Ci sono molti fattori che rendono la BLE a bassa potenza e ho tentato di affrontarne il maggior numero possibile.
Per comprendere meglio le differenze di consumo energetico tra Bluetooth classic e BLE, sarebbe utile esaminare alcune delle differenze tra le tecnologie Bluetooth. Ciò contribuirebbe ad apprezzare la differenza nel consumo di energia. Per cominciare, il Bluetooth classico è costituito da Bluetooth 1.0-3.0. Questi includono Bluetooth BR (frequenza di base) intorno a 1,2 Mb / sec, Bluetooth EDR (migliora la velocità dei dati) a 3 Mb / sec e Bluetooth HS.
Il Bluetooth funziona in banda ISM da 2,4 GHz, con Bluetooth classic utilizza 79 canali da 2,4 GHz a 2,4835 GHz ciascuno distanziato di 1Hhz mentre BLE utilizza 40 canali da 2,402 GHz 2,480 GHz di ciascuno distanziato di 2MHz. Dei 40 canali, 3 di questi sono dedicati a richieste pubblicitarie. I parametri iniziali vengono scambiati utilizzando lo stesso canale utilizzato per la richiesta di connessione. In caso di rilevamento e connessione, i canali di dati regolari vengono utilizzati per la comunicazione. Si noti inoltre che i canali pubblicitari non si sovrappongono ai canali DSSS ( Wifi Direct-Sequence Spread) 1, 6 e 11. Quindi il Bluetooth utilizza una banda di frequenza di 2,4 GHz ma implementa un protocollo di spostamento della frequenza gaussiano più semplice per ridurre la potenza e DSSS modulazione.
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BLE ha molte diverse modalità di cui le principali modalità operative sono la modalità pubblicitaria, la modalità di scansione, il dispositivo master e il dispositivo slave. Nella modalità pubblicitaria il dispositivo base BLE riceverà le risposte da altri dispositivi BLE per eventi pubblicitari. Nella modalità di scansione il dispositivo BLE eseguirà la ricerca di richieste pubblicitarie da altri dispositivi BLE e risponderà con informazioni aggiuntive che dipendono dallo stato dello stato di scansione attivo. Esiste anche la modalità passiva, solo scanner e solo inserzionista, nel qual caso sono richieste rispettivamente la funzione di ricevitore e trasmettitore del modulo RF. Una certa comprensione della macchina a stati del livello di collegamento è utile per comprendere la gestione del consumo di energia . Ci sono cinque stati e lo sono
- Standby : può essere inserito da qualsiasi altro stato e nessun pacchetto di trasmissione o ricezione
- Pubblicità : questo stato può essere inserito dallo stato di standby. In questo stato, lo strato di collegamento trasmetterà pacchetti pubblicitari e risponderà a scambi di dati relativi alla pubblicità
- Scansione : lo stato della scansione può essere immesso dallo stato di standby, che ascolta i pacchetti di canali pubblicitari dai dispositivi
- Avvio : il livello di collegamento in questo stato avvia una connessione con un altro dispositivo che risponde ai pacchetti di canali pubblicitari da dispositivi specifici
- Connessione : lo stato della connessione ha due ruoli definiti, vale a dire master e slave. Un dispositivo nel ruolo principale definirà i tempi per la trasmissione
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Una connessione viene stabilita da un dispositivo in modalità inserzionista e l'altro in modalità iniziatore. L'iniziatore diventa il padrone e l'inserzionista diventa lo schiavo. Questo scambio dati master slave definisce parametri di connessione critici come la definizione del canale e del timing, che include l'intervallo di connessione e la latenza salve. La latenza dello slave è importante perché determina il numero di intervalli di connessione che lo slave può ignorare senza perdere la connessione. Questo aiuta lo slave a ottimizzare e preservare il consumo di energia . Lo slave può richiedere di aggiornare i parametri di comunicazione per adattarsi meglio all'applicazione dello slave.
Nella tua domanda hai fatto riferimento a un evento di connessione. Lo schema seguente descrive un evento di connessione.
Il consumo di energia durante un evento di connessione verrà discusso in seguito.
Una PDU CONNECT_REQ viene inviata dall'iniziatore o ricevuta dall'inserzionista a quel punto i parametri di connessione vengono scambiati. Questi parametri hanno un profondo effetto sul consumo di energia.
- L'intervallo di connessione determina il tempo tra due connessioni. Può arrivare a 7,5 ms o a 4 sec. Come si può immaginare intervalli di connessione più lunghi significano un basso consumo energetico, ma anche basse velocità di dati.
- La latenza slave definisce il numero di eventi di connessione consecutivi che lo slave può ignorare dal master che influiscono nuovamente sul basso consumo energetico
- Il timeout di supervisione è il timeout tra due pacchetti di dati ricevuti prima che la connessione venga persa.
Anche il framework Bluetooth Low Energy contribuisce al basso consumo energetico . Il pacchetto più breve trasmesso può essere 80 bit con un tempo di trasmissione di 80usec. Il pacchetto più lungo può essere 376 bit con un tempo di trasmissione di circa 0,3 mSec. Questi sono molto importanti per i dispositivi BLE a modalità singola.
Al fine di gestire il consumo di energia e mantenere i progetti legacy sono stati sviluppati standard bluetooth 4.0. Bluetooth 4.0 ha effettivamente due modalità, singola e doppia. La modalità singola supporta dispositivi slave a bassa potenza utilizzando lo standard meglio noto come BLE. La doppia modalità, come si potrebbe immaginare, supporta sia Bluetooth BR / EDR che BLE.
Un'altra opzione di risparmio energetico sono le liste bianche. Ciò consente al livello di collegamento di filtrare inserzionisti, iniziatori e scanner.
Quindi la tecnologia BLE scansiona solo 3 canali pubblicitari mentre il bluetooth deve scansionare 32 canali. Si tratta di circa 0,6-1,2 ms di tempo di rilevamento per BLE rispetto a 22,5 ms di tempo di rilevamento per Bluetooth, questo è il risparmio energetico per BLE.
Anche i dispositivi BLE in 3 ms possono scansionare, connettersi, inviare dati, confermare la ricezione e terminare dove il Bluetooth impiega più di 100 ms per svolgere le stesse attività.
Inoltre, i pacchetti BLE sono molto più brevi dei pacchetti di dati Bluetooth classici che contribuiscono anche al risparmio energetico.
Per concludere questa risposta di seguito sono riportate le misurazioni dell'ambito degli eventi di connessione e il relativo consumo di energia per Bluetooth a bassa energia che sono stati effettuati su un TI CC2541.
Riferimenti
