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不觉明历之蓝牙低能耗(BLE)技术

导读: 蓝牙低能耗(BLE)技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术,工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗(ULP)无线技术。它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。

  蓝牙低能耗(BLE)技术是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术,工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗(ULP)无线技术。它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。

  蓝牙低能耗技术采用可变连接时间间隔,这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。另外,因为BLE技术采用非常快速的连接方式,因此平时可以处于“非连接”状态(节省能源),此时链路两端相互间只是知晓对方,只有在必要时才开启链路,然后在尽可能短的时间内关闭链路。

  BLE技术的工作模式非常适合用于从微型无线传感器(每半秒交换一次数据)或使用完全异步通信的遥控器等其它外设传送数据。这些设备发送的数据量非常少(通常几个字节),而且发送次数也很少(例如每秒几次到每分钟一次,甚至更少)。

  超低功耗无线技术

  蓝牙低能耗技术的三大特性成就了ULP性能,这三大特性分别是最大化的待机时间、快速连接和低峰值的发送/接收功耗。

  无线“开启”的时间只要不是很短就会令电池寿命急剧降低,因此任何必需的发送或接收任务需要很快完成。被蓝牙低能耗技术用来最小化无线开启时间的第一个技巧是仅用3个“广告”信道搜索其它设备,或向寻求建立连接的设备宣告自身存在。相比之下,标准蓝牙技术使用了32个信道。

  这意味着蓝牙低能耗技术扫描其它设备只需“开启”0.6至1.2ms时间,而标准蓝牙技术需要22.5ms时间来扫描它的32个信道。结果蓝牙低能耗技术定位其它无线设备所需的功耗要比标准蓝牙技术低10至20倍。

  值得注意的是,使用3个广告信道是某种程度上的妥协:这是在频谱非常拥挤的部分对“开启”时间(对应于功耗)和鲁棒性的一种折衷(广告信道越少,另外一个无线设备在选用频率上广播的机会就越多,就越容易造成信号冲突)。不过该规范的设计师对于平衡这种妥协相当有信心——比如,他们选择的广告信道不会与Wi-Fi默认信道发生冲突(见图1)

蓝牙低能耗技术的广告信道是经过慎重选择的,可以避免与Wi-Fi发生冲突

图1:蓝牙低能耗技术的广告信道是经过慎重选择的,可以避免与Wi-Fi发生冲突

  一旦连接成功后,蓝牙低能耗技术就会切换到37个数据信道之一。在短暂的数据传送期间,无线信号将使用标准蓝牙技术倡导的自适应跳频(AFH)技术以伪随机的方式在信道间切换(虽然标准蓝牙技术使用79个数据信道)。

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