低耗能蓝牙无线协议

人们对蓝牙低能耗技术的可能性有相当大的兴趣。蓝牙低能耗技术也有一些重要的局限性和优点;它与传统的蓝牙技术有很大的不同。它是如此不同，以至于人们需要仔细考虑哪种技术最适合应用程序的需求。

蓝牙技术最初是为包括语音在内的连续流数据应用而设计的，并已成功地在许多消费、工业和医疗应用中淘汰了有线。经典的蓝牙技术将继续在设备之间提供强大的无线连接，如耳机、汽车、工业控制器和流医疗传感器。这些连接中的许多都不是新的蓝牙低能耗技术的良好候选，但许多其他新应用将是。

蓝牙低能耗技术于2011年通过蓝牙规范v4.0(蓝牙v4.0)引入。凭借其极低的功耗、独特的特性和新功能，蓝牙低能耗技术实现了传统蓝牙技术无法实现的新应用。用于医疗、工业、消费和健身应用的硬币电池驱动的传感器和执行器(也称为“智能”)可以顺利连接到支持蓝牙低能耗技术的智能手机、平板电脑或网关(也称为“智能就绪”)蓝牙低能耗技术是需要间歇性或定期传输少量数据的应用程序的理想选择。

低功耗

蓝牙低能耗技术的主要特点是低功耗，可以用CR2032电池等微型硬币电池为小型设备供电5-10年。(点击应用程序图片观看视频链接。)

与经典蓝牙技术一样，蓝牙低能耗技术在2.4 GHz ISM(工业、科学和医疗)无线电频段运行，并具有相似的射频(RF)输出功率;然而，由于蓝牙低能耗设备大部分时间处于睡眠模式，只有在连接启动时才会唤醒，因此功耗可以保持在最低水平。实际连接次数只有几毫秒，功耗较低，最大/峰值功耗仅为15ma，平均功耗约为1ua。

共同特点

蓝牙低功耗技术继承了传统蓝牙技术的许多特性，包括自适应跳频(AFH)以及部分逻辑链路控制和自适应协议(L2CAP)接口。

蓝牙低能耗技术还通过简单的配对模式、安全认证和加密实现了相同的链路安全性。

这种继承性使得蓝牙低能耗技术在恶劣环境中非常容易设置、健壮和可靠。

数据传输vs.电池

使用低功耗和硬币电池操作也有其局限性。使用增强数据速率(蓝牙v2.1 + EDR)的经典蓝牙技术的数据传输速率可以超过2mbps(实际有效载荷)，但蓝牙低耗能技术的实际传输速率低于100kbps(实际有效载荷大约为1/20)。因此，流式蓝牙低能耗连接将失去大量潜在的巨大节能，因为使用方式接近连续传输。

换句话说，一些应用程序比其他应用程序更好地使用蓝牙低能耗连接。用途因传感器连接的设备类型而异。(见大地测量仪器图。)

配置文件支持差异

蓝牙连接的行为，无论是经典的还是低能的，都是由设备所实现的蓝牙配置文件决定的。设备只有在各自实现了相同的蓝牙配置文件时才能连接，而经典蓝牙技术的配置文件与低能耗蓝牙技术的配置文件之间存在一些重要差异。

在串行端口仿真中可以看到一个很好的差异示例。经典蓝牙技术提供了串行端口配置文件(SPP)来模拟串行数据连接。蓝牙低能耗技术在标准规范v4.0中不提供这种支持;虽然供应商可以提供很好的支持。

由于连接模型的差异，蓝牙低能耗技术没有提供许多其他配置文件。不属于蓝牙低能耗技术的经典蓝牙场景包括耳机(HSP)、对象交换(OBEX)、音频分发(A2DP)、视频分发(VDP)和文件传输(FTP)。见下表。

经典与低耗能蓝牙

属性	经典蓝牙技术	蓝牙低能耗技术
数据有效负载吞吐量(净)	2 Mbps	~ 100 kbps
鲁棒性	强大的	强大的
范围	高达1000米	高达250米
局部系统密度	强大的	强大的
大规模网络	弱	好
低延时	强大的	强大的
连接建立速度	弱	强大的
电力消耗	好	非常强烈的
成本	好	强大的

蓝牙新技术

在几个关键方面，蓝牙低耗能技术是一项全新的技术。例如，该技术具有非常高效的发现和连接设置、短数据包以及小型设备的非对称设计。

与经典蓝牙技术一样，蓝牙低能耗技术是基于一个连接到多个从机的主机。然而，在蓝牙低能耗技术中，从站的数量可以非常大;多大取决于实现和可用内存。新的“广告”功能使得从服务器可以宣布它有东西要传输给其他正在“扫描”的设备。“广告”消息也可以包括一个事件或测量值。

软件结构也有不同。在蓝牙低耗能技术中，所有参数都有一个通过属性协议访问的状态。属性表示为描述信号值、表示格式、客户端配置等的特征。这些属性和特征的定义及其使用使得构建许多基本服务和配置文件成为可能，如接近性、电池、自动化I/O、楼宇自动化、照明、健身和医疗设备。这些细微差别使得不同制造商的设备之间实现无缝和兼容。

单、双模式

因为这两种技术在本质上是不同的，所以有以下两个实现选项:

• 单模设备是独立的蓝牙低能耗设备(也称为“智能”设备)，专为低成本和低功耗的小型电池供电设备而优化。由于传感器的资源有限，它们可能无法支持传感器角色和收集器角色。单模设备的一个例子是心率传感器。
• 双模设备(也称为“Smart Ready”设备)包括蓝牙低能耗技术和经典蓝牙技术。双模设备很少会节省电力，因为它们需要支持两种技术实现;只有使用单模模式选项才能实现节能。双模设备的例子包括移动电话和个人电脑。

应用程序选择

换句话说，即使这两种技术在“蓝牙”中有一个共同的名称，但重要的是要理解蓝牙低能耗技术的添加与过去发布的蓝牙规范的新版本不是一回事。对于某些应用，“经典”是最佳选择，而对于其他应用，“低能耗”是最佳选择。蓝牙低能耗技术并没有取代经典蓝牙技术，而是一场全新的游戏。

- Rolf Nilsson是connectBlue的首席执行官，Bill Saltzstein是美国总裁。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师，mhoske (at) cfemedia.com．

参见connectBlue无线技术比较。

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作者简介:Rolf Nilsson是connectBlue的首席执行官和创始人，在工业自动化和通信领域拥有30多年的深入见解和专业知识。在创建connectBlue之前，Rolf是Eurotherm Scandinavia的总统，在此之前，他在阿尔法拉瓦尔自动化/ABB自动化产品担任领导职务。

比尔·萨尔茨斯坦(Bill Saltzstein)是connectBlue的美国总裁兼医疗业务发展经理。拥有超过25年的医疗设备开发和无线技术经验。在加入connectBlue之前，Bill曾在自己的公司Code Blue Communications担任无线医疗专家，并在Medtronic Physio-Control、Instromedix和惠普担任产品管理和开发职位。

关于connectBlue: connectBlue是一家领先的工业和医疗无线解决方案提供商，为最苛刻的应用程序和环境设计和测试。connectBlue基于蓝牙技术、无线局域网(Wireless LAN, WLAN)和IEEE 802.15.4 / ZigBee，提供即用型产品和模块以及定制化设计解决方案。connectBlue在瑞典设有总部，在德国和美国设有办事处;connectBlue是connectBlue AB的注册商标。

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