超宽带 (UWB) 通信

超宽带通信是一种无线技术,侧重于设备间的精确测距(将位置测量精确到 10 厘米)。这种无线电技术可以使用低功率密度进行短距离测量,并在很大一部分无线电频谱上执行高带宽信号。UWB 的带宽大于 500 MHz(或超过带宽的 20%)。

控制方/发起方与控制方/响应方

UWB 通信发生在两个设备之间,一个设备是控制器,另一个是受控设备。控制器会确定两台设备将共享的复杂频道 (UwbComplexChannel),并且是发起方,而受控方是响应方。

一个控制器可以处理多个控制方,但一个控制方只能订阅一个控制器。控制器/发起方配置和控制方/响应方配置均受支持。

参数范围

控制器和被控制者需要相互识别并传达测距参数,以开始测距。这种交换交由应用使用他们选择的安全带外 (OOB) 机制来实现,例如蓝牙低功耗 (BLE)。

范围参数包括本地地址、复杂渠道和会话密钥等等。请注意,在测距会话结束后,这些参数可能会旋转或以其他方式发生变化,并且需要重新通信以重启测距。

后台测距

如果设备支持,在后台运行的应用可以启动 UWB 测距会话。如需查看设备功能,请参阅 RangingCapabilities

应用在后台运行时不会收到测距报告;当应用进入前台时会收到测距报告。

STS 配置

应用或服务使用加扰时间戳序列 (STS) 为每个会话预配会话密钥。预配的 STS 比静态 STS 配置更安全。所有搭载 Android 14 或更高版本且支持 UWB 的设备都支持预配的 STS。

威胁类别 静态 STS 预配的 STS
空气:被动观测器 已缓解 已缓解
空气:信号放大 已缓解 已缓解
Air:重放/中继攻击 易受感染 已缓解

对于预配的 STS:

  1. 在支持所配置的 STS 的 RangingParameters 中使用 uwbConfigType

  2. sessionKeyInfo 字段中提供 16 字节的密钥。

对于静态 STS:

  1. 在支持静态 STS 的 RangingParameters 中使用 uwbConfigType

  2. sessionKeyInfo 字段中提供 8 字节的密钥。

步骤

如需使用 UWB API,请按以下步骤操作:

  1. 确保 Android 设备搭载的是 Android 12 或更高版本,并使用 PackageManager#hasSystemFeature("android.hardware.uwb") 支持 UWB。
  2. 如果要针对 IoT 设备测距,请确保这些设备符合 FiRa MAC 1.3 标准。
  3. 使用您选择的 OOB 机制(例如 BluetoothLeScanner)发现支持 UWB 的对等设备。
  4. 使用您选择的安全 OOB 机制(例如 BluetoothGatt)交换测距参数。
  5. 如果用户想要停止会话,请取消会话的范围。

使用限制

UWB API 的使用存在以下限制:

  1. 启动新的 UWB 测距会话的应用必须是前台应用或服务,除非支持后台测距(如前所述)。
  2. 当应用转到后台(当会话正在进行时)时,应用可能不会再接收测距报告。不过,UWB 会话将继续在较低层级维护。当应用返回前台时,测距报告将恢复。

代码示例

示例应用

如需查看有关如何使用 UWB Jetpack 库的端到端示例,请参阅 GitHub 上的示例应用。此示例应用介绍了如何验证 Android 设备上的 UWB 兼容性、使用 OOB 机制启用发现流程,以及如何在两台支持 UWB 的设备之间设置 UWB 范围。该示例还介绍了设备控制和媒体共享用例。

UWB 范围

以下代码示例可启动和终止受控方的 UWB 测距:

// The coroutineScope responsible for handling uwb ranging.
// This will be initialized when startRanging is called.
var job: Job?

