Istnieje wiele czynników, które powodują, że BLE ma niską moc, a ja próbowałem rozwiązać jak najwięcej z nich.
Aby lepiej zrozumieć różnice w zużyciu energii między Bluetooth classic a BLE, warto przyjrzeć się niektórym różnicom między technologiami Bluetooth. Pomogłoby to docenić różnicę w zużyciu energii. Na początek Bluetooth Classic składa się z Bluetooth 1.0-3.0. Należą do nich Bluetooth BR (stawka podstawowa) okrągły 1,2 Mb / s, Bluetooth EDR (Enhance Data Rate) przy 3 Mb / s oraz Bluetooth HS.
Bluetooth działa w paśmie ISM 2,4 GHz, przy czym Bluetooth classic wykorzystuje 79 kanałów od 2,4 GHz do 2,4835 GHz, każdy w odstępie 1 Hz, podczas gdy BLE wykorzystuje 40 kanałów od 2,402 GHz 2,480 GHz, każdy w odstępie 2 MHz. Spośród 40 kanałów 3 z nich poświęcone są reklamom. Parametry początkowe są wymieniane przy użyciu tego samego kanału, który jest używany dla żądania połączenia. Po udanym wykryciu i połączeniu, do komunikacji wykorzystywane są zwykłe kanały danych. Zwróć też uwagę, że kanały reklamowe nie pokrywają się z kanałami 1, 6 i 11 DSDS ( Wifi Direct rozproszonego widma rozproszonego). Bluetooth wykorzystuje więc pasmo częstotliwości 2,4 GHz, ale implementuje prostszy protokół przesunięcia częstotliwości Gaussa w celu zmniejszenia mocy, a także DSSS modulacja.
Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.
Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.
Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.
BLE ma wiele różnych trybów, z których głównymi trybami działania są tryb reklamy, tryb skanowania, urządzenie główne i urządzenie podrzędne. W trybie reklamowym urządzenie podstawowe BLE będzie otrzymywać odpowiedzi od innych urządzeń BLE na wydarzenia reklamowe. W trybie skanowania urządzenie BLE będzie skanować w poszukiwaniu żądań reklamowych z innych urządzeń BLE i odpowie dodatkowymi informacjami zależnymi od statusu statusu aktywnego skanowania. Istnieje również tryb pasywny, tylko skaner, a także tylko reklamodawca, w którym to przypadku wymagana jest odpowiednio funkcja odbiornika i nadajnika modułu RF. Pewne zrozumienie maszyny stanu warstwy łącza jest korzystne dla zrozumienia zarządzania zużyciem energii . Jest pięć stanów i są
- Tryb gotowości : można wprowadzić z dowolnego innego stanu i bez pakietów nadawczych lub odbiorczych
- Reklama : Ten stan może być wprowadzony ze stanu czuwania. W tym stanie warstwa łącza będzie transmitować pakiety reklamowe, a także odpowiadać na wymianę danych związanych z reklamą
- Skanowanie : Stan skanowania można wprowadzić ze stanu gotowości, który nasłuchuje pakietów kanałów reklamowych z urządzeń
- Inicjowanie : Warstwa łącza w tym stanie inicjuje połączenie z innym urządzeniem odpowiadającym na pakiety kanałów reklamowych z określonych urządzeń
- Połączenie : stan połączenia ma dwie zdefiniowane role, mianowicie master i slave. Urządzenie w roli wzorca określi czas transmisji
Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.
Połączenie jest ustanawiane przez jedno urządzenie w trybie reklamodawcy, a drugie w trybie inicjatora. Inicjator staje się mistrzem, a reklamodawca staje się niewolnikiem. Ta wymiana danych master slave definiuje krytyczne parametry połączenia, takie jak zdefiniowanie kanału i czasu, w tym interwał połączenia i opóźnienie balsamu. Opóźnienie urządzenia podrzędnego jest ważne, ponieważ określa liczbę interwałów połączenia, które urządzenie podrzędne może ignorować bez utraty połączenia. Pomaga to niewolnikowi zoptymalizować i zachować zużycie energii . Slave może poprosić o aktualizację parametrów komunikacji, aby lepiej pasowała do aplikacji slave.
W swoim pytaniu odwoływałeś się do zdarzenia połączenia. Poniższy schemat opisuje zdarzenie połączenia.
Zużycie energii podczas zdarzenia połączenia zostanie omówione później.
Jednostka PDU CONNECT_REQ jest wysyłana przez inicjatora lub odbierana przez reklamodawcę, w którym to momencie parametry połączenia są wymieniane. Parametry te mają ogromny wpływ na zużycie energii.
- Interwał połączenia określa czas między dwoma połączeniami. Może to być nawet 7,5 ms lub nawet 4 sekundy. Jak można sobie wyobrazić dłuższe interwały połączeń oznaczają niskie zużycie energii, ale także niskie prędkości transmisji danych.
- Opóźnienie slave określa liczbę kolejnych zdarzeń połączenia, które slave może zignorować z mastera, co po raz kolejny wpływa na niskie zużycie energii
- Limit czasu nadzoru to limit czasu między dwoma odebranymi pakietami danych przed utratą połączenia.
Struktura Bluetooth Low Energy również przyczynia się do niskiego zużycia energii . Najkrótszy przesyłany pakiet może mieć 80 bitów, a czas transmisji wynosi 80usec. Najdłuższy pakiet może mieć 376 bitów i czas transmisji około 0,3 mSec. Są to bardzo ważne w przypadku urządzeń BLE jednomodowych.
W celu zarządzania zużyciem energii oraz utrzymania starszych projektów opracowano standardy Bluetooth 4.0. Bluetooth 4.0 skutecznie ma dwa tryby, pojedynczy i podwójny. Tryb pojedynczy obsługuje urządzenie podrzędne o niskiej mocy , wykorzystując standard lepiej znany jako BLE. Tryb podwójny, jak można się domyślić, obsługuje zarówno Bluetooth BR / EDR, jak i BLE.
Inną opcją oszczędzania energii są białe listy. Dzięki temu warstwa linków może filtrować reklamodawców, inicjatorów i skanery.
Tak więc technologia BLE skanuje tylko 3 kanały reklamowe. Bluetooth musi skanować 32 kanały. Jest to około 0,6 do 1,2 ms czasu wykrywania dla BLE, w przeciwieństwie do 22,5 ms czasu wykrywania dla Bluetooth, co oznacza oszczędność energii dla BLE.
Również urządzenia BLE w ciągu 3 ms mogą skanować, łączyć, wysyłać dane, potwierdzać odbiór i kończyć, gdzie Bluetooth zajmuje ponad 100 ms, aby wykonać te same zadania.
Również pakiety BLE są znacznie krótsze niż klasyczne pakiety danych Bluetooth, które również przyczyniają się do oszczędności energii.
Podsumowując, poniżej znajduje się odpowiedź na pomiary zakresu zdarzeń związanych z połączeniem i powiązanego zużycia energii dla niskiej energii Bluetooth, które zostały wykonane na TI CC2541.
Bibliografia
