](RfcommServiceProvider^ provider) -> task<void> {
        _provider = provider;

        // Create a listener for this service and start listening
        auto listener = ref new StreamSocketListener();
        listener->ConnectionReceived += ref new TypedEventHandler<
                StreamSocketListener^,
                StreamSocketListenerConnectionReceivedEventArgs^>
           (&OnConnectionReceived);
        return create_task(listener->BindServiceNameAsync(
            _provider->ServiceId->AsString(),
            SocketProtectionLevel
                ::BluetoothEncryptionAllowNullAuthentication));
    }).then([listener](void) {
        // Set the SDP attributes and start advertising
        InitializeServiceSdpAttributes(_provider);
        _provider->StartAdvertising(listener);
    });
}

const uint SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID = 0x0300;
const byte SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE = 0x0A;   // UINT32
const uint SERVICE_VERSION = 200;
void InitializeServiceSdpAttributes(RfcommServiceProvider^ provider)
{
    auto writer = ref new Windows::Storage::Streams::DataWriter();

    // First write the attribute type
    writer->WriteByte(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_TYPE);
    // Then write the data
    writer->WriteUInt32(SERVICE_VERSION);

    auto data = writer->DetachBuffer();
    provider->SdpRawAttributes->Add(SERVICE_VERSION_ATTRIBUTE_ID, data);
}

void OnConnectionReceived(
    StreamSocketListener^ listener,
    StreamSocketListenerConnectionReceivedEventArgs^ args)
{
    // Stop advertising/listening so that we're only serving one client
    _provider->StopAdvertising();
    create_task(listener->Close())
    .then([args](void) {
        _socket = args->Socket;

        // The client socket is connected. At this point the App can wait for
        // the user to take some action, for example, click a button to receive a
        // file from the device, which could invoke the Picker and then save
        // the received file to the picked location. The transfer itself
        // would use the Sockets API and not the Rfcomm API, and so is
        // omitted here for brevity.
    });
}