ESP-Point: IoT Donanım + iOS Sync için Offline-First Mimari

ESP-Point kendi yan projem: ESP32 tabanlı küçük bir IoT cihazı ve iOS uygulaması, hâlâ geliştirme aşamasında. Aşağıdakiler ölçülmüş ürün sonuçları değil; mimari tasarım kararları ve tasarım hedefleri.

Problem: ESP32 microcontroller (DIY IoT cihaz) ile iOS app arasında çift yönlü realtime sync: cihaz sensor verisini yükler, app cihaza komut + firmware update gönderir. Offline-first zorunlu — cihaz internetsiz lokasyonlarda kullanılacak.

Tasarım hedefleri: 50ms BLE handshake median, 3 günlük offline dayanım (local cache + delayed sync), OTA firmware update için %99 üstü başarı oranı. Üçü de hedef — ölçülmüş sonuç değil.

1. Architecture

1[ESP32 Device]
2    ↓ BLE (peripheral)
3[iOS App — central]
4    ↓ Wi-Fi when available
5[Firebase Realtime DB + Cloud Storage]
6    ↓ sync queue
7[Web Dashboard for fleet ops]

iOS app proxy / router rolünde: BLE \<-\> Cloud bridge.

2. BLE State Machine: Gerçek Konu

BLE'nin tek "easy demo"su olmaz. State machine fragmentation real production konu:

States:

• unpairedScanning
• pairing
• paired (connected)
• paired-disconnected (cached)
• firmwareUpdating
• error (her state'ten geçer)

Her transition için iOS CBCentralManager callback'lerinde 2-3 race condition çözmek gerekiyor:

1. didDisconnect + didFailToConnect overlap — UUID-based dedup
2. scanForPeripherals background restoration — CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey set
3. Bluetooth state .poweredOff → .poweredOn transition'da scan otomatik resume etmiyor — explicit scanForPeripherals re-call

Hedef: 50ms handshake median, connection drop rate %1 altı (endüstri standardı %4-6).

3. Offline Storage: Realm + Sync Queue

3-day offline target. Her sensor reading (saat başı) device storage'a yazılır, sonra sync queue Realm'e push edilir:

1class SyncQueue: Object {
2    @Persisted(primaryKey: true) var id: ObjectId
3    @Persisted var payload: Data
4    @Persisted var createdAt: Date
5    @Persisted var retryCount: Int = 0
6    @Persisted var lastError: String?
7}

Sync worker:

1final class SyncWorker {
2    func runOnce() async {
3        let realm = try await Realm()
4        let pending = realm.objects(SyncQueue.self)
5            .where { $0.retryCount < 5 }
6            .sorted(by: \.createdAt)
7            .prefix(50)
8 
9        for item in pending {
10            do {
11                try await uploadToFirebase(item.payload)
12                try realm.write { realm.delete(item) }
13            } catch {
14                try realm.write {
15                    item.retryCount += 1
16                    item.lastError = error.localizedDescription
17                }
18            }
19        }
20    }
21}

Network reachability NWPathMonitor ile sync worker tetiklenir. App background'da BGAppRefreshTask ile day-1 retry.

4. OTA Firmware Update

8-12MB binary blob transfer over BLE:

• Bluetooth chunk size: 244 bytes (BLE 5 max safe)
• Sequence number + CRC32 her chunk
• Acknowledgment per 10 chunk batch
• Total transfer: 4-6 dakika (10MB firmware için)
• Resume on disconnect support

Hedef success rate: %99 üstü. Bu bütçeyi tüketen failure mode'lar:

• connection drop son chunk öncesi (en sık vaka)
• device flash corrupt (re-upload ile kurtarılır)
• kritik anda power loss (manuel recovery gerekir)

OTA UI önemli — progress bar + "do not close app" warning + battery indicator. Bu üçü olmadan OTA ekranı doğrudan negatif App Store yorumu üretir.

5. Test Strategy

• Unit tests: Sync queue state machine, BLE manager state transitions (mocked CBCentralManager)
• Integration tests: Realm migration, sync conflict resolution
• Device farm planı: 6 fiziksel ESP32 + 4 iPhone (iOS 16-18) — CI pipeline'da physical test
• Snapshot tests: UI state for each BLE state

Coverage hedefi: Domain layer %90+, BLE manager %75+, UI %65 bandı.

6. iOS App Architecture

• SwiftUI iOS 16+
• BLEManager: @MainActor actor (Bluetooth callbacks main thread)
• DataLayer: Realm primary + Firebase secondary (offline-first)
• Sync orchestrator: BG task + foreground refresh

Memory bütçesi: baseline 105MB, OTA sırasında peak 220MB (firmware buffer).

7. Öğrenimler

1. BLE physical testing zorunlu. Simulator BLE'yi simüle edemez; CI'da fiziksel cihaz şart.

2. CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey background relaunch için kritik — yoksa app kill'den sonra connection kaybolur.

3. State machine documentation. 6 state'li bir makinede production debug'ı için her transition log'lanmalı.

4. Realm migration schema değişikliklerinde sync queue'yu boşaltabilir — migration testi yazılmazsa bu, kullanıcı tarafında sessiz veri kaybına dönüşür.

5. OTA "abort" button'ı kullanıcıya verme — corrupt flash riski. Sadece pause/resume.

6. Firebase rules offline write throughput'ı kısıtlayabilir — requireAuth: false writeRule + custom token validation.

7. Battery profiling şart: sürekli BLE scan telefonu 8 saat bandına düşürür. Connection-on-demand pattern bu kalemde ~%35 tasarruf verir.

Sonuç: IoT + iOS sync, "happy path" demolarının gösterdiğinden kat kat zor. State machine + offline storage + OTA, baştan planlanmazsa aylarla ölçülen teknik borç demek.