待机模式下的低功耗蓝牙和低功耗蓝牙/ EDR有什么区别?


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众所周知,低功耗蓝牙仅在称为连接事件的短时间间隔内传输数据。连接事件以预定义的周期定期发生。其余时间,蓝牙LE设备不会发送或接收数据。这就是达到低能耗的方式。

同时,经典的蓝牙BR / EDR具有公园状态。在此模式下,停放的从属设备会定期唤醒,以收听频道,以便重新同步并检查广播消息。其余时间,蓝牙BR / EDR设备不会发送或接收数据。

那么,为什么蓝牙LE消耗的能量更少?

Answers:


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有许多因素导致BLE低功耗,我已经尝试解决尽可能多的问题。

为了更好地了解经典蓝牙和BLE之间的功耗差异,研究一下蓝牙技术之间的一些差异将很有帮助。这将有助于了解功耗的差异。对于初学者来说,蓝牙经典版包含蓝牙1.0-3.0。其中包括1.2Mbit /秒的蓝牙BR(基本速率),3Mbits /秒的蓝牙EDR(增强数据速率)和蓝牙HS。

蓝牙工作在2.4 GHz ISM频段,蓝牙经典使用2.4 GHz至2.4835 GHz的79个信道,每个信道间隔1Hhz,而BLE使用2.402 GHz 2.480 GHz的40个信道,每个信道间隔2MHz。在40个渠道中,有3个专门用于广告请求。初始参数使用与连接请求相同的通道进行交换。成功发现和连接后,将使用常规数据通道进行通信。另请注意,广告频道不会与Wifi 直接序列扩频(DSSS)频道1、6和11 重叠。因此,蓝牙使用2.4 GHz频段,但实现了更简单的高斯频移协议降低功耗以及DSSS调制。

射频频谱br edr vs蓝牙智能
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广告和数据渠道
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蓝牙LE通道安排
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BLE具有许多不同的模式,其中主要的操作模式是通告模式,扫描模式,主设备和从设备。在广告模式下,BLE基本设备将从其他BLE设备接收广告事件的响应。在扫描模式下,BLE设备将扫描来自其他BLE设备的广告请求,并将根据活动扫描状态的状态响应其他信息。还有被动模式,仅扫描仪和广告商,在这种情况下,分别需要RF模块的接收器和发射器功能。对链路层状态机的一些理解有助于理解功耗管理。有五个州,它们分别是

  1. 备用:可以从任何其他状态进入,不发送或接收数据包
  2. 广告:可以从待机状态进入此状态。在这种状态下,链路层将传输广告数据包并响应广告相关的数据交换
  3. 扫描:可以从待机状态进入扫描状态,待机状态侦听来自设备的广告频道数据包
  4. 发起:处于此状态的链路层发起与另一设备的连接,以响应来自特定设备的通告信道分组
  5. 连接:连接状态具有两个已定义的角色,即主角色和从属角色。担任主角色的设备将定义传输时间

状态图

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通过一个处于广告商模式的设备和另一个处于发起者模式的设备来建立连接。发起方成为主方,而广告商成为从方。该主从数据交换定义了关键的连接参数,例如定义通道和时序,其中包括连接间隔和从属延迟。从站等待时间很重要,因为这确定了从站可以忽略而不会丢失连接的连接间隔数。这有助于从机优化并节省功耗。从站可以请求更新通信参数,以更好地适合从站的应用程序。

在您的问题中,您已引用连接事件。下图描述了连接事件。

连接事件

连接事件期间的功耗将在后面讨论。

CONNECT_REQ PDU由发起方发送或由广告商接收,此时交换连接参数。这些参数对功耗有深远的影响。

  • 连接间隔确定两个连接之间的时间。可以低至7.5 ms或高至4 sec。可以想象,更长的连接间隔意味着较低的功耗,但同时也意味着较低的数据速率。
  • 从属延迟定义了从属设备可以从主设备忽略的连续连接事件的数量,这些事件再次影响低功耗
  • 监督超时是连接丢失之前两个接收到的数据包之间的超时。

低功耗蓝牙框架也有助于降低功耗。传输的最短数据包可以是80位,传输时间为80usec。最长的数据包可以是376位,传输时间约为0.3毫秒。这些对于单模BLE设备非常重要。

数据包故障

为了管理功耗并保持传统设计,开发了蓝牙4.0标准。蓝牙4.0有效地具有两种模式,单模式和双模式。单模式使用标准的BLE(低功耗)支持低功耗从设备。双重模式可能会同时支持蓝牙BR / EDR和BLE。

BLE 4.0配置

另一个节能选项是白名单。这允许链接层过滤广告商,发起者和扫描者。

因此,BLE技术仅扫描3个广告频道,蓝牙必须扫描32个频道。BLE的发现时间约为0.6到1.2 ms,而Bluetooth的发现时间则为22.5 ms,这可节省BLE的功耗。

BLE设备也可以在3毫秒内扫描,连接,发送数据,确认验证接收并终止蓝牙在100毫秒内完成相同任务的位置。

BLE数据包也比蓝牙经典数据包短得多,这也有助于节省功耗。

为得出以下结论,下面是在TI CC2541上完成的蓝牙低功耗连接事件的范围测量和相关功耗。

消耗功率-1

功耗-2

功耗-3


参考文献

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