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藍牙多少功耗算低功耗?低功耗藍牙是如何實現低功耗的?

2021-01-09 15:06:03
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供稿:網友


目前市場上比較常見的連接技術包括wifi、藍牙和NFC等等。WiFi是熱點最多的無線連接,但功耗較高;NFC可以說是“最私密”的無線連接,即是近距離連接;那相比wifi高功耗、NFC近距離,藍牙的低功耗無縫、快速連接顯然是物聯網市場中最有力的競爭者。

一、多低的功耗才算是低功耗藍牙呢?如何界定低功耗藍牙?

平均工作電流為 uA 級

峰值電流不超過 15mA

采用紐扣電池供電,電池壽命可達數年

在很多低功耗應用場景中,是采用紐扣電池來供電的,采用紐扣電池來供電是低功耗藍牙設計的主要目標,而紐扣電池的使用通常有較為嚴苛的限制條件。

不過需要注意的是,紐扣電池的能量并不能完全的轉化,因為會受到溫度的影響。通常情況下,在零度時僅能提供室溫下能量的約 80%。此外電池自身的自放電特性也需要予以考慮,常溫下儲存,每年容量損失小于 2%。這些因素在計算工作時間時也需要予以考慮。

二、低功耗藍牙如何實現低功耗?

和傳統藍牙技術相比,低功耗藍牙技術功耗方面的降低主要得益于以下幾個方面的改變:

1、低功耗藍牙實現快速連接

低功耗藍牙的機制在于可以實現快速連接,在需要發送命令或傳送狀態時,可以快速的建立連接,完成后迅速斷開連接。

快速連接對于許多低功耗設備而言是一個極大的福音,大大降低了低功耗產品的開發門檻。重點提一下,按照傳統藍牙協議規范,若某一藍牙設備正在進行廣播,則它不會響應當前正在進行的設備掃描,而低功耗藍牙協議規范允許正在進行廣播的設備連接到正在掃描的設備上,這就有效避免了重復掃描,可以大幅度地降低功耗。

2、 低功耗藍牙減少了待機功耗

傳統藍牙設備的待機耗電量大是公認的缺點之一,這與傳統藍牙技術采用 16~32 個頻道進行廣播不無關系,而低功耗藍牙僅使用 3 個廣播通道,這個改變顯然大大降低了廣播數據導致的功耗。

此外低功耗藍牙設計了“深度睡眠”狀態來替換傳統藍牙的空閑狀態,因此這樣的設計也節省了最多的能源。

3、低功耗藍牙降低了峰值功耗

射頻物理層進行了低功耗的優化設計,使得在發射和接收時的峰值電流與傳統藍牙相比,大大降低。

4、低功耗藍牙縮短時間換取能量

時間的使用對于低功耗藍牙來說是實現低功耗的關鍵,由于無線電處于發射及接收狀態時對于能量的使用和消耗是較多的,因此以下幾個方面對功耗也是大大的減少。

高效率編碼:高效率的編碼方式可以用更少的時間發送同等數量的數據。

與傳統藍牙相比,低功耗藍牙支持超短數據包,這使得發送時所需的時間更少。

較快的啟動時間縮短發射和接收的等待時間。

占用較少的資源:協議越復雜,相應占用的資源就會多,在同等情況下對于功耗的需要就會增加。低功耗藍牙僅采用一個協議來實現服務器發現,名稱發現,信息的讀取和寫入,這比采用多個協議的經典藍牙所需的開銷少得多,從而也對降低功耗作出了貢獻。

客戶端-服務器架構:低功耗藍牙協議中采用了大家所熟知的客戶端-服務器架構,它是軟件系統體系結構,通過它可以充分利用兩端環境的優勢,將任務合理分配到客戶端和服務器端來實現,降低了系統的通信開銷。

標準藍牙技術是一種“面向連接”的無線技術,具有固定的連接時間間隔,因此是移動電話連接無線耳機等高活動連接的理想之選。相反,藍牙低功耗技術采用可變連接時間間隔,這個間隔根據具體應用可以設置為幾毫秒到幾秒不等。

另外,因為BLE技術采用非??焖俚倪B接方式,因此平時可以處于“非連接”狀態(節省能源),此時鏈路兩端相互間只是知曉對方,只有在必要時才開啟鏈路,然后在盡可能短的時間內關閉鏈路。

BLE技術的工作模式非常適合用于從微型無線傳感器(每半秒交換一次數據)或使用完全異步通信的遙控器等其它外設傳送數據。這些設備發送的數據量非常少(通常幾個字節),而且發送次數也很少(例如每秒幾次到每分鐘一次,甚至更少)。
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