2021 年 7 月，藍牙特別興趣小組 (SIG) 發(fā)布了藍牙 5.3 版，開(kāi)發(fā)人員可以擁有更多的靈活性和配置選項。隨著(zhù)此版本的發(fā)布，藍牙®低功耗（BLE）的三個(gè)更新可以提高性能、降低功耗和減少設備的延遲，這些改進(jìn)與各種低功耗藍牙應用和設備相關(guān)。

以下就深入了解這三個(gè)變化的細節和潛在應用。

No. 1 Connection subrating 提高響應能力

藍牙設備可以為連接間隔設置不同的持續時(shí)間，即設備在持續連接事件之間等待的時(shí)間。較長(cháng)的連接間隔可以節省功耗，而較短的連接間隔則響應速度更快，并且可以在給定的時(shí)間內發(fā)送更多的數據。

更改連接間隔會(huì )引入延遲。實(shí)際上，當設備想要更改連接間隔時(shí)，至少需要六個(gè)連接事件來(lái)協(xié)商該更改，如圖 1 所示。

圖 1 - 更改連接間隔時(shí)的延遲

當連接間隔因外部變化而從長(cháng)變?yōu)槎虝r(shí)，這六個(gè)事件占用的時(shí)間可能會(huì )成為問(wèn)題。例如，如果需要六個(gè)連接事件才能將連接間隔從 1 秒更改為 10 毫秒，那么用戶(hù)將必須等待 6 秒才能實(shí)現更改。

如果這種情況發(fā)生在對時(shí)間敏感的應用程序中，比如簡(jiǎn)短的傳感器讀數，那么延遲可能是無(wú)法容忍的。但是，通過(guò)分等級連接，用戶(hù)可以減少從長(cháng)連接間隔變?yōu)槎踢B接間隔所需的等待時(shí)間。這是通過(guò)告訴中央和外圍設備跳過(guò)連接事件來(lái)實(shí)現的，具體取決于數據是否在最近的連接事件中發(fā)送。

要使用子速率連接，用戶(hù)必須指定兩個(gè)參數：子速率因子subrate factor和延續數continuation number。子速率因子等于已使用連接事件之間未使用連接事件的數量。如圖 2 所示，無(wú)論是否有數據要傳輸，每個(gè)子速率因子都必須使用一個(gè)連接事件。

圖 2 - 子速率因子告訴設備何時(shí)跳過(guò)連接事件

延續數等于設備在非空連接事件（在設備之間傳輸數據的連接事件）之后必須響應的后續連接數。請記住，并非所有連接事件都會(huì )傳輸數據。有些僅用于保持設備之間的連接。

在圖 3 中，延續數為 1。請注意，在非空連接事件 (5) 之后，連接如何繼續處理，直到空連接事件 (8)，之后它們在下一個(gè)子分級連接事件 ( 10）。

圖 3 – 連續編號表述連接不要跳過(guò) 6 和 7

這減少了與更改連接間隔相關(guān)的延遲，因為它不再需要設備之間的協(xié)商。它現在可以為每個(gè)連接事件動(dòng)態(tài)執行。

No. 2 中央和外圍設備的通道分類(lèi)提高了可靠性

藍牙® 協(xié)議將 2.4 GHz 頻帶分解為更小的 2 MHz 通道，設備在通信時(shí)會(huì )跨越這些通道。使用這種擴頻策略可以減少數據包沖突和工業(yè)、科學(xué)和醫療無(wú)線(xiàn)電 (ISM) 頻段干擾，因為設備使用半隨機或有序序列頻繁更改信道。使用的這個(gè)通道序列稱(chēng)為通道映射。

以前，中央設備自己決定頻道映射。如圖 4 所示，它將掃描 2.4 GHz 頻段中的不同信道，以告知哪些信道可用于流量。流量較多的信道將被排除，以降低數據包沖突的可能性。

圖 4 – 在通道分類(lèi)增強之前，中央設備單獨設置通道映射

由于中央設備決定了優(yōu)先級，因此外圍設備對使用哪些通道沒(méi)有發(fā)言權。由于藍牙設備可以在越來(lái)越遠的距離上進(jìn)行通信，外圍設備和中央設備的信道條件可能會(huì )有所不同。如果信道圖包含的信道似乎對中心位置沒(méi)有明顯干擾，但對外圍位置有明顯干擾，則這種差異會(huì )成為問(wèn)題，如圖 5 所示。

圖 5 - 在通道分類(lèi)增強之前，通道 2 對外圍設備有噪聲，但中央設備不知道并將其包含在通道映射中

隨著(zhù)將編碼 PHY 引入BLE，BLE 連接可以覆蓋的距離急劇增加。以電子貨架標簽為例。只有中心設備由于標簽被放置在整個(gè)零售空間中，因此控制頻譜空間的意義不大。從一個(gè)外圍設備的位置到另一個(gè)位置，通道條件可能會(huì )有很大差異，但這些都不會(huì )反映在通道映射中，通道映射是由中央單獨設置的。

借助新的通道分類(lèi)增強功能，外圍設備可以將其通道分類(lèi)報告給中央設備，以影響外圍設備和中央設備之間連接中使用的通道映射。這通過(guò)確保在設置信道映射時(shí)考慮到兩個(gè)設備的環(huán)境條件，降低了當任一設備在擁塞環(huán)境中運行丟失數據包的風(fēng)險。

圖 6 – 通過(guò)通道分類(lèi)增強，外圍設備可以從通道中拒絕干擾的通道 2

No. 3 周期性廣告功能增強省電

使用周期性廣告的BLE設備通常會(huì )多次發(fā)送信息，以增加傳輸的多樣性并提高掃描設備正確解碼的可能性。因此，偵聽(tīng)器設備可能會(huì )接收到同一分組的多個(gè)副本，并且會(huì )浪費功率多次解碼同一信息。

現在，在周期性廣告中，發(fā)送設備可以在它們發(fā)送的數據包中包含一個(gè)AdvDataInfo 字段，以允許接收設備檢查它們之前是否已經(jīng)收到過(guò)這個(gè)數據包。如果是這樣，設備將停止接收，從而節省無(wú)線(xiàn)電的功耗。這種做法還可以讓設備避免將冗余數據包傳遞給主機。通過(guò)過(guò)濾傳遞給主機的內容，低功耗設備可以通過(guò)忽略冗余數據包來(lái)節省更多能源。

這對于偵聽(tīng)BLE 信標（如資產(chǎn)跟蹤標簽）的電池供電的BLE 設備特別有用。他們希望將功耗降低到盡可能低以保持電池壽命，因此他們不能浪費電力來(lái)處理冗余信息。通過(guò)此更新，他們將能夠實(shí)現比以前更好的能源效率。

圖 7 - 第一個(gè)數據包得到處理


圖 8 - 第二個(gè)數據包被拒絕

作為藍牙 SIG 的成員，TI 一直倡導客戶(hù)的利益，并擁有一個(gè)獨特的優(yōu)勢來(lái)幫助我們保持領(lǐng)先于創(chuàng )新。憑借我們的產(chǎn)品和專(zhuān)業(yè)知識，我們可以幫助您最大限度地利用低功耗藍牙的優(yōu)勢，包括：

提高響應能力，同時(shí)通過(guò)連接子系統保持低功耗。
通過(guò)為外圍設備提供影響通道映射的選項來(lái)提高可靠性。
通過(guò)忽略冗余消息來(lái)降低功耗。