如何實現低功耗藍牙技術的低功耗?

1. 快速連接的實現

低功耗藍牙的機制和理念在于連接是瞬態實現的，需要發送命令或傳送狀態時，可以極快的建立連接，完成后迅速斷開連接。

通過連接機制的改善，低功耗藍牙下的設備連接建立過程已可控制在 3 ms 內完成，幾乎瞬間即可完成，并以數毫秒的傳輸速度完成經認可的數據傳遞后并立即關閉連結。而傳統藍牙協議下，即使只是建立鏈路層連接都需要花費100 ms，建立 L2CAP (邏輯鏈路控制與適應協議)層的連接建立時間則更長，通常需要幾秒鐘的時間。

快速連接對于許多低功耗設備而言是一個極大的福音，可以顯著大幅度降低功耗，并大大降低低功耗產品開發的門檻。甚至于在一些特定的應用場景，可以無需電池供電，而采用能量回收的方式提供能量。(能量回收是近年來出現的為低功耗設備提供供電的方式，包括光能，機械能，以及溫差等)。

按照傳統藍牙協議規范，若某一藍牙設備正在進行廣播，則它不會響應當前正在進行的設備掃描。低功耗藍牙協議規范允許正在進行廣播的設備連接到正在掃描的設備上，這就有效避免了重復掃描。

2.待機功耗的減少

傳統藍牙設備的待機耗電量大一直是為人所詬病的缺陷之一，這與傳統藍牙技術采用 16～32 個頻道進行廣播不無關系，而低功耗藍牙僅使用 3 個廣播通道，且每次廣播時射頻的開啟時間也由 22.5 ms 減少到 0.6～1.2ms，這兩個規范上的改變顯然大大降低了廣播數據導致的功耗。

此外低功耗藍牙設計了用 深度睡眠狀態 來替換傳統藍牙的空閑狀態，因此這樣的設計也節省了最多的能源。

在深度睡眠狀態下，協議也針對此通訊模式進行了優化，數據發送間隔時間也增加到 0.5～4 s，傳感器類應用程序發送的數據量較平常要少很多，而且所有連接均采用先進的嗅探性 (Sniff-Subrating)功能模式，因此此時的射頻能耗幾乎可以忽略不計，綜合以上因素，低功耗藍牙的待機功耗較傳統藍牙大大減少。

3.峰值功耗的降低

射頻物理層進行了低功耗設計優化，使得在發射和接收時的峰值電流與經典藍牙相比，大為降低。

調制方式傳統藍牙和低功耗藍牙都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調制。但是低功耗藍牙使用的調制系數為 0.5 (接近高斯最小頻移鍵控 GMSK 方案)，而傳統藍牙技術的調制系數為 0.35 。這種調制方式的變化有利于降低功耗和提高 BLE 的通信距離。

4.以時間來換取能量

時間的使用對于低功耗藍牙來說是實現低功耗的關鍵，由于無線電處于發射及接收狀態時對于能量的使用和消耗是較多的，因此通過以下幾個方面減少無線電部分的活動時間：

(1)高效率編碼

高效率的編碼方式可以用更少的時間發送同等數量的數據。

(2)短數據包格式

與經典藍牙相比，低功耗藍牙支持超短數據包(8～27Byte)，這使得發送時所需的時間更少。

(3)較快的發射和接收啟動時間

較快的啟動時間縮短發射和接收的等待時間。

(4)占用較少的資源

協議越復雜，相應占用的資源就會多，在同等情況下對于功耗的需要就會增加。低功耗藍牙僅采用一個協議來實現服務器發現，名稱發現，信息的讀取和寫入，這比采用多個協議的經典藍牙所需的開銷少得多，從而也對降低功耗作出了貢獻。

(5)非對稱架構的設計

低功耗藍牙在架構采用了非對稱設計，這對于低功耗來說是十分重要的，即從設備主要從事一些簡單的操作，而無需進行復雜的處理，這樣可以有效的降低功耗并降低成本;主設備端要負責加密，系統同步定時等復雜的操作及任務。

(6)客戶端-服務器架構

低功耗藍牙協議中采用了大家所熟知的客戶端-服務器架構，它是軟件系統體系結構，通過它可以充分利用兩端環境的優勢，將任務合理分配到客戶端和服務器端來實現，降低了系統的通信開銷。