如何實(shí)現低功耗藍牙技術(shù)的低功耗?

1. 快速連接的實(shí)現

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

通過(guò)連接機制的改善，低功耗藍牙下的設備連接建立過(guò)程已可控制在 3 ms 內完成，幾乎瞬間即可完成，并以數毫秒的傳輸速度完成經(jīng)認可的數據傳遞后并立即關(guān)閉連結。而傳統藍牙協(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協(xié)議)層的連接建立時(shí)間則更長(cháng)，通常需要幾秒鐘的時(shí)間。

快速連接對于許多低功耗設備而言是一個(gè)極大的福音，可以顯著(zhù)大幅度降低功耗，并大大降低低功耗產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。甚至于在一些特定的應用場(chǎng)景，可以無(wú)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(lái)出現的為低功耗設備提供供電的方式，包括光能，機械能，以及溫差等)。

按照傳統藍牙協(xié)議規范，若某一藍牙設備正在進(jìn)行廣播，則它不會(huì )響應當前正在進(jìn)行的設備掃描。低功耗藍牙協(xié)議規范允許正在進(jìn)行廣播的設備連接到正在掃描的設備上，這就有效避免了重復掃描。

2.待機功耗的減少

傳統藍牙設備的待機耗電量大一直是為人所詬病的缺陷之一，這與傳統藍牙技術(shù)采用 16～32 個(gè)頻道進(jìn)行廣播不無(wú)關(guān)系，而低功耗藍牙僅使用 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 22.5 ms 減少到 0.6～1.2ms，這兩個(gè)規范上的改變顯然大大降低了廣播數據導致的功耗。

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

在深度睡眠狀態(tài)下，協(xié)議也針對此通訊模式進(jìn)行了優(yōu)化，數據發(fā)送間隔時(shí)間也增加到 0.5～4 s，傳感器類(lèi)應用程序發(fā)送的數據量較平常要少很多，而且所有連接均采用先進(jìn)的嗅探性 (Sniff-Subrating)功能模式，因此此時(shí)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藍牙大大減少。

3.峰值功耗的降低

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

調制方式傳統藍牙和低功耗藍牙都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調制。但是低功耗藍牙使用的調制系數為 0.5 (接近高斯最小頻移鍵控 GMSK 方案)，而傳統藍牙技術(shù)的調制系數為 0.35 。這種調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(shí)間來(lái)?yè)Q取能量

時(shí)間的使用對于低功耗藍牙來(lái)說(shuō)是實(shí)現低功耗的關(guān)鍵，由于無(wú)線(xiàn)電處于發(fā)射及接收狀態(tài)時(shí)對于能量的使用和消耗是較多的，因此通過(guò)以下幾個(gè)方面減少無(wú)線(xiàn)電部分的活動(dòng)時(shí)間：

(1)高效率編碼

高效率的編碼方式可以用更少的時(shí)間發(fā)送同等數量的數據。

(2)短數據包格式

與經(jīng)典藍牙相比，低功耗藍牙支持超短數據包(8～27Byte)，這使得發(fā)送時(shí)所需的時(shí)間更少。

(3)較快的發(fā)射和接收啟動(dòng)時(shí)間

較快的啟動(dòng)時(shí)間縮短發(fā)射和接收的等待時(shí)間。

(4)占用較少的資源

協(xié)議越復雜，相應占用的資源就會(huì )多，在同等情況下對于功耗的需要就會(huì )增加。低功耗藍牙僅采用一個(gè)協(xié)議來(lái)實(shí)現服務(wù)器發(fā)現，名稱(chēng)發(fā)現，信息的讀取和寫(xiě)入，這比采用多個(gè)協(xié)議的經(jīng)典藍牙所需的開(kāi)銷(xiāo)少得多，從而也對降低功耗作出了貢獻。

(5)非對稱(chēng)架構的設計

低功耗藍牙在架構采用了非對稱(chēng)設計，這對于低功耗來(lái)說(shuō)是十分重要的，即從設備主要從事一些簡(jiǎn)單的操作，而無(wú)需進(jìn)行復雜的處理，這樣可以有效的降低功耗并降低成本;主設備端要負責加密，系統同步定時(shí)等復雜的操作及任務(wù)。

(6)客戶(hù)端-服務(wù)器架構

低功耗藍牙協(xié)議中采用了大家所熟知的客戶(hù)端-服務(wù)器架構，它是軟件系統體系結構，通過(guò)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(hù)端和服務(wù)器端來(lái)實(shí)現，降低了系統的通信開(kāi)銷(xiāo)。