BLE多連接網(wǎng)絡(luò)與其他多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)對比

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李寧遠(yuǎn))BLE多連接技術(shù)在現(xiàn)實生活場景中其實有很多應(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、自動化終端設(shè)備、手持設(shè)備主機連接的同時，與多個從機(外置負(fù)荷開關(guān)、報警裝置、各類傳感器)建立并發(fā)數(shù)據(jù)連接。這只是其中一個用例，在運動器械、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)點網(wǎng)絡(luò)對比

BLE多連接與BLE Mesh

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

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

對于短距離無線通信領(lǐng)域的低功耗，我們這里是不考慮各家芯片公司的實際工藝來做對比，有的做法是通過固定時序來降低功耗，有的做法是通過其他節(jié)點幫忙緩存消息來降低功耗。從功耗上看，BLE多連接不管是主節(jié)點還是從節(jié)點都可以做到很低的功耗，相對來說BLE Mesh主要在低功耗節(jié)點才會有相對低一些的功耗，其他節(jié)點的功耗表現(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序的連接事件，Mesh則是傳統(tǒng)的廣播機制，喚醒時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，相對來說Mesh就較低。但是，在對于8個字節(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，對數(shù)據(jù)包大小相對并不太敏感。

對于單個信息網(wǎng)絡(luò)，從協(xié)議棧的角度來看并沒有限制連接個數(shù)，Mesh能夠較為輕易地組建數(shù)千個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，BLE雖然沒有協(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個節(jié)點數(shù)。對于節(jié)點與節(jié)點之間的單級通信距離，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)點的功耗同樣屬于比較低一類，對比BLE多連接高一點而已。這里補充一下的是，ZigBee只有在終端節(jié)點才能實現(xiàn)功耗較低，這與BLE多連接在中心節(jié)點同樣能實現(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)點數(shù)會多很多(但是沒有Mesh那么多)。通信距離上，ZigBee可以通過路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)較遠(yuǎn)的通信距離。

對比這三種多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)吞吐量上BLE多連接有很明顯的優(yōu)勢，而且功耗也是三者中最低的，它不僅在終端節(jié)點能實現(xiàn)低功耗，在中心節(jié)點上同樣能實現(xiàn)低功耗。BLE多連接相對弱勢的地方在于目前其節(jié)點規(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多連接的多重訪問與時基

在BLE時基上有幾個主要的BLE時間，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個物理信道，分為3個廣播通道和37個數(shù)據(jù)通道。在無線通信的同一個RF覆蓋的物理區(qū)域內(nèi)，共同擁有的資源有時間和頻率。先進(jìn)的設(shè)備可能能同時連接或同步到多個物理通道，但是通常來說，BLE多連接只使用一個信道，實現(xiàn)多重訪問的方案有兩種，TDMA和FDMA。基于TDMA，BLE多連接設(shè)備能同時存在于多個piconests中。

BLE多連接到底能連接多少個設(shè)備呢，上面說過理論上是128個，但是實際使用時受制于RAM資源、應(yīng)用速率以及響應(yīng)速度的需求，大概在50個節(jié)點左右(連接間隔在350ms時)。

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。首先連接個數(shù)是要先考慮的，每增加一個連接就需要更多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)對比與應(yīng)用

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審核編輯：湯梓紅