如何實現(xiàn)低功耗藍牙技術(shù)的低功耗?

1. 快速連接的實現(xiàn)

低功耗藍牙的機制和理念在于連接是瞬態(tài)實現(xiàn)的，需要發(fā)送命令或傳送狀態(tài)時，可以極快的建立連接，完成后迅速斷開連接。

通過連接機制的改善，低功耗藍牙下的設(shè)備連接建立過程已可控制在 3 ms 內(nèi)完成，幾乎瞬間即可完成，并以數(shù)毫秒的傳輸速度完成經(jīng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳遞后并立即關(guān)閉連結(jié)。而傳統(tǒng)藍牙協(xié)議下，即使只是建立鏈路層連接都需要花費100 ms，建立 L2CAP (邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議)層的連接建立時間則更長，通常需要幾秒鐘的時間。

快速連接對于許多低功耗設(shè)備而言是一個極大的福音，可以顯著大幅度降低功耗，并大大降低低功耗產(chǎn)品開發(fā)的門檻。甚至于在一些特定的應(yīng)用場景，可以無需電池供電，而采用能量回收的方式提供能量。(能量回收是近年來出現(xiàn)的為低功耗設(shè)備提供供電的方式，包括光能，機械能，以及溫差等)。

按照傳統(tǒng)藍牙協(xié)議規(guī)范，若某一藍牙設(shè)備正在進行廣播，則它不會響應(yīng)當(dāng)前正在進行的設(shè)備掃描。低功耗藍牙協(xié)議規(guī)范允許正在進行廣播的設(shè)備連接到正在掃描的設(shè)備上，這就有效避免了重復(fù)掃描。

2.待機功耗的減少

傳統(tǒng)藍牙設(shè)備的待機耗電量大一直是為人所詬病的缺陷之一，這與傳統(tǒng)藍牙技術(shù)采用 16～32 個頻道進行廣播不無關(guān)系，而低功耗藍牙僅使用 3 個廣播通道，且每次廣播時射頻的開啟時間也由 22.5 ms 減少到 0.6～1.2ms，這兩個規(guī)范上的改變顯然大大降低了廣播數(shù)據(jù)導(dǎo)致的功耗。

此外低功耗藍牙設(shè)計了用 深度睡眠狀態(tài) 來替換傳統(tǒng)藍牙的空閑狀態(tài)，因此這樣的設(shè)計也節(jié)省了最多的能源。

在深度睡眠狀態(tài)下，協(xié)議也針對此通訊模式進行了優(yōu)化，數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時間也增加到 0.5～4 s，傳感器類應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)量較平常要少很多，而且所有連接均采用先進的嗅探性 (Sniff-Subrating)功能模式，因此此時的射頻能耗幾乎可以忽略不計，綜合以上因素，低功耗藍牙的待機功耗較傳統(tǒng)藍牙大大減少。

3.峰值功耗的降低

射頻物理層進行了低功耗設(shè)計優(yōu)化，使得在發(fā)射和接收時的峰值電流與經(jīng)典藍牙相比，大為降低。

調(diào)制方式傳統(tǒng)藍牙和低功耗藍牙都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制。但是低功耗藍牙使用的調(diào)制系數(shù)為 0.5 (接近高斯最小頻移鍵控 GMSK 方案)，而傳統(tǒng)藍牙技術(shù)的調(diào)制系數(shù)為 0.35 。這種調(diào)制方式的變化有利于降低功耗和提高 BLE 的通信距離。

4.以時間來換取能量

時間的使用對于低功耗藍牙來說是實現(xiàn)低功耗的關(guān)鍵，由于無線電處于發(fā)射及接收狀態(tài)時對于能量的使用和消耗是較多的，因此通過以下幾個方面減少無線電部分的活動時間：

(1)高效率編碼

高效率的編碼方式可以用更少的時間發(fā)送同等數(shù)量的數(shù)據(jù)。

(2)短數(shù)據(jù)包格式

與經(jīng)典藍牙相比，低功耗藍牙支持超短數(shù)據(jù)包(8～27Byte)，這使得發(fā)送時所需的時間更少。

(3)較快的發(fā)射和接收啟動時間

較快的啟動時間縮短發(fā)射和接收的等待時間。

(4)占用較少的資源

協(xié)議越復(fù)雜，相應(yīng)占用的資源就會多，在同等情況下對于功耗的需要就會增加。低功耗藍牙僅采用一個協(xié)議來實現(xiàn)服務(wù)器發(fā)現(xiàn)，名稱發(fā)現(xiàn)，信息的讀取和寫入，這比采用多個協(xié)議的經(jīng)典藍牙所需的開銷少得多，從而也對降低功耗作出了貢獻。

(5)非對稱架構(gòu)的設(shè)計

低功耗藍牙在架構(gòu)采用了非對稱設(shè)計，這對于低功耗來說是十分重要的，即從設(shè)備主要從事一些簡單的操作，而無需進行復(fù)雜的處理，這樣可以有效的降低功耗并降低成本;主設(shè)備端要負(fù)責(zé)加密，系統(tǒng)同步定時等復(fù)雜的操作及任務(wù)。

(6)客戶端-服務(wù)器架構(gòu)

低功耗藍牙協(xié)議中采用了大家所熟知的客戶端-服務(wù)器架構(gòu)，它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通信開銷。