超広帯域無線通信は、デバイス間の正確な距離測定（10 cm の精度で位置情報を測定すること）に重点を置いた無線技術です。この無線技術では、近距離の測定に低エネルギー密度を使用し、無線スペクトルの大部分で高帯域幅シグナリングを実行できます。UWB の帯域幅が 500 MHz を超える（または小数帯域幅の 20% を超える）。
管理者/開始者と被制御者/応答者の比較
UWB 通信は 2 つのデバイス間で行われます。1 つはコントローラで、もう 1 つは被制御者です。コントローラは、2 つのデバイスが共有する複合チャネル（UwbComplexChannel）を決定し、イニシエータになり、コントロール先がレスポンダーになります。
1 つのコントローラは複数のコントローラを処理できますが、1 つのコントローラは 1 つのコントローラにのみサブスクライブできます。コントローラ/イニシエータと制御先/レスポンダーの両方の構成がサポートされています。
範囲パラメータ
距離測定を開始するには、コントローラと被制御者がお互いを識別し、距離測定パラメータを通信する必要があります。この交換は、アプリが Bluetooth Low Energy（BLE）などのセキュアな帯域外（OOB）メカニズムを使用して実装するかどうかに委ねられます。
範囲パラメータには、ローカル アドレス、複合チャネル、セッションキーなどがあります。これらのパラメータは、距離測定セッションが終了した後にローテーションされたり、その他の方法で変更されたりする可能性があるため、距離測定を再開するために再通信する必要があります。
バックグラウンドでの距離測定
バックグラウンドで実行されているアプリは、デバイスが UWB 圏内のセッションをサポートしている場合は、UWB 圏内のセッションを開始できます。デバイスの機能を確認するには、RangingCapabilities をご覧ください。
バックグラウンドで実行中のアプリは距離測定レポートを受信しません。フォアグラウンドに移動すると、距離測定レポートを受け取ります。
STS の構成
アプリまたはサービスが、スクランブル タイムスタンプ シーケンス（STS）を使用してセッションごとにセッションキーをプロビジョニングします。プロビジョニングされた STS は、静的 STS 構成よりも安全です。プロビジョニングされた STS は、Android 14 以降を搭載したすべての UWB 対応デバイスでサポートされています。
| 脅威のカテゴリ | 静的 STS | プロビジョニングされた STS |
|---|---|---|
| 空気: パッシブ オブザーバー | 軽減済み | 軽減済み |
| Air: 信号増幅 | 軽減済み | 軽減済み |
| Air: リプレイ/リレー攻撃 | 影響を受けやすい | 軽減済み |
プロビジョニングされた STS の場合:
プロビジョニングされた STS をサポートする
RangingParametersでuwbConfigTypeを使用します。sessionKeyInfoフィールドに 16 バイトの鍵を指定します。
静的 STS の場合:
静的 STS をサポートする
RangingParametersでuwbConfigTypeを使用します。sessionKeyInfoフィールドに 8 バイトの鍵を指定します。
歩数
UWB API を使用する手順は次のとおりです。
- Android デバイスが Android 12 以降を搭載しており、
PackageManager#hasSystemFeature("android.hardware.uwb")を使用して UWB をサポートしていることを確認します。 - IoT デバイスに対して距離測定を行う場合は、FiRa MAC 1.3 に準拠していることを確認します。
BluetoothLeScannerなどの任意の OOB メカニズムを使用して、UWB 対応ピアデバイスを検出します。- 任意の安全な OOB メカニズム（
BluetoothGattなど）を使用して、距離測定パラメータを交換します。 - ユーザーがセッションを停止する場合は、セッションのスコープをキャンセルします。
使用制限
UWB API の使用には、次の制限が適用されます。
- 新しい UWB 圏内のセッションを開始するアプリは、前述のようにバックグラウンド距離測定がサポートされていない場合は、フォアグラウンドのアプリまたはサービスである必要があります。
- （セッションの進行中に）アプリがバックグラウンドに移行すると、距離レポートを受信できなくなる場合があります。ただし、UWB セッションは下位レイヤで引き続き維持されます。アプリがフォアグラウンドに戻ると、距離測定レポートが再開されます。
コードサンプル
サンプルアプリ
UWB Jetpack ライブラリの使用方法に関するエンドツーエンドの例については、GitHub にあるサンプルアプリをご覧ください。このサンプルアプリでは、Android デバイスでの UWB 互換性の検証、OOB メカニズムを使用した検出プロセスの有効化、2 つの UWB 対応デバイス間での UWB のセットアップについて説明します。また、デバイスの操作とメディア共有のユースケースについても説明します。
UWB レンジ
次のコードサンプルは、Controlee の UWB 距離測定を開始および終了します。
// 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 のサポート
Java クライアントとの相互運用性を実現するために、Rxjava3 のサポートが利用可能になりました。このライブラリを使用すると、距離測定の結果を Observable または Flowable ストリームとして取得し、UwbClientSessionScope を単一のオブジェクトとして取得できます。
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();
エコシステムのサポート
サポートされているパートナーのデバイスとサードパーティの SDK は次のとおりです。
UWB 対応モバイル デバイス
2024 年 3 月現在、以下のデバイスが Android UWB Jetpack ライブラリをサポートしています。
| ベンダー | デバイスのモデル |
|---|---|
| Google Pixel 6 Pro、Google Pixel 7 Pro、Google Pixel 8 Pro、Google Pixel Fold、タブレット | |
| Samsung | Galaxy Note 20、S21+、S22+、S23+、S24+ Z Fold 2、3、4、5 |
サードパーティの SDK
2023 年 4 月の時点で、以下のパートナー ソリューションは現在の Jetpack ライブラリと互換性があります。
- Estimote UWB 開発キット。
- Mobile Knowledge MK UWB Kit Mobile Edition 2.0。
既知の問題: MAC アドレスと静的 STS ベンダー ID フィールドのバイト順序が逆になる
Android 13 以前では、Android UWB スタックによって次のフィールドのバイト順序が誤って逆になります。
- デバイスの MAC アドレス
- 宛先 MAC アドレス
- 静的 STS ベンダー ID
バイト順の逆転は、Android スタックがこれらのフィールドを配列ではなく値として扱うために発生します。Google は FiRa と協力して UCI 仕様（CR-1112）を更新し、これらのフィールドを配列として扱う必要があることを明示的に記載しています。
この問題は、2320XXXX リリースの GMS Core のアップデートで修正される予定です。それ以降、IOT ベンダーは Android デバイスに準拠するために、これらのフィールドのバイト順序が逆転しないように実装を変更する必要があります。