格安スマートブレスレットをLoRaWANと繋ぎ IoTヘルスケア端末に (その２）

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TheThingsNetworkJapan_Ambassador 20 Aug 2018

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その１からの続き

スマートブレスレッドのお蔭で体調も良くなってしばらくたったころ、ちょうど今年５月ゴールデンウィーク前に中国深圳市にあるLoRaWAN関連ハードウェアメーカー Dragino社に出張する機会がありましたので、ついでに前途のスマートブレスレットを製造しているメーカー元へ訪ねてみました。

＊深圳市郊外スマートブレスレットメーカー会議室にて

スマートブレスレット工場に訪問した理由は、スマートブレスレットの専用スマホアプリWearfitのSDKキットと技術資料を入手することでした。

帰国後、さっそくSDKキットと中国語で書かれた技術資料をもとにスマートブレスレットをBluetooth経由で制御できないか？　社内で検討してみました。

＊Wearfitプロトコルの基本仕様

ホスト（Android、iOS）とクライアント（ブレスレット）間プロトコルの基本仕様は、次のとおりです。

ホスト - >クライアント間プロトコル
クライアント - >ホスト間プロトコル
データパケット⻑は20バイト以内。20バイト超のデータは別パケットで送信各々のデータパケット形式は以下を参照してください。

・1.2 クライアント - >ホスト間プロトコル

8.5__4ee4708ed09c2a4e5223ae60ab2e003544eeb1d0.png

クライアント->ホスト間プロトコルは、表1-1に⽰すように、開始フレーム+ ID、データ⻑、データ0、データパケットヘッダ、データ1、および他の情報が含まれます。

表1-1 クライアント->ホスト間プロトコル解析

*Data Legth：データ⻑は、Data Legth以降のパケットヘッダを含まないデータサイズをバイト単位で⽰し、そのデータサイズは[Total length-1]となります。

*Status：ステータス表⽰（下記のプロトコルを参照のこと）

1.3 ホスト - >クライアント間プロトコル

ホスト->クライアント間プロトコルには、表1-2に⽰すように、開始フレーム、データ⻑、デフォルトフィールド、制御フィールド、データタイプ、およびデータが含まれます。

中国語で書かれた技術資料をGoogle翻訳で和訳し、ホスト（スマホ）とクライアント（スマートブレスレット）の相互通信の仕様は理解しました。しかし、転送される各サービスの定義に関しては、詳細資料がないために開発元であるはずのスマートブレスレット工場のマネージャーに質問しました。しかし、質問した内容を理解されず、自力で解析するしかなくなりました。

そこでスマートブレスレットに搭載されているBluetoothチップの情報をもとにWearfitを開発した会社（たぶんスマートブレスレットとは違う現地のソフト会社？）のBluetooth SIGの標準仕様とは別の独自GATT情報を解析しました。

＊GATTとは？

GATT（Generic attribute profile）－汎用アトリビュートプロファイルは、ATT（アトリビュートプロトコル）を用いてデータを構造化する方法と、アプリケーション間でのやり取りの方法を定義します。Bluetooth low energyのアプリケーションは、すべてこのGATTを使用して構築されることから、GATTはBluetooth low energyのデータ転送の主軸となるものです。

GATTには、Bluetooth SIGが公式に提供しているプロファイルと、機器メーカなどの独自提供のものがあります。Bluetooth SIGが定義しているプロファイルには、Alert Notification（アラート通知）、Blood Pressure（血圧計）、Health Thermometer（体温計）、Heart Rate（心拍数）、Location and Navigation（位置とナビ）などがあります。これらはすべて、Bluetooth low energy用に定義されたもので、Bluetooth v3以前のプロファイルとは互換性がありません。

情報参照元：

http://micro.rohm.com/jp/techweb_iot/knowledge/iot02/s-iot02/04-s-iot02/3469

試行錯誤を何度も重ねてgatttoolというBluetoothライブラリでスマートブレスレットとRaspberry Piをつかいながら、プロトコルのサービス内容の定義ができるところまで辿りました。

＊Raspberry Piとスマートブレスレットの連携

Raspberry Piからgatttoolコマンドを使用したスマートブレスレットの設定および情報取得の方法について説明します。

１．確認環境

以下の環境で確認しています。

　・Raspberry Pi Zero W

　・Raspbian(jessie)

