超広帯域無線(UWB)通信

超広帯域通信は、デバイス間の正確な測距(位置を 10 cm の精度で測定)に重点を置いた無線技術です。この無線技術では、低エネルギー密度を使用して近距離測定を行い、無線スペクトルの大部分で高帯域幅のシグナリングを実行できます。UWB の帯域幅が 500 MHz を超えている(または帯域幅の 20% を超えている)。

コントローラ/イニシエータとコントロール対象/レスポンダ

UWB 通信は、1 つがコントローラで、もう 1 つが制御対象のデバイスである 2 つのデバイス間で行われます。Controller は、2 つのデバイスが共有する複雑なチャネル(UwbComplexChannel)を決定し、イニシエータになります。一方、Controlee はレスポンダーになります。

コントローラは複数のコントロール対象を処理できますが、コントロール対象は 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/イニシエーターとコントロール対象/レスポンダーの両方の構成がサポートされています。

測距パラメータ

コントローラとコントローラ対象は、お互いを識別し、測定パラメータを通信して測定を開始する必要があります。この交換は、Bluetooth Low Energy(BLE)など、任意の安全なアウトオブバンド(OOB)メカニズムを使用して実装するアプリケーションに任されています。

範囲パラメータには、ローカル アドレス、複雑なチャネル、セッション キーなどがあります。これらのパラメータは、測位セッションの終了後に回転または変更される可能性があるため、測位を再開するには再通信する必要があります。

バックグラウンド測距

バックグラウンドで実行されているアプリは、デバイスがサポートしている場合、UWB 測距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。

アプリがバックグラウンドで実行されているときは測距レポートを受信しません。アプリがフォアグラウンドに移動すると、測距レポートを受信します。

STS 構成

アプリまたはサービスは、スクランブルされたタイムスタンプ 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
空中: パッシブ オブザーバー 軽減済み 軽減済み
エア: シグナルの増幅 軽減済み 軽減済み
エア: リプレイ攻撃/リレー攻撃 感染のリスクが高い 軽減済み

プロビジョニングされた STS の場合:

  1. プロビジョニングされた STS をサポートする RangingParametersuwbConfigType を使用します。

  2. 16 バイトの鍵を sessionKeyInfo フィールドに指定します。

静的 STS の場合:

  1. 静的 STS をサポートする RangingParametersuwbConfigType を使用します。

  2. 8 バイトのキーを sessionKeyInfo フィールドに指定します。

手順

UWB API を使用する手順は次のとおりです。

  1. Android デバイスが Android 12 以降を搭載し、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。
  2. IoT デバイスに対して測距する場合は、FiRa MAC 1.3 に準拠していることを確認してください。
  3. 任意の OOB メカニズム(BluetoothLeScanner など)を使用して、UWB 対応ピアデバイスを検出します。
  4. BluetoothGatt などの任意の安全な OOB メカニズムを使用して、測距パラメータを交換します。
  5. お客様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。

  1. 新しい UWB 測距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測距がサポートされている場合を除き、フォアグラウンド アプリまたはサービスである必要があります。
  2. アプリがバックグラウンドに移行すると(セッションが進行中の場合)、アプリは測距レポートを受信しなくなる可能性があります。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、測距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のエンドツーエンドの例については、GitHub のサンプル アプリケーションをご覧ください。このサンプルアプリでは、Android デバイスでの UWB の互換性の検証、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 対応デバイス間の UWB 測距の設定について説明します。このサンプルでは、デバイスの制御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 測距

このコードサンプルは、コントロール対象デバイスの UWB 測距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

Rxjava3 のサポートが利用可能になり、Java クライアントとの相互運用性が実現しました。このライブラリには、測距結果を Observable または Flowable ストリームとして取得し、UwbClientSessionScope を Single オブジェクトとして取得する方法が用意されています。

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 デバイスとサードパーティ SDK は次のとおりです。

UWB 対応モバイル デバイス

2025 年 1 月現在、以下のデバイスは 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 Google Pixel Pro(Google Pixel 6 Pro 以降)、Google Pixel Fold、Google Pixel Tablet
Motorola Edge 50 Ultra
Samsung Galaxy Note 20、Galaxy Plus、Galaxy Ultra(S21 以降)、Galaxy Z Fold(Fold2 以降)

: バックグラウンド UWB 測距は、以下のデバイスを除くすべてのデバイスでサポートされています。

  • Google Pixel 6 Pro と Google Pixel 7 Pro。
  • Android 13 以前を搭載した Samsung 製スマートフォン。
  • Android 14 以前を搭載した中国製 Samsung スマートフォン。

サードパーティの SDK

2023 年 4 月現在、これらのパートナー 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。

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が逆になっている

Android 13 以前では、Android UWB スタックが次のフィールドのバイト順序を誤って反転します。

  • 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

バイト順が逆転するのは、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です。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記しています。

この問題は、2320XXXX リリースの GMS Core アップデートで修正される予定です。以降、Android デバイスに準拠するには、IoT ベンダーは実装を変更して、これらのフィールドのバイト順序が逆転しないようにする必要があります。