Es gibt viele Faktoren, die BLE zu einer geringen Leistung machen, und ich habe versucht, so viele wie möglich anzusprechen.
Um die Unterschiede im Stromverbrauch zwischen Bluetooth classic und BLE besser zu verstehen, wäre es hilfreich, einige der Unterschiede zwischen den Bluetooth-Technologien zu betrachten. Dies würde helfen, den Unterschied im Stromverbrauch zu schätzen. Für den Anfang besteht Bluetooth classic aus Bluetooth 1.0-3.0. Dazu gehören Bluetooth BR (Basic Rate) mit 1,2 Mbit / s, Bluetooth EDR (Enhance Data Rate) mit 3 Mbit / s und Bluetooth HS.
Bluetooth arbeitet im 2,4-GHz-ISM-Band, wobei Bluetooth classic 79 Kanäle von 2,4 GHz bis 2,4835 GHz mit einem Abstand von jeweils 1 Hz verwendet, während BLE 40 Kanäle mit einem Abstand von 2,402 GHz und 2,480 GHz von jeweils 2 MHz verwendet. Von den 40 Kanälen sind 3 für Werbeanfragen bestimmt. Anfangsparameter werden über denselben Kanal ausgetauscht, der für die Verbindungsanforderung verwendet wird. Nach erfolgreicher Erkennung und Verbindung werden reguläre Datenkanäle für die Kommunikation verwendet. Beachten Sie auch, dass sich Werbekanäle nicht mit den DSSS- Kanälen 1, 6 und 11 ( Wifi Direct Sequence Spread Spectrum) überschneiden. Bluetooth verwendet also ein 2,4-GHz-Frequenzband, implementiert jedoch ein einfacheres Gaußsches Frequenzverschiebungsprotokoll , um die Leistung sowie DSSS zu reduzieren Modulation.
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BLE verfügt über viele verschiedene Modi, von denen die Hauptbetriebsarten der Werbemodus, der Scanmodus, das Master-Gerät und das Slave-Gerät sind. Im Werbemodus erhält das BLE-Basisgerät Antworten von anderen BLE-Geräten auf Werbeveranstaltungen. Im Scanmodus sucht das BLE-Gerät nach Werbeanfragen von anderen BLE-Geräten und antwortet mit zusätzlichen Informationen, abhängig vom Status des aktiven Scanstatus. Es gibt auch den passiven Modus, nur Scanner sowie nur Werbetreibende. In diesem Fall ist die Empfänger- und Sendefunktion des HF-Moduls erforderlich. Ein gewisses Verständnis der Link Layer State-Maschine ist hilfreich für das Verständnis der Verwaltung des Stromverbrauchs . Es gibt fünf Staaten und sie sind
- Standby : Kann von jedem anderen Status aus eingegeben werden und keine Pakete senden oder empfangen
- Werbung : Dieser Status kann aus dem Standby-Status eingegeben werden. In diesem Zustand überträgt die Verbindungsschicht Werbepakete und reagiert auf werbebezogenen Datenaustausch
- Scannen : Der Scan-Status kann aus dem Standby-Status eingegeben werden, der auf Werbekanalpakete von Geräten wartet
- Initiieren : Die Verbindungsschicht in diesem Status initiiert eine Verbindung mit einem anderen Gerät, das auf Werbekanalpakete von bestimmten Geräten reagiert
- Verbindung : Der Verbindungsstatus hat zwei definierte Rollen, nämlich Master und Slave. Ein Gerät in der Hauptrolle definiert den Zeitpunkt für die Übertragung
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Eine Verbindung wird hergestellt, indem sich ein Gerät im Werbemodus und ein anderes im Initiatormodus befindet. Der Initiator wird zum Master und der Werbetreibende zum Slave. Dieser Master-Slave-Datenaustausch definiert kritische Verbindungsparameter wie das Definieren des Kanals und des Timings, einschließlich des Verbindungsintervalls und der Salve-Latenz. Die Slave-Latenz ist wichtig, da dies die Anzahl der Verbindungsintervalle bestimmt, die der Slave ignorieren kann, ohne die Verbindung zu verlieren. Dies hilft dem Slave, den Stromverbrauch zu optimieren und zu erhalten . Der Slave kann anfordern, die Kommunikationsparameter zu aktualisieren, um sie besser an die Anwendung des Slaves anzupassen.
In Ihrer Frage haben Sie auf das Verbindungsereignis verwiesen. Das folgende Diagramm beschreibt ein Verbindungsereignis.
Der Stromverbrauch während eines Verbindungsereignisses wird später erläutert.
Eine CONNECT_REQ-PDU wird vom Initiator gesendet oder vom Werbetreibenden empfangen. An diesem Punkt werden die Verbindungsparameter ausgetauscht. Diese Parameter haben einen tiefgreifenden Einfluss auf den Stromverbrauch.
- Das Verbindungsintervall bestimmt die Zeit zwischen zwei Verbindungen. Dies kann so niedrig wie 7,5 ms oder so hoch wie 4 Sekunden sein. Wie man sich vorstellen kann, bedeuten längere Verbindungsintervalle einen geringen Stromverbrauch, aber auch niedrige Datenraten.
- Die Slave-Latenz definiert die Anzahl der aufeinanderfolgenden Verbindungsereignisse, die der Slave vom Master ignorieren kann und die sich wiederum auf den geringen Stromverbrauch auswirken
- Das Überwachungszeitlimit ist das Zeitlimit zwischen zwei empfangenen Datenpaketen, bevor die Verbindung unterbrochen wird.
Auch das Bluetooth Low Energy Framework trägt zu einem geringen Stromverbrauch bei . Das kürzeste übertragene Paket kann 80 Bit mit einer Übertragungszeit von 80 usec sein. Das längste Paket kann 376 Bit mit einer Sendezeit von etwa 0,3 mSec sein. Diese sind für Single-Mode-BLE-Geräte sehr wichtig.
Um den Stromverbrauch zu verwalten und ältere Designs beizubehalten, wurden Bluetooth 4.0-Standards entwickelt. Bluetooth 4.0 verfügt effektiv über zwei Modi, Single und Dual. Der Einzelmodus unterstützt Slave-Geräte mit geringem Stromverbrauch unter Verwendung des Standards, besser bekannt als BLE. Der Dual-Modus unterstützt vermutlich sowohl Bluetooth BR / EDR als auch BLE.
Eine weitere Energiesparoption sind weiße Listen. Dadurch kann die Linkschicht Werbetreibende, Initiatoren und Scanner filtern.
Die BLE-Technologie scannt also nur 3 Werbekanäle. Bluetooth muss 32 Kanäle scannen. Dies entspricht etwa 0,6 bis 1,2 ms Erkennungszeit für BLE im Gegensatz zu 22,5 ms Erkennungszeit für Bluetooth. Dies ist die Energieeinsparung für BLE.
Auch BLE-Geräte in 3 ms können scannen, verbinden, Daten senden, den Empfang bestätigen und beenden, wo Bluetooth über 100 ms dauert, um dieselben Aufgaben auszuführen.
Außerdem sind die BLE-Pakete viel kürzer als die klassischen Bluetooth-Datenpakete, was ebenfalls zur Energieeinsparung beiträgt.
Um diese Antwort unten abzuschließen, werden Umfangsmessungen von Verbindungsereignissen und dem damit verbundenen Stromverbrauch für Bluetooth Low Energy durchgeführt, die auf einem TI CC2541 durchgeführt wurden.
Verweise