// A code snippet that initiates uwb ranging for a Controlee.
suspend fun startRanging() {

    // Get the ranging parameter of a partnering Controller using an OOB mechanism of choice.
    val partnerAddress : Pair<UwbAddress, UwbComplexChannel> = listenForPartnersAddress()

    // Create the ranging parameters.
    val partnerParameters = RangingParameters(
        uwbConfigType = UwbRangingParameters.UWB_CONFIG_ID_1,
        // SessionKeyInfo is used to encrypt the ranging session.
        sessionKeyInfo = null,
        complexChannel = partnerAddress.second,
        peerDevices = listOf(UwbDevice.createForAddress(partnerAddress.first)),
        updateRateType = UwbRangingParameters.RANGING_UPDATE_RATE_AUTOMATIC
    )

    // Initiate a session that will be valid for a single ranging session.
    val clientSession = uwbManager.clientSessionScope()

    // Share the localAddress of the current session to the partner device.
    broadcastMyParameters(clientSession.localAddress)

    val sessionFlow = clientSession.prepareSession(partnerParameters)

    // Start a coroutine scope that initiates ranging.
    CoroutineScope(Dispatchers.Main.immediate).launch {
        sessionFlow.collect {
            when(it) {
                is RangingResultPosition -> doSomethingWithPosition(it.position)
                is RangingResultPeerDisconnected -> peerDisconnected(it)
            }
        }
    }
}

// A code snippet that cancels uwb ranging.
fun cancelRanging() {

    // Canceling the CoroutineScope will stop the ranging.
    job?.let {
        it.cancel()
    }
}

RxJava3 支持

现在可以支持 Rxjava3,以帮助实现与 Java 客户端的互操作性。此库提供了一种方法来获取可观察或可流形式的测距结果,以及将 UwbClientSessionScope 检索为单个对象。

private final UwbManager uwbManager;

// Retrieve uwbManager.clientSessionScope as a Single object
Single<UwbClientSessionScope> clientSessionScopeSingle =
                UwbManagerRx.clientSessionScopeSingle(uwbManager);
UwbClientSessionScope uwbClientSessionScope = clientSessionScopeSingle.blockingGet();

// Retrieve uwbClientSessionScope.prepareSession Flow as an Observable object
Observable<RangingResult> rangingResultObservable =
                UwbClientSessionScopeRx.rangingResultsObservable(clientSessionScope,
                        rangingParameters);

// Consume ranging results from Observable
rangingResultObservable.subscribe(
   rangingResult -> doSomethingWithRangingResult(result), // onNext
   (error) -> doSomethingWithError(error), // onError
   () -> doSomethingOnResultEventsCompleted(), //onCompleted
);
// Unsubscribe
rangingResultObservable.unsubscribe();
   

// Retrieve uwbClientSessionScope.prepareSession Flow as a Flowable object
Flowable<RangingResult> rangingResultFlowable =
                UwbClientSessionScopeRx.rangingResultsFlowable(clientSessionScope,
                        rangingParameters);

// Consume ranging results from Flowable using Disposable
Disposable disposable = rangingResultFlowable
   .delay(1, TimeUnit.SECONDS)
   .subscribeWith(new DisposableSubscriber<RangingResult> () {
      @Override public void onStart() {
          request(1);
      }
      
      @Override public void onNext(RangingResult rangingResult) {
             doSomethingWithRangingResult(rangingResult);
             request(1);
      }


      @Override public void onError(Throwable t) {
             t.printStackTrace();
      }


         @Override public void onComplete() {
            doSomethingOnEventsCompleted();
         }
   });

// Stop subscription
disposable.dispose();

生态系统支持

以下是受支持的合作伙伴设备和第三方 SDK。

支持 UWB 的移动设备

截至 2024 年 3 月,这些设备支持 Android UWB Jetpack 库:

供应商 设备型号
Google Pixel 6 Pro、7 Pro、8 Pro、 Fold、平板电脑
三星 Galaxy Note 20、S21+、S22+、S23+、S24+ Z Fold 2、3、4、5

第三方 SDK

截至 2023 年 4 月,这些合作伙伴解决方案与当前的 Jetpack 库兼容。

已知问题:MAC 地址和静态 STS 供应商 ID 字段的字节顺序颠倒

在 Android 13 及更低版本中,Android UWB 堆栈错误地反转以下字段的字节顺序:

  • 设备 MAC 地址
  • 目标 MAC 地址
  • 静态 STS 供应商 ID

之所以发生字节顺序逆转,是因为 Android 堆栈将这些字段视为值,而不是数组。我们正在与 FiRa 合作更新 UCI 规范 (CR-1112),以明确声明这些字段应被视为数组。

此问题将通过 2320XXXX 版本中的 GMS Core 更新来修复。从那时起,为了与 Android 设备兼容,IoT 供应商需要修改您的实现,以免反转这些字段的字节顺序。