如何实现低功耗蓝牙技术的低功耗?

[导读]低功耗蓝牙的机制和理念在于连接是瞬态实现的，需要发送命令或传送状态时，可以极快的建立连接，完成后迅速断开连接。

1. 快速连接的实现

低功耗蓝牙的机制和理念在于连接是瞬态实现的，需要发送命令或传送状态时，可以极快的建立连接，完成后迅速断开连接。

通过连接机制的改善，低功耗蓝牙下的设备连接建立过程已可控制在 3 ms 内完成，几乎瞬间即可完成，并以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连结。而传统蓝牙协议下，即使只是建立链路层连接都需要花费100 ms，建立 L2CAP (逻辑链路控制与适应协议)层的连接建立时间则更长，通常需要几秒钟的时间。

快速连接对于许多低功耗设备而言是一个极大的福音，可以显著大幅度降低功耗，并大大降低低功耗产品开发的门槛。甚至于在一些特定的应用场景，可以无需电池供电，而采用能量回收的方式提供能量。(能量回收是近年来出现的为低功耗设备提供供电的方式，包括光能，机械能，以及温差等)。

按照传统蓝牙协议规范，若某一蓝牙设备正在进行广播，则它不会响应当前正在进行的设备扫描。低功耗蓝牙协议规范允许正在进行广播的设备连接到正在扫描的设备上，这就有效避免了重复扫描。

2.待机功耗的减少

传统蓝牙设备的待机耗电量大一直是为人所诟病的缺陷之一，这与传统蓝牙技术采用 16～32 个频道进行广播不无关系，而低功耗蓝牙仅使用 3 个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由 22.5 ms 减少到 0.6～1.2ms，这两个规范上的改变显然大大降低了广播数据导致的功耗。

此外低功耗蓝牙设计了用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，因此这样的设计也节省了最多的能源。

在深度睡眠状态下，协议也针对此通讯模式进行了优化，数据发送间隔时间也增加到 0.5～4 s，传感器类应用程序发送的数据量较平常要少很多，而且所有连接均采用先进的嗅探性 (Sniff-Subrating)功能模式，因此此时的射频能耗几乎可以忽略不计，综合以上因素，低功耗蓝牙的待机功耗较传统蓝牙大大减少。

3.峰值功耗的降低

射频物理层进行了低功耗设计优化，使得在发射和接收时的峰值电流与经典蓝牙相比，大为降低。

调制方式传统蓝牙和低功耗蓝牙都使用高斯频移键控(GFSK)调制。但是低功耗蓝牙使用的调制系数为 0.5 (接近高斯最小频移键控 GMSK 方案)，而传统蓝牙技术的调制系数为 0.35 。这种调制方式的变化有利于降低功耗和提高 BLE 的通信距离。

4.以时间来换取能量

时间的使用对于低功耗蓝牙来说是实现低功耗的关键，由于无线电处于发射及接收状态时对于能量的使用和消耗是较多的，因此通过以下几个方面减少无线电部分的活动时间：

(1)高效率编码

高效率的编码方式可以用更少的时间发送同等数量的数据。

(2)短数据包格式

与经典蓝牙相比，低功耗蓝牙支持超短数据包(8～27Byte)，这使得发送时所需的时间更少。

(3)较快的发射和接收启动时间

较快的启动时间缩短发射和接收的等待时间。

(4)占用较少的资源