蓝牙协议详解

第 6 章 蓝牙协议之BLE

首先要了解的是，如果无线开启的话，就是很费电的，所以BLE的设计理念就是要尽可能的降低无线开启的时间。

而此理念应用到最开始的搜索，找到别的蓝牙设备，建立沟通和连接，这部分的设计，就从标准的32个信道的蓝牙，变成了3个信道的BLE。

即，标准蓝牙一共有32个信道，而BLE只有3个信道。

> BLE搜索设备的时间大大缩短：BLE扫描其他设备只需要0.6ms~1.2ms，而标准蓝牙搜索其他设备要22.5ms。

> BLE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。

即，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 6.4. BLE与标准蓝牙，WiFi的信道对比

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）。

要求蓝牙低能耗技术无线开启时间最短的另一个原因是它具有1Mbps的原始数据带宽——更大的带宽允许在更短的时间内发送更多的信息。

举例来说，具有250kbps带宽的另一种无线技术发送相同信息需要开启的时间要长8倍（消耗更多电池能量）

蓝牙低能耗技术“完成”一次连接(即扫描其它设备、建立链路、发送数据、认证和适当地结束)只需3ms。而标准蓝牙技术完成相同的连接周期需要数百毫秒。

通过这两种方式限制峰值功耗：

两种技术都使用高斯频移键控(GFSK)调制，但蓝牙低能耗技术使用的调制指数是0.5，而标准蓝牙技术是0.35。0.5的指数接近高斯最小频移键控(GMSK)方案，可以降低无线设备的功耗要求(这方面的原因比较复杂，此处暂不赘述)。

更低调制指数还有两个好处，即提高覆盖范围和增强健壮性。

标准蓝牙技术使用的数据包长度较长。在发送这些较长的数据包时，无线设备必须在相对较高的功耗状态保持更长的时间，从而容易使硅片发热。

这种发热将改变材料的物理特性，进而改变传送频率（中断链路），除非频繁地对无线设备进行再次校准。

再次校准将消耗更多的功率（并且要求闭环架构，使得无线设备更加复杂，从而推高设备价格）。

相反，蓝牙低能耗技术使用非常短的数据包——这能使硅片保持在低温状态。因此，蓝牙低能耗收发器不需要较耗能的再次校准和闭环架构。

标准蓝牙技术是一种“面向连接”的无线技术，具有固定的连接时间间隔，因此是移动电话连接无线耳机等高活动连接的理想之选。

相反，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。

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。