２．スマートブレスレットのMACアドレス取得

（１）ラズベリーパイに以下のコマンドを入力し、スマートブレスレットのMACアドレス取得します。

$ sudo hcitool lescan
LE Scan ...
XX:XX:XX:XX:XX:XX B2

この場合、B2という名前のスマートブレスレットです。

３．スマートブレスレットのhandle取得

（１）gatttoolを対話モードで起動します。（XX:XX:XX:XX:XX:XXはスマートブレスレットのMACアドレス）

　　　　$ sudo gatttool -b XX:XX:XX:XX:XX:XX -t random –I

（２）スマートブレスレットと接続します。（以下、gatttoolの対話モードでの入力です。）

　　　　$ connect
　　　　Attempting to connect to XX:XX:XX:XX:XX:XX
　　　　Connection successful

（３）Notificationを有効にするhandleを取得します。

　　　　> char-read-uuid 00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb
　　　　handle: 0x000b      value: 00 00
　　　　handle: 0x000f      value: 00 00
　　　　handle: 0x0017      value: 00 00
　　　　handle: 0x001d      value: 00 00
　　　　handle: 0x0020      value: 00 00

複数のhandleが表示されます。

（４）Notificationを有効にするhandleを特定します。

上記（３）で取得したhandleに上から順に0100を設定します。

　　　　> char-write-req 0x000f 0100
　　　　Characteristic value was written successfully
　　　　Notification handle = 0x000e value: ab 00 05 ff 91 80 00 50
　　　　Notification handle = 0x000e value: ab 00 0d ff 92 c0 03 06 a3 00 00 00 00 00 00 04

上記の様に、設定後、「Notification handle = …」と表示されるhandleがNotificationを有効にするhandle（この場合は0x000e）です。

（５）制御データの書き込み先handleを取得します。

　　　　> primary
　　　　attr handle: 0x0001, end grp handle: 0x0007 uuid: 00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb
　　　　attr handle: 0x0008, end grp handle: 0x000b uuid: 00001801-0000-1000-8000-00805f9b34fb
　　　　attr handle: 0x000c, end grp handle: 0x0011 uuid: 6e400001-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e
　　　　attr handle: 0x0012, end grp handle: 0x0019 uuid: 00001530-1212-efde-1523-785feabcd123
　　　　attr handle: 0x001a, end grp handle: 0xffff uuid: 0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb

6e400001で始まるuuidのend grp handle: にある値（この場合は0x0011）が制御データの書き込み先handleです。

（６）スマートブレスレットの接続を解除します。

> disconnect

（７）gatttoolを終了します。

> exit

４．スマートブレスレットの設定および情報取得

各ハンドルの値は以下の通りとします。スマートブレスレットに合わせて３．で取得した値に読み替えてください。書き込みデータおよび出力データの詳細はWearfit仕様書を参照してください。

　　　　　Notificationを有効にするhandle ：　0x000f
　　　　　制御データの書き込み先handle ：　0x0011

（１）gatttoolを対話モードで起動します。

　　　　$ sudo gatttool -b XX:XX:XX:XX:XX:XX -t random –I

（２）スマートブレスレットと接続します。（以下、gatttoolの対話モードでの入力です。）

　　　　> connect

（３）Notificationを有効にします。

　　　　> char-write-req 0x000f 0100

（４）定時測定をONにします。（毎時０分に測定するように設定します。）

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0005FF78800101

（５）データ同期要求をします。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0009ff5180001207010100

毎時０分に測定したデータが表示されます。

（６）心拍数一回測定をします。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0004ff310901

1分程度待ちます。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0004ff310900

測定データが表示されます。

（７）血圧一回測定をします。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0004ff312101

1分程度待ちます。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0004ff312100

測定データが表示されます。

（８）ブレスレット探索をします。

　　　　> char-write-req 0x0011 ab0003ff7180

スマートブレスレットが振動します。

（９）スマートブレスレットの接続を解除します。

　　　　> disconnect

（１０）gatttoolを終了します。

　　　　> exit

上述のLinuxのシェル上でホスト（Raspberry Pi）とクライアント（スマートブレスレット）との相方向通信と定義されたサービスが送信可能であることが検証できましたので、これを何らかのコンピュータ言語でプログラムにする必要があります。

そこで、The Things Network Niigata (新潟)イニシエータの田中さんに依頼し、まず最初にWiFi環境下でスマートブレスレットの血圧値と心拍数と血中酸素をRaspberry Piで取得して、遠隔地からでも見える化、つまりスマートヘルスケアシステムの構築をお願いしました。　--- その３へつづく

今回、この記事のデモキットの開発にご協力いただいたThe Things Network Niigataイニシエータ田中さんのサイト

*The Things Network Niigataサイト

＊新潟エスラボサイト