Existem muitos fatores que tornam o BLE baixo consumo de energia e tentei abordar o maior número possível deles.
Para entender melhor as diferenças de consumo de energia entre o Bluetooth classic e o BLE, seria útil examinar algumas das diferenças entre as tecnologias Bluetooth. Isso ajudaria a apreciar a diferença no consumo de energia. Para iniciantes, o Bluetooth clássico consiste em Bluetooth 1.0-3.0. Isso inclui Bluetooth BR (taxa básica) de 1,2 Mb / s, Bluetooth EDR (taxa de dados aprimorada) a 3 Mbits / seg e Bluetooth HS.
O Bluetooth opera na banda ISM de 2,4 GHz, com o Bluetooth classic usa 79 canais de 2,4 GHz a 2,4835 GHz cada um espaçado 1Hhz, enquanto o BLE usa 40 canais de 2,402 GHz 2,480 GHz cada um espaçado 2MHz. Dos 40 canais, 3 deles são dedicados a solicitações de publicidade. Os parâmetros iniciais são trocados usando o mesmo canal usado para a solicitação de conexão. Após a descoberta e conexão bem-sucedidas, canais de dados regulares são usados para comunicação. Observe também que os canais de publicidade não se sobrepõem aos canais 1, 6 e 11. do Wi - Fi Direct Sequence Spread spectrum (DSSS) . Portanto, o Bluetooth usa uma banda de frequência de 2,4 GHz, mas implementa um Protocolo Gaussiano de Mudança de Frequência mais simples para reduzir a energia e o DSSS modulação.
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O BLE possui muitos modos diferentes, dos quais os principais modos de operação são o modo de publicidade, modo de digitalização, dispositivo mestre e dispositivo escravo. No modo de publicidade, o dispositivo base BLE receberá respostas de outros dispositivos BLE para eventos de publicidade. No modo de varredura, o dispositivo BLE pesquisará solicitações de publicidade de outros dispositivos BLE e responderá com informações adicionais, dependendo do status do status de varredura ativa. Há também o modo passivo, somente o scanner e o anunciante; nesse caso, a função de receptor e transmissor do módulo de RF é necessária, respectivamente. Alguma compreensão da máquina Link Layer State é benéfica para a compreensão do gerenciamento do consumo de energia . Existem cinco estados e eles são
- Em espera : pode ser acessado de qualquer outro estado e sem pacotes de transmissão ou recebimento
- Publicidade : esse estado pode ser inserido no estado de espera. Nesse estado, a camada de link estará transmitindo pacotes de publicidade e respondendo a trocas de dados relacionados a publicidade
- Digitalização : o estado de digitalização pode ser inserido no modo de espera, que escuta pacotes de canais de publicidade de dispositivos
- Iniciando : a camada de link nesse estado inicia uma conexão com outro dispositivo que responde aos pacotes de canais de publicidade de dispositivos específicos
- Conexão : O estado da conexão tem duas funções definidas, a saber, mestre e escravo. Um dispositivo na função principal definirá o tempo da transmissão
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Uma conexão é estabelecida por um dispositivo estando no modo anunciante e outro no modo iniciador. O iniciador se torna o mestre e o anunciante se torna o escravo. Essa troca de dados mestre escravo define parâmetros críticos de conexão, como a definição do canal e do tempo, que inclui o intervalo de conexão e a latência do salve. A latência do escravo é importante porque isso determina o número de intervalos de conexão que o escravo pode ignorar sem perder a conexão. Isso ajuda o escravo a otimizar e preservar o consumo de energia . O escravo pode solicitar a atualização dos parâmetros de comunicação para melhor atender à aplicação do escravo.
Na sua pergunta, você referenciou o evento de conexão. O diagrama abaixo descreve um evento de conexão.
O consumo de energia durante um evento de conexão será discutido posteriormente.
Uma PDU CONNECT_REQ é enviada pelo iniciador ou recebida pelo anunciante no momento em que os parâmetros de conexão são trocados. Esses parâmetros têm um efeito profundo no consumo de energia.
- Intervalo de conexão determina o tempo entre duas conexões. Pode chegar a 7,5 ms ou a 4 seg. Como se pode imaginar intervalos de conexão mais longos, significa baixo consumo de energia, mas também taxas de dados baixas.
- A latência do escravo define o número de eventos de conexão consecutivos que o escravo pode ignorar do mestre que, mais uma vez, afeta o baixo consumo de energia
- Tempo limite de supervisão é o tempo limite entre dois pacotes de dados recebidos antes que a conexão seja perdida.
A estrutura Bluetooth Low Energy também contribui para o baixo consumo de energia . O menor pacote transmitido pode ser de 80 bits com um tempo de transmissão de 80usec. O pacote mais longo pode ter 376 bits, com um tempo de transmissão de cerca de 0,3 mSec. Estes são muito importantes para dispositivos BLE de modo único.
Para gerenciar o consumo de energia e manter os projetos herdados, foram desenvolvidos os padrões Bluetooth 4.0. O Bluetooth 4.0 efetivamente possui dois modos, único e duplo. O modo único suporta dispositivo escravo de baixa potência usando o padrão mais conhecido como BLE. O modo dual, como se pode imaginar, é compatível com Bluetooth BR / EDR e BLE.
Outra opção de economia de energia são as listas brancas. Isso permite que a camada de link filtre anunciantes, iniciadores e scanners.
Portanto, a tecnologia BLE varre apenas 3 canais de publicidade que o bluetooth precisa escanear 32 canais. Isso representa cerca de 0,6 a 1,2 ms do tempo de descoberta para o BLE, em oposição a 22,5 ms do tempo de descoberta para o Bluetooth, isso é a economia de energia para o BLE.
Os dispositivos BLE de 3 ms também podem digitalizar, conectar, enviar dados, confirmar validar a recepção e terminar onde o Bluetooth leva mais de 100 ms para realizar as mesmas tarefas.
Além disso, os pacotes BLE são muito mais curtos que os pacotes de dados clássicos do Bluetooth, o que também contribui para economia de energia.
Para concluir esta resposta abaixo, estão as medidas de escopo dos eventos de conexão e o consumo de energia relacionado à baixa energia do bluetooth, que foram feitos em uma TI CC2541.
Referências
