藍牙技術概述

說到藍牙技術的定義，可能知道它是一種短距離無線通信標準。而多年來，藍牙SIG已經(jīng)發(fā)布了各種版本的藍牙規(guī)范。事實上，保持所有不同的藍牙版本正常運行并非一件易事。以下是藍牙與藍牙低功耗的基礎知識：

什么是經(jīng)典藍牙？

最初的版本，即現(xiàn)今的經(jīng)典藍牙，是我們熟悉無線連接的基石。一般來說，經(jīng)典藍牙是指藍牙4.0之前可用的原始藍牙技術–基本速率(BR)、增強數(shù)據(jù)速率(EDR)和放大(AMP)。它在2.4GHz頻段運行超過79個通道，使電話和耳機等設備能夠形成個域網(wǎng)(PAN)，以短距離傳輸數(shù)據(jù)。

事實上，經(jīng)典藍牙并不是一個官方術語。它是對藍牙SIG定義的原始BR/EDR/AMP技術套件的便捷參考，展示了該技術的動態(tài)演變。此外，它最顯著的作用之一是，作為音頻設備與手機配對的關鍵。經(jīng)典藍牙對日常生活越來越重要，特別是隨著智能手機設備不帶耳機插孔的趨勢持續(xù)發(fā)展。通過經(jīng)典藍牙連接兩個設備的過程現(xiàn)在已是一項常見技能。

什么是低功耗藍牙？

作為藍牙4.0核心規(guī)范的一部分，低功耗藍牙(BLE)代表了藍牙生態(tài)系統(tǒng)中能效的巨大飛躍。BLE也稱為智能藍牙，與藍牙SIG共享相同的管理和監(jiān)督。其顯著特點在于其最低的功耗和節(jié)能的睡眠模式。因此，這使得BLE設備能夠使用小型紐扣電池長時間運行。

BLE與標準藍牙在相同的2.4GHz頻率范圍內(nèi)運行，但采用獨特的跳頻擴頻(FHSS)方案。雖然BLE與其前身共享相同的無線電頻譜，但其運行數(shù)據(jù)速率約為其一半，從而在節(jié)能和有效通信范圍之間實現(xiàn)了平衡。

從本質(zhì)上講，低功耗藍牙不僅僅是經(jīng)典藍牙的簡化版本，而且是一種專門且高效的迭代，可滿足需要節(jié)能無線連接的一系列應用。

經(jīng)典藍牙與低功耗藍牙：逐個功能比較

以上介紹了藍牙與低功耗藍牙的基礎知識，下面就來比較經(jīng)典藍牙和低功耗藍牙之間的一些關鍵技術差異：

電池消耗

雖然與其他無線標準相比，經(jīng)典藍牙非常節(jié)能，但BLE則進一步降低了功耗。經(jīng)典藍牙具有更高的功率要求，而低功耗藍牙可以僅依靠單個紐扣電池運行數(shù)年。對于需要持續(xù)低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應用，BLE顯然勝出。

數(shù)據(jù)傳輸率

經(jīng)典藍牙的最大數(shù)據(jù)速率約為3Mbps，而低功耗藍牙的最高數(shù)據(jù)速率約為1Mbps。然而，BLE的較低速率足以定期傳輸少量數(shù)據(jù)，這是常見的物聯(lián)網(wǎng)用例。經(jīng)典藍牙的更高吞吐量是以更高功耗為代價的。

延遲

延遲是指數(shù)據(jù)包傳輸成功所需的時間延遲。與經(jīng)典藍牙的100毫秒相比，低功耗藍牙實際上實現(xiàn)了約6毫秒的較低延遲時間。因此，BLE可以實現(xiàn)響應速度更快的設備通信，這對于實時物聯(lián)網(wǎng)應用至關重要。

范圍

藍牙5.0大大增加了藍牙的最大范圍，達到約800英尺或240米。但實際上，經(jīng)典藍牙的典型可靠范圍保持在30m左右，低功耗藍牙的典型可靠范圍保持在50m左右。在室外視線范圍內(nèi)，BLE最佳范圍可達150m。盡管藍牙5.0有所改進，但范圍取決于天線設計和傳輸功率，而不是核心技術本身之間的差異。

