适用于传输少量数据的蓝牙低能耗技术

电子设计 2019-01-29 3068

描述

随着蓝牙低能耗技术的引入，媒体和市场对其可能性产生了浓厚的兴趣。蓝牙低功耗技术也有一些重要的局限性和好处;它与经典蓝牙技术完全不同。它是如此不同，以至于需要仔细考虑哪种技术最适合应用需求。

蓝牙技术最初设计用于包括语音在内的连续流数据应用，并成功地消除了许多消费者以及工业和医疗应用中的电线。经典蓝牙技术将继续在耳机和汽车，工业控制器和流媒体医疗传感器等设备之间提供强大的无线连接。其中许多连接不适合新的蓝牙低功耗技术，但许多其他新应用也将如此。

蓝牙低功耗技术于2011年通过蓝牙规范v4.0（蓝牙v4.0）推出。凭借其极低的功耗，独特的特性和新功能，蓝牙低能耗技术实现了经典蓝牙技术不实用的新应用。医疗，工业，消费和健身应用中的纽扣电池供电的传感器和执行器（也称为“智能”）现在可以平滑地连接到支持蓝牙低能耗技术的智能手机，平板电脑或网关（也称为“智能就绪”）。蓝牙低能耗技术非常适合需要间歇或定期传输少量数据的应用。

极低的功耗

蓝牙低功耗技术的关键特性是低功耗，可以用小型纽扣电池（如CR2032电池）为小型设备供电5到10年。

图1：蓝牙低功耗技术在iPhone 4S中实现，通过“App”可以读取数据并将数据发送到蓝牙低功耗设备（ “智能”设备）。该演示展示了一个connectBlue低能耗模块，配备温度传感器，加速度计和嵌入式应用软件，形成完整的产品/应用。

与经典蓝牙技术一样，蓝牙低功耗技术在2.4 GHz ISM频段运行，并具有类似的射频（RF）输出功率。然而，由于蓝牙低功耗设备大部分时间处于睡眠模式并且仅在启动连接时唤醒，因此功耗可以保持最小。由于实际连接时间仅为几毫秒，因此功耗保持较低。最大/峰值功耗仅为15 mA，平均功耗仅为1 uA左右。

强大的常见功能

经典蓝牙技术的许多功能都继承了蓝牙低功耗技术，包括自适应跳频（AFH），以及逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）接口的一部分。

蓝牙低能耗技术还通过简单的配对模式，安全认证和加密实现相同的链路安全性。

这种继承使蓝牙低能耗技术在恶劣环境中非常容易设置，强大且可靠。

限制

低功耗和纽扣电池操作的使用也有其局限性。采用增强型数据速率（蓝牙v2.1 + EDR）的经典蓝牙技术的数据传输速率可超过2 Mbps（实际有效载荷），但蓝牙低功耗技术的实际传输速率低于100 kbps（实际有效载荷约为1/20）。因此，当利用率接近连续传输时，流式蓝牙低功耗连接将失去大量潜在的功率节省。

换句话说，某些应用程序可以通过蓝牙低能耗连接提供更好的服务。使用情况取决于传感器所连接的设备类型。

图2：在使用流数据的蓝牙应用中，经典蓝牙技术是首选，因为它实现了比蓝牙低能耗技术更高的吞吐量。此应用就是这样一种情况，它显示了建筑环境中使用的大地测量仪器，由Leica Geosystems提供。

蓝牙配置文件支持的差异

蓝牙连接的行为 - 无论是经典还是低能耗 - 由蓝牙配置文件决定设备已实现。设备只有在两者都具有相同的蓝牙配置文件时才能连接，并且在经典蓝牙技术和蓝牙低功耗技术可用的配置文件之间存在一些重要差异。

在串行端口仿真中可以看到差异的一个很好的例子。经典蓝牙技术提供串行端口配置文件（SPP），用于仿真串行数据连接。蓝牙低能耗技术在标准规范v4.0中没有提供此类支持，尽管像connectBlue这样的供应商可以提供良好的支持。

由于连接模型的不同，许多其他配置文件不提供蓝牙低功耗技术。不属于蓝牙低功耗技术的经典蓝牙方案包括耳机（HSP），对象交换（OBEX），音频分发（A2DP），视频分发（VDP）和文件传输（FTP）。

经典蓝牙技术蓝牙低能耗技术数据有效负载吞吐量（净）2 Mbps~100 kbps稳健性强大范围高达1000米高达250米本地系统密度强大强大规模网络弱良好低延迟强大强大的连接设置速度弱强电力消耗良好非常强大成本良好强 - 表1：经典蓝牙和蓝牙低能耗技术的比较。

蓝牙低功耗技术是全新的

蓝牙低能耗技术在几个关键方面是一项全新的技术。例如，该技术具有非常高效的发现和连接设置，短数据包和小型设备的非对称设计。

与经典蓝牙技术一样，蓝牙低功耗技术基于连接到多个从站的主站。但是，在蓝牙低功耗技术中，从属数量可能非常大;多大程度取决于实现和可用内存。新的“广告”功能使得从属设备可以宣布它具有要传输到“扫描”的其他设备的东西。“广告”消息还可以包括事件或测量值。

软件结构也存在差异。在蓝牙低能耗技术中，所有参数都具有使用属性协议访问的状态。属性表示为描述信号值，表示格式，客户端配置等的特征。这些属性和特征的定义及其使用使得可以构建许多基本服务和配置文件，如Proximity，Battery，Automation I/O，Building自动化，照明，健身和医疗设备。需要所有这些细微差别，以使实现在不同制造商的设备之间无缝兼容。

“单模”和“双模” - 这是什么意思？

由于这两种技术根本不同，因此实现有以下两种选择：

单模设备：这些设备是独立的蓝牙低功耗设备（也称为“智能”设备））针对小型电池供电设备进行了优化，具有低成本和低功耗的特点。由于传感器资源有限，因此可能无法同时支持这两种角色。典型的单模设备例如是心率传感器。

双模设备：这些设备（也称为“智能就绪”设备）包括蓝牙低能耗技术和经典蓝牙技术。双模设备很少会节省功耗，因为它们需要支持两种技术实现;只有单模选项才能实现省电。典型的双模设备包括移动电话和PC。

结论

换句话说，即使两种技术在“蓝牙”中都有一个共同的名称，重要的是要了解蓝牙的增加低能耗技术与过去发布蓝牙规范的新版本不同。对于某些应用，“经典”是最佳选择，而对于其他人来说，“低能耗”是最佳选择。蓝牙低能耗技术并不能取代经典蓝牙技术 - 它是一款全新的游戏

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