Hay muchos factores que hacen que BLE sea de baja potencia, y he intentado abordar tantos de ellos como sea posible.
Para comprender mejor las diferencias de consumo de energía entre Bluetooth classic y BLE, sería útil observar algunas de las diferencias entre las tecnologías Bluetooth. Esto ayudaría a apreciar la diferencia en el consumo de energía. Para principiantes, Bluetooth classic consiste en Bluetooth 1.0-3.0. Estos incluyen Bluetooth BR (velocidad básica) ronda 1.2Mbit / seg, Bluetooth EDR (velocidad de datos mejorada) a 3Mbits / seg y Bluetooth HS.
Bluetooth funciona en la banda ISM de 2.4 GHz, con Bluetooth classic utiliza 79 canales de 2.4GHz a 2.4835 GHz cada uno espaciado a 1Hhz mientras que BLE usa 40 canales de 2.402 GHz 2.480 GHz cada uno espaciado a 2MHz. De los 40 canales, 3 de ellos están dedicados a solicitudes de publicidad. Los parámetros iniciales se intercambian utilizando el mismo canal utilizado para la solicitud de conexión. Al descubrir y conectarse con éxito, se utilizan canales de datos regulares para la comunicación. También tenga en cuenta que los canales publicitarios no se superponen con los canales 1, 6 y 11. del espectro expandido de secuencia directa (DSSS) de Wifi . Por lo tanto, Bluetooth utiliza una banda de frecuencia de 2,4 GHz pero implementa un protocolo de cambio de frecuencia gaussiano más simple para reducir la potencia , así como DSSS modulación.
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BLE tiene muchos modos diferentes de los cuales los modos principales de operación son el modo de publicidad, el modo de escaneo, el dispositivo maestro y el dispositivo esclavo. En el modo de publicidad, el dispositivo base BLE recibirá respuestas de otros dispositivos BLE para eventos publicitarios. En el modo de escaneo, el dispositivo BLE buscará solicitudes de publicidad de otros dispositivos BLE y responderá con información adicional dependiendo del estado del estado de escaneo activo. También está el modo pasivo, solo el escáner y el anunciante, en cuyo caso se requiere la función de receptor y transmisor del módulo de RF, respectivamente. Una cierta comprensión de la máquina de estado de capa de enlace es beneficiosa para comprender la gestión del consumo de energía . Hay cinco estados y son
- En espera : se puede ingresar desde cualquier otro estado y no hay paquetes de transmisión o recepción
- Publicidad : este estado se puede ingresar desde el estado de espera. En este estado, la capa de enlace transmitirá paquetes de publicidad y responderá a los intercambios de datos relacionados con la publicidad.
- Escaneo : el estado de escaneo se puede ingresar desde el estado de espera, que escucha los paquetes de canales publicitarios de los dispositivos
- Iniciando : la capa de enlace en este estado inicia una conexión con otro dispositivo que responde a paquetes de canales publicitarios de dispositivos específicos
- Conexión : el estado de conexión tiene dos roles definidos, a saber, maestro y esclavo. Un dispositivo en el rol maestro definirá el tiempo de transmisión
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Una conexión se establece cuando un dispositivo está en modo anunciante y otro en modo iniciador. El iniciador se convierte en maestro y el anunciante se convierte en esclavo. Este intercambio de datos maestro esclavo define parámetros críticos de conexión, como la definición del canal y la temporización, que incluye el intervalo de conexión y la latencia salve. La latencia del esclavo es importante porque determina el número de intervalos de conexión que el esclavo puede ignorar sin perder la conexión. Esto ayuda al esclavo a optimizar y preservar el consumo de energía . El esclavo puede solicitar actualizar los parámetros de comunicación para adaptarse mejor a la aplicación del esclavo.
En su pregunta, hizo referencia al evento de conexión. El siguiente diagrama describe un evento de conexión.
El consumo de energía durante un evento de conexión se discutirá más adelante.
El iniciador envía una PDU CONNECT_REQ o el anunciante la recibe, momento en el que se intercambian los parámetros de conexión. Estos parámetros tienen un profundo efecto en el consumo de energía.
- El intervalo de conexión determina el tiempo entre dos conexiones. Esto puede ser tan bajo como 7,5 ms o tan alto como 4 segundos. Como uno puede imaginar, los intervalos de conexión más largos significan bajo consumo de energía, pero también significa bajas tasas de datos.
- La latencia del esclavo define el número de eventos de conexión consecutivos que el esclavo puede ignorar del maestro que, una vez más, tienen un efecto en el bajo consumo de energía.
- Supervision Timeout es el tiempo de espera entre dos paquetes de datos recibidos antes de que se pierda la conexión.
El marco Bluetooth Low Energy también contribuye al bajo consumo de energía . El paquete más corto transmitido puede ser de 80 bits con un tiempo de transmisión de 80usec. El paquete más largo puede tener 376 bits con un tiempo de transmisión de alrededor de 0.3 mSeg. Estos son muy importantes para dispositivos BLE monomodo.
Para gestionar el consumo de energía y mantener los diseños heredados, se desarrollaron los estándares bluetooth 4.0. Bluetooth 4.0 efectivamente tiene dos modos, uno y dos. El modo único admite dispositivos esclavos de baja potencia utilizando el estándar mejor conocido como BLE. El modo dual, como uno podría adivinar, es compatible con Bluetooth BR / EDR y BLE.
Otra opción de ahorro de energía son las listas blancas. Esto permite que la capa de enlace filtre anunciantes, iniciadores y escáneres.
Entonces, la tecnología BLE escanea solo 3 canales publicitarios bluetooth tiene que escanear 32 canales. Esto es alrededor de 0.6 a 1.2 ms de tiempo de descubrimiento para BLE en oposición a 22.5 ms de tiempo de descubrimiento para Bluetooth, este es el ahorro de energía para BLE.
Además, los dispositivos BLE en 3 ms pueden escanear, conectarse, enviar datos, confirmar, validar la recepción y finalizar donde Bluetooth toma más de 100 ms para realizar las mismas tareas.
Además, los paquetes BLE son mucho más cortos que los paquetes de datos clásicos de Bluetooth que también contribuyen al ahorro de energía.
Para concluir esta respuesta a continuación, se encuentran las mediciones del alcance de los eventos de conexión y el consumo de energía relacionado para bluetooth de baja energía que se han realizado en una TI CC2541.
Referencias