拓撲結構

拓撲是指設備如何在網(wǎng)絡內(nèi)連接和通信。經(jīng)典藍牙使用簡單的點對點拓撲，其中兩個設備直接通信。低功耗藍牙支持點對點以及星型拓撲，其中許多設備與中央主設備進行通信。此外，BLE還提供從一臺設備到多臺設備的廣播以及藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡。藍牙LE中的額外拓撲選項使其網(wǎng)絡架構更加靈活和可擴展，適合物聯(lián)網(wǎng)實施。

經(jīng)典藍牙和BLE的優(yōu)缺點

由于藍牙已經(jīng)多樣化為滿足不同需求的標準，因此了解它們各自的優(yōu)勢和局限性非常重要?，F(xiàn)在讓我們總結一下LE藍牙與經(jīng)典藍牙的一些主要優(yōu)點和局限性：

經(jīng)典藍牙的優(yōu)點

• 更高的吞吐量：經(jīng)典藍牙具有約3Mbps的更高數(shù)據(jù)傳輸速率，可快速傳輸大文件（如音頻流）。
• 向后兼容性：經(jīng)典藍牙保持與傳統(tǒng)設備的向后兼容性，保持與舊配件的連接。
• 成熟的技術：作為歷史悠久的標準，經(jīng)典藍牙受益于數(shù)十年的完善和廣泛的兼容性。

經(jīng)典藍牙的缺點

• 高功耗：由于傳輸和發(fā)現(xiàn)過程中的高功率需求，藍牙設備的電池壽命很快就會耗盡。
• 連接速度慢：經(jīng)典藍牙的延遲約為100毫秒，對于需要快速來回通信的應用來說比較滯后。
• 有限的拓撲和連接：經(jīng)典藍牙僅提供簡單的點對點拓撲，并將從屬連接限制為7個設備。

低功耗藍牙的優(yōu)點

• 低功耗：只需一塊小電池即可持續(xù)使用數(shù)月或數(shù)年，非常適合物聯(lián)網(wǎng)設備。
• 優(yōu)化延遲：延遲低至6毫秒，可實現(xiàn)響應靈敏的控制應用。
• 低成本：芯片組和組件的低成本使BLE設備成本非常低。

低功耗藍牙的缺點

• 較低的數(shù)據(jù)速率：最大數(shù)據(jù)速率約為1-2Mbps，不適合高帶寬通信，并且遠低于WiFi/蜂窩網(wǎng)絡。
• 有限范圍：即使在視線范圍內(nèi)，典型覆蓋范圍也低于200m。
• 環(huán)境影響：墻壁或身體等障礙物會降低性能。

藍牙與低功耗藍牙：不同的用例

經(jīng)典藍牙和低功耗藍牙根據(jù)其功能適合不同的應用。正如前所探討的，經(jīng)典藍牙最常用于無線耳機和揚聲器等音頻設備，以及設備之間的文件傳輸。事實上，它是供普通消費者直接使用的，可以輕松購買和使用這些藍牙設備。

相比之下，BLE針對商用物聯(lián)網(wǎng)設備進行了優(yōu)化，因為其具有低功耗周期性數(shù)據(jù)收集的效率。雖然BLE也用于個人設備，如專注于數(shù)據(jù)收集的健身追蹤器，但其在醫(yī)療保健監(jiān)視器和工業(yè)環(huán)境中大量使用，用于位置服務和狀態(tài)監(jiān)測。BLE的低功耗和高效率，使其成為涉及頻繁小數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)用例的理想選擇。

考慮到上述比較，以下是經(jīng)典藍牙與低功耗藍牙的不同用例：

常見的經(jīng)典藍牙用例包括：

• 流媒體音樂無線耳機和音箱
• 連接無線鍵盤、鼠標和打印機
• 車內(nèi)免提通話
• 設備間文件傳輸
• 通過網(wǎng)絡共享提供互聯(lián)網(wǎng)連接

低功耗藍牙針對收集少量傳感器數(shù)據(jù)的緊湊型物聯(lián)網(wǎng)設備進行了優(yōu)化。常見的BLE用例包括：

• 連接可穿戴健身追蹤器，監(jiān)測步數(shù)，心率等
• 智能家居傳感器，用于溫度、運動等
• 位置信標提供鄰近服務
• 用于狀態(tài)監(jiān)測的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡
• 需要低功耗的醫(yī)療保健設備，例如血糖監(jiān)測儀
• 檢測附近公共汽車/火車的公共交通應用

總結

總之，藍牙技術在未來將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，通過不斷創(chuàng)新和進步，為各種領域的應用提供更加便捷、高效的無線連接方案，推動數(shù)字化、智能化進程的發(fā)展。