Є багато факторів, які роблять BLE низькою потужністю, і я намагався вирішити якнайбільше їх.
Щоб краще зрозуміти відмінності споживання енергії між Bluetooth classic і BLE, було б корисно переглянути деякі відмінності між технологіями Bluetooth. Це допоможе оцінити різницю у споживанні електроенергії. Для стартера Bluetooth classic складається з Bluetooth 1.0-3.0. До них відносяться Bluetooth BR (базова швидкість), навколо 1,2 Мбіт / сек, Bluetooth EDR (поліпшити швидкість передачі даних) на 3 Мбіт / сек та Bluetooth HS.
Bluetooth працює в діапазоні ISM 2,4 ГГц, а класичний Bluetooth використовує 79 каналів від 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц, кожен рознесений 1 ГГц один від одного, тоді як BLE використовує 40 каналів від 2,42 ГГц, 2,480 ГГц кожен з 2 МГц один від одного. З 40 каналів 3 з них присвячені рекламним запитам. Початкові параметри обмінюються за допомогою того ж каналу, який використовується для запиту на з'єднання. Після успішного виявлення та з'єднання використовуються регулярні канали даних для зв'язку. Також зауважте, що рекламні канали не перетинаються з каналами 1, 6 та 11. каналів прямої послідовності Wifi Direct (DSSS) , тому Bluetooth використовує смугу частот 2,4 ГГц, але реалізує простіший протокол зсуву частоти Гаусса для зменшення потужності , а також DSSS модуляція.
Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.
Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.
Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.
BLE має багато різних режимів, основними режимами роботи яких є режим реклами, режим сканування, головний пристрій та підлеглий пристрій. У рекламному режимі базовий пристрій BLE отримуватиме відповіді від інших пристроїв BLE на рекламні події. У режимі сканування пристрій BLE сканує рекламний запит від інших пристроїв BLE і відповість додатковою інформацією залежно від стану активного стану сканування. Існує також пасивний режим, лише сканер, а також рекламодавець, і в цьому випадку необхідна функція приймача та передавача RF модуля. Деяке розуміння машини Link Layer State вигідно для розуміння управління споживанням енергії . Є п'ять держав, і вони є
- Режим очікування : може входити з будь-якого іншого стану і не мати передавальних або приймаючих пакетів
- Реклама . Цей стан можна ввести з режиму очікування. У цьому стані шар посилань буде передавати рекламні пакети, а також реагувати на обмін даними, пов'язаними з рекламою
- Сканування : стан сканування можна ввести з режиму очікування, який прослуховує пакети рекламних каналів з пристроїв
- Ініціація : Шар зв'язку в цьому стані ініціює з'єднання з іншим пристроєм, що реагує на пакети рекламних каналів від конкретних пристроїв
- З'єднання : стан з'єднання має дві визначені ролі, а саме головний і ведений. Пристрій у головній ролі визначатиме терміни передачі
Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.
Зв'язок встановлюється одним пристроєм, який знаходиться в режимі рекламодавця, а іншим в режимі ініціатора. Ініціатор стає господарем, а рекламодавець стає рабом. Цей обмін базовими веденими даними визначає критичні параметри з'єднання, такі як визначення каналу та хронометражу, що включає інтервал з'єднання та затримку підключення. Затримка підлеглого є важливою, оскільки це визначає кількість інтервалів з'єднання, які підлеглий може ігнорувати, не втрачаючи зв'язку. Це допомагає рабові оптимізувати та зберігати енергоспоживання . Ведений може просити оновити параметри зв'язку, щоб вони краще відповідали додатку підлеглого.
У своєму запитанні ви мали посилання на подію зв'язку. На схемі нижче описано подію з'єднання.
Споживання енергії під час події підключення буде обговорено пізніше.
PDU CONNECT_REQ надсилається ініціатором або отримується рекламодавцем, в який момент обмінюються параметри з'єднання. Ці параметри мають глибокий вплив на енергоспоживання.
- Інтервал з'єднання визначає час між двома з'єднаннями. Це може бути від 7,5 мс до 4 сек. Як можна уявити, більш тривалі інтервали підключення означають низьке споживання енергії, але також означає низьку швидкість передачі даних.
- Затримка рабовласників визначає кількість послідовних подій підключення, які підлеглий може ігнорувати від ведучого, що ще раз впливає на низьке енергоспоживання
- Час очікування нагляду - це час очікування між двома прийнятими пакетами даних до втрати з'єднання.
Рамка низької енергії Bluetooth теж сприяє низькому споживанню енергії . Найкоротший переданий пакет може становити 80 біт із часом передачі 80usec. Найдовший пакет може становити 376 біт із часом передачі близько 0,3 мсек. Вони дуже важливі для одномодових пристроїв BLE.
Для управління споживанням електроенергії та підтримання застарілих дизайнів були розроблені стандарти Bluetooth 4.0. Bluetooth 4.0 ефективно має два режими, одинарний та подвійний. Одномісний режим підтримує підлеглий пристрій низької потужності, використовуючи стандарт, більш відомий як BLE. Подвійний режим, як можна здогадатися, підтримує Bluetooth BR / EDR та BLE.
Ще один варіант економії електроенергії - це білі списки. Це дозволяє шару посилань фільтрувати рекламодавців, ініціаторів та сканерів.
Таким чином, технологія BLE сканує лише 3 рекламні канали. Bluetooth має сканувати 32 канали. Це приблизно від 0,6 до 1,2 мс часу відкриття для BLE, на відміну від 22,5 мс часу відкриття для Bluetooth, це економія енергії для BLE.
Також пристрої BLE за 3 мс можуть сканувати, підключати, надсилати дані, підтверджувати підтвердження прийому та припиняти, де Bluetooth приймає понад 100 мс для виконання тих же завдань.
Також пакети BLE значно коротші, ніж класичні пакети даних Bluetooth, що також сприяє економії енергії.
Для завершення цієї відповіді нижче наведені обміри вимірювань подій підключення та пов'язаного споживання електроенергії для Bluetooth з низькою енергією, які були зроблені на TI CC2541.
Список літератури
