電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))BLE多連接技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景中其實(shí)有很多應(yīng)用，例如在電表中，藍(lán)牙支持多主多從的工作模式，能被采集器、自動(dòng)化終端設(shè)備、手持設(shè)備主機(jī)連接的同時(shí)，與多個(gè)從機(jī)(外置負(fù)荷開(kāi)關(guān)、報(bào)警裝置、各類傳感器)建立并發(fā)數(shù)據(jù)連接。這只是其中一個(gè)用例，在運(yùn)動(dòng)器械、冷鏈系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)等等應(yīng)用中都有很多BLE多連接技術(shù)的應(yīng)用。

BLE多連接網(wǎng)絡(luò)與其他多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)比

BLE多連接與BLE Mesh

可以先對(duì)比一下二者的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BLE多連接是星型網(wǎng)絡(luò)，中心節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)和主節(jié)點(diǎn)以及從節(jié)點(diǎn)連接，當(dāng)然也能夠和別的中心節(jié)點(diǎn)連接。BLE Mesh的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)更冗雜一些，普通節(jié)點(diǎn)、低功耗節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)等等。BLE Mesh主要通過(guò)廣播和掃描傳輸，對(duì)于一些不支持Mseh的設(shè)備也能通過(guò)代理的方式連接。

(BLE多連接與BLE Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ST)

對(duì)于短距離無(wú)線通信領(lǐng)域的低功耗，我們這里是不考慮各家芯片公司的實(shí)際工藝來(lái)做對(duì)比，有的做法是通過(guò)固定時(shí)序來(lái)降低功耗，有的做法是通過(guò)其他節(jié)點(diǎn)幫忙緩存消息來(lái)降低功耗。從功耗上看，BLE多連接不管是主節(jié)點(diǎn)還是從節(jié)點(diǎn)都可以做到很低的功耗，相對(duì)來(lái)說(shuō)BLE Mesh主要在低功耗節(jié)點(diǎn)才會(huì)有相對(duì)低一些的功耗，其他節(jié)點(diǎn)的功耗表現(xiàn)則比較一般。

多連接在功耗這塊能做得比較低，本質(zhì)原因是BLE數(shù)據(jù)傳輸基于固定周期時(shí)序的連接事件，Mesh則是傳統(tǒng)的廣播機(jī)制，喚醒時(shí)間的降低意味著功耗能維持在很好的水平。這種傳輸模式也決定了BLE多連接的傳輸速率可以很快，相對(duì)來(lái)說(shuō)Mesh就較低。但是，在對(duì)于8個(gè)字節(jié)以內(nèi)的響應(yīng)速度，Mesh還是很快的，這是與BLE多連接不同的地方。不管是8字節(jié)以內(nèi)的響應(yīng)速率還是100字節(jié)以上的響應(yīng)速率，BLE多連接都取決于連接間隔，對(duì)數(shù)據(jù)包大小相對(duì)并不太敏感。

對(duì)于單個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)，從協(xié)議棧的角度來(lái)看并沒(méi)有限制連接個(gè)數(shù)，Mesh能夠較為輕易地組建數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，BLE雖然沒(méi)有協(xié)議棧上的限制，但是考慮到其他制約因素(諸如速率)，目前市面上最多是有128個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的單級(jí)通信距離，如果芯片本身支持long range，可以使用long range提升通信距離。

BLE多連接與ZigBee(2.4G)

ZigBee的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分三種，終端節(jié)點(diǎn)的功耗同樣屬于比較低一類，對(duì)比BLE多連接高一點(diǎn)而已。這里補(bǔ)充一下的是，ZigBee只有在終端節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)功耗較低，這與BLE多連接在中心節(jié)點(diǎn)同樣能實(shí)現(xiàn)低功耗是不太一樣的。傳輸速率和響應(yīng)速率二者差不多，差別不是很明顯。相比于BLE多連接，ZigBee的節(jié)點(diǎn)數(shù)會(huì)多很多(但是沒(méi)有Mesh那么多)。通信距離上，ZigBee可以通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的通信距離。

對(duì)比這三種多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)吞吐量上BLE多連接有很明顯的優(yōu)勢(shì)，而且功耗也是三者中最低的，它不僅在終端節(jié)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)低功耗，在中心節(jié)點(diǎn)上同樣能實(shí)現(xiàn)低功耗。BLE多連接相對(duì)弱勢(shì)的地方在于目前其節(jié)點(diǎn)規(guī)模較少，互聯(lián)互通的生態(tài)要差一些。從芯片成本上來(lái)看，BLE多連接與Mesh差不多，比ZigBee更容易讓人接受。

BLE多連接的多重訪問(wèn)與時(shí)基

在BLE時(shí)基上有幾個(gè)主要的BLE時(shí)間，廣播間隔單位為0.625ms，連接間隔單位為1.25ms，掃描窗口與間隔為0.625ms。BLE多連接能夠?qū)崿F(xiàn)的通信是很快的，在3通道廣播31字節(jié)的數(shù)據(jù)中，目前最快能在2.7ms內(nèi)就完成(BlueNRG系列芯片)。

BLE多連接在信道上有40個(gè)物理信道，分為3個(gè)廣播通道和37個(gè)數(shù)據(jù)通道。在無(wú)線通信的同一個(gè)RF覆蓋的物理區(qū)域內(nèi)，共同擁有的資源有時(shí)間和頻率。先進(jìn)的設(shè)備可能能同時(shí)連接或同步到多個(gè)物理通道，但是通常來(lái)說(shuō)，BLE多連接只使用一個(gè)信道，實(shí)現(xiàn)多重訪問(wèn)的方案有兩種，TDMA和FDMA?；赥DMA，BLE多連接設(shè)備能同時(shí)存在于多個(gè)piconests中。

BLE多連接到底能連接多少個(gè)設(shè)備呢，上面說(shuō)過(guò)理論上是128個(gè)，但是實(shí)際使用時(shí)受制于RAM資源、應(yīng)用速率以及響應(yīng)速度的需求，大概在50個(gè)節(jié)點(diǎn)左右(連接間隔在350ms時(shí))。

小結(jié)

在BLE多連接應(yīng)用上，關(guān)鍵參數(shù)的權(quán)衡是必不可少的。首先連接個(gè)數(shù)是要先考慮的，每增加一個(gè)連接就需要更多RAM;另外在廣播參數(shù)、連接參數(shù)上盡可能選擇同一倍周期;PHY層的選用也需要考慮速率以及通信距離;另外，如果RAM資源不夠，可以考慮選用協(xié)處理器的模式進(jìn)行BLE多連接。

原文標(biāo)題：BLE多連接技術(shù)對(duì)比與應(yīng)用

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審核編輯：湯梓紅