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藍(lán)牙4.0，低功耗的秘密

Ghostyu谷雨 發(fā)布時(shí)間：2013-05-27 閱讀次數(shù)：4370

　


低功耗藍(lán)牙為何如此省電？根據(jù)SIG官方發(fā)布會(huì)的資料，它和經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相比，主要的改變集中體現(xiàn)在待機(jī)功耗的減少、高速連接的實(shí)現(xiàn)和峰值功率的降低三個(gè)方面。


待機(jī)功耗的下降


傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備的待機(jī)耗電量大一直是為人所詬病的缺陷之一，這與傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)動(dòng)輒采用16～32個(gè)頻道進(jìn)行廣播不無(wú)關(guān)系，而低功耗藍(lán)牙僅使用了3個(gè)廣播通道，且每次廣播時(shí)射頻的開(kāi)啟時(shí)間也由傳統(tǒng)的22.5ms減少到0.6～1.2ms，這兩個(gè)協(xié)議規(guī)范上的改變顯然大大降低了因?yàn)閺V播數(shù)據(jù)導(dǎo)致的待機(jī)功耗；此外低功耗藍(lán)牙設(shè)計(jì)了用深度睡眠狀態(tài)來(lái)替換傳統(tǒng)藍(lán)牙的空閑狀態(tài)，在深度睡眠狀態(tài)下，主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于超低的負(fù)載循環(huán)(DutyCycle)狀態(tài)，只在需要運(yùn)作時(shí)由控制器來(lái)啟動(dòng)，因主機(jī)較控制器消耗更多的能源，因此這樣的設(shè)計(jì)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(duì)此通訊模式進(jìn)行了優(yōu)化，數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時(shí)間也增加到0.5～4s，傳感器類(lèi)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(jìn)的嗅探性次額定(Sn i f f-Subrating)功能模式，因此此時(shí)的射頻能耗幾乎可以忽略不計(jì)，綜合以上因素，低功耗藍(lán)牙的待機(jī)功耗較傳統(tǒng)藍(lán)牙大大減少。


高速連接的實(shí)現(xiàn)


要明白這一過(guò)程，我們必須先介紹一下藍(lán)牙設(shè)備和主機(jī)設(shè)備的連接步驟。

第一步：通過(guò)掃描，試圖發(fā)現(xiàn)新設(shè)備

第二步：確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備沒(méi)有而已軟件，也沒(méi)有處于鎖定狀況

第三步：發(fā)送IP地址

第四步：收到并解讀待配對(duì)設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)

第五步：建立并保存連接


按照傳統(tǒng)的藍(lán)牙協(xié)議的規(guī)范，若某一藍(lán)牙設(shè)備正在進(jìn)行廣播，則它不會(huì)響應(yīng)當(dāng)前正在進(jìn)行的設(shè)備掃描，而低功耗藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范允許正在進(jìn)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，而通過(guò)對(duì)連接機(jī)制的改善，低功耗藍(lán)牙下的設(shè)備連接建立過(guò)程已可控制在3ms內(nèi)完成，同時(shí)能以應(yīng)用程序迅速啟動(dòng)鏈接器，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(lán)牙協(xié)議下即使只是建立鏈路層連接都需要花費(fèi)100ms，建立L2CAP(邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議)層的連接建立時(shí)間則更長(zhǎng)。

藍(lán)牙低功耗協(xié)議還對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)在每個(gè)從設(shè)備及每個(gè)數(shù)據(jù)包上使用32位的存取地址，能夠讓數(shù)十億個(gè)設(shè)備能被同時(shí)連接。此技術(shù)不但將傳統(tǒng)藍(lán)牙一對(duì)一的連結(jié)優(yōu)化，同時(shí)也利用星狀拓?fù)鋪?lái)完成一對(duì)多點(diǎn)的連結(jié)。在連接和斷線切換迅速的應(yīng)用場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)狀拓?fù)渲g移動(dòng)，但不至于為了維持此網(wǎng)絡(luò)而顯得過(guò)于復(fù)雜，這也有效減輕了連接復(fù)雜性，減少了連接建立時(shí)間。


降低峰值功率


低功耗藍(lán)牙對(duì)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度進(jìn)行了更加嚴(yán)格的定義，支持超短(8～27Byte)數(shù)據(jù)封包，并使用了隨機(jī)射頻參數(shù)和增加了GSFK調(diào)制索引，這些措施最大限度地減少了數(shù)據(jù)收發(fā)的復(fù)雜性；此外低功耗藍(lán)牙還通過(guò)增加調(diào)變指數(shù)，并采用24位的CRC(循環(huán)冗余檢查)確保封包在受干擾時(shí)具有更大的穩(wěn)定度，低功耗藍(lán)牙的射程增加至100m以上，以上措施結(jié)合藍(lán)牙傳統(tǒng)的跳頻原理，有效降低了峰值功率