Есть много факторов, которые делают BLE низким энергопотреблением, и я попытался решить как можно больше из них.
Чтобы лучше понять различия в потреблении энергии между Bluetooth classic и BLE, было бы полезно взглянуть на некоторые различия между технологиями Bluetooth. Это поможет оценить разницу в потребляемой мощности. Для начала Bluetooth classic состоит из Bluetooth 1.0-3.0. К ним относятся Bluetooth BR (базовая скорость) со скоростью 1,2 Мбит / с, Bluetooth EDR (повышенная скорость передачи данных) со скоростью 3 Мбит / с и Bluetooth HS.
Bluetooth работает в диапазоне ISM 2,4 ГГц, причем Bluetooth classic использует 79 каналов от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц, каждый разнесенный на 1 ГГц, тогда как BLE использует 40 каналов с 2,402 ГГц, 2,480 ГГц, каждый разнесенный на 2 МГц. Из 40 каналов 3 из них посвящены рекламным запросам. Исходные параметры обмениваются с использованием того же канала, который использовался для запроса соединения. При успешном обнаружении и подключении для связи используются обычные каналы данных. Также обратите внимание, что рекламные каналы не перекрываются с каналами 1, 6 и 11 с расширенным спектром прямой связи (DSSS) Wi - Fi . Поэтому Bluetooth использует полосу частот 2,4 ГГц, но реализует более простой Гауссов протокол изменения частоты для снижения мощности, а также DSSS модуляции.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.
BLE имеет множество различных режимов, основными из которых являются режим рекламы, режим сканирования, ведущее устройство и подчиненное устройство. В режиме рекламы базовое устройство BLE будет получать ответы от других устройств BLE на рекламные события. В режиме сканирования устройство BLE будет сканировать запрос рекламы от других устройств BLE и ответит дополнительной информацией в зависимости от состояния активного сканирования. Существует также пассивный режим, только сканер и рекламодатель, и в этом случае требуется функция приемника и передатчика РЧ модуля соответственно. Некоторое понимание механизма состояния канального уровня полезно для понимания управления энергопотреблением . Есть пять штатов, и они
- Ожидание : может быть введен из любого другого состояния и без передачи или приема пакетов
- Реклама : в это состояние можно перейти из режима ожидания. В этом состоянии канальный уровень будет передавать рекламные пакеты, а также отвечать на обмен данными, связанный с рекламой.
- сканирование : состояние сканирования может быть введено из режима ожидания, который прослушивает пакеты рекламных каналов от устройств.
- Инициирование : Канальный уровень в этом состоянии инициирует соединение с другим устройством, отвечающим на пакеты рекламных каналов от определенных устройств.
- Соединение : Состояние соединения имеет две определенные роли, а именно ведущее и ведомое. Устройство в главной роли будет определять время передачи
Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.
Соединение устанавливается одним устройством, находящимся в режиме рекламодателя, а другим - в режиме инициатора. Инициатор становится ведущим, а рекламодатель - ведомым. Этот обмен данными «ведущий-ведомый» определяет критические параметры соединения, такие как определение канала и времени, которые включают в себя интервал соединения и задержку ведомого устройства. Задержка ведомого устройства важна, потому что это определяет количество интервалов соединения, которые ведомое устройство может игнорировать, не теряя соединения. Это помогает ведомому оптимизировать и сохранять энергопотребление . Подчиненное устройство может запросить обновление параметров связи, чтобы оно лучше соответствовало приложению подчиненного устройства.
В вашем вопросе вы ссылались на событие подключения. Диаграмма ниже описывает событие подключения.
Потребляемая мощность во время события подключения будет обсуждаться позже.
PDU CONNECT_REQ отправляется инициатором или принимается рекламодателем, после чего происходит обмен параметрами соединения. Эти параметры оказывают глубокое влияние на энергопотребление.
- Интервал подключения определяет время между двумя соединениями. Это может быть всего 7,5 мс или 4 с. Как можно себе представить, более длинные интервалы подключения означают низкое энергопотребление, но также означают низкие скорости передачи данных.
- Раб Латентность подчиненного устройства определяет количество последовательных событий соединения, которые ведомое устройство может игнорировать от ведущего устройства, что снова оказывает влияние на низкое энергопотребление.
- Тайм -аут наблюдения - это тайм-аут между двумя полученными пакетами данных до потери соединения.
Bluetooth Low Energy Framework также способствует низкому энергопотреблению . Самый короткий передаваемый пакет может быть 80 бит со временем передачи 80 мкс. Самый длинный пакет может быть 376 бит со временем передачи около 0,3 мсек. Это очень важно для однорежимных устройств BLE.
Для управления энергопотреблением, а также для поддержки устаревших конструкций были разработаны стандарты Bluetooth 4.0. Bluetooth 4.0 эффективно имеет два режима, одиночный и двойной. Единственный режим поддерживает ведомое устройство с низким энергопотреблением, используя стандарт, более известный как BLE. Двойной режим, как можно догадаться, поддерживает Bluetooth BR / EDR и BLE.
Другой вариант энергосбережения - белые списки. Это позволяет канальному уровню фильтровать рекламодателей, инициаторов и сканеры.
Таким образом, технология BLE сканирует только 3 рекламных канала, Bluetooth должен сканировать 32 канала. Это составляет от 0,6 до 1,2 мс времени обнаружения для BLE, в отличие от 22,5 мс времени обнаружения для Bluetooth, это экономия энергии для BLE.
Также устройства BLE за 3 мс могут сканировать, подключать, отправлять данные, подтверждать подтверждение приема и завершать, где Bluetooth занимает более 100 мс для выполнения тех же задач.
Кроме того, пакеты BLE намного короче, чем классические пакеты данных Bluetooth, что также способствует экономии энергии.
Чтобы завершить этот ответ ниже, приведены измерения объема событий подключения и соответствующего энергопотребления для Bluetooth с низким энергопотреблением, которые были выполнены на TI CC2541.
Ссылки
