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蓝牙BLE

news 来源：原创 2025/4/29 6:13:14

1、简介

蓝牙BR/EDR和BLE是蓝牙技术的两个重要分支，它们各自具有独特的特点和应用场景。

1.1、蓝牙BR/EDR

蓝牙BR（Basic Rate）
定义：蓝牙技术的首个开发版本，采用高斯频移键控（GFSK）调制技术，在2.4 GHz ISM频段传输数据。
特点：低成本、低功耗，但数据传输速度较慢（最高0.7 Mbps）。
蓝牙EDR（Enhanced Data Rate）
定义：蓝牙BR的增强版，引入QDPSK和8DPSK调制技术以提高数据传输速率。
特点：数据传输速度比蓝牙BR快2-3倍（最高2-3 Mbps）。

1.2、双模设备

双模设备：同时支持BR/EDR和BLE

1.3、蓝牙BLE（Bluetooth Low Energy）

蓝牙BLE（Bluetooth Low Energy）是蓝牙4.0规范中引入的一种低功耗无线通信模式，旨在通过优化措施降低功耗，延长设备电池寿命。

1.3.1、特点

低功耗：通过减少广播频段、缩短射频开启时间、引入深度睡眠模式等策略，BLE设备在传输数据时能耗极低。
长续航：低功耗特性使得BLE设备能够使用小型纽扣电池运行数月甚至数年。
适用于近距离通信：传输距离相对较短，但足以满足大多数近距离通信需求。
快速连接与断开：支持快速建立连接和断开连接的机制，适用于即时通信场景。
简化的协议栈：降低了开发成本和复杂性，提高了设备的兼容性和互操作性。
广泛的应用场景：在物联网、健康监测、智能家居、运动跟踪等领域得到广泛应用。

1.3.2、广播与扫描

BLE支持广播和扫描机制，这是其通信的基础。设备可以通过广播发送数据，其他设备则通过扫描来发现附近的BLE设备，并可能进一步建立连接。这种机制使得BLE设备能够在没有建立连接的情况下进行通信和数据交换，特别适用于那些对功耗要求较高且数据量不大的应用场景。

广播包：BLE广播包主要用于无连接的数据传输。广播包只能在特定的广播信道（37、38、39信道）上传输，其Access Address固定为0x8E89BED6。广播包发送给附近所有的扫描者，用于宣告设备的存在、服务信息或特征值等。
扫描响应包：在广播过程中，BLE设备还可以发送扫描响应包，以提供额外的信息，如设备名称、服务UUID等。扫描响应包是在扫描请求之后发送的，其长度同样有限制，但可以与广播包一起提供更丰富的数据。

1.3.3、多种广播模式

BLE广播支持多种模式，以满足不同场景下的通信需求。

可连接模式（Connectable）：允许其他设备通过建立连接与广播设备进行通信。最常见的广播类型是“可连接的非定向广播”（ADV_IND），它可以被任何设备扫描并连接。
非可连接模式（Non-connectable）：只用于广播信息，不接受连接请求。例如，“不可连接的非定向广播”（ADV_NONCONN_IND）就不能被扫描设备连接，但可以用于发送广播数据。
可被扫描模式（Scannable）：允许其他设备扫描到广播设备，但不能直接建立连接。如“可扫描非定向广播”（ADV_SCAN_IND）可以被任何设备扫描，但不能被连接。

1.3.4、数据包格式

BLE的数据包格式确保了数据传输的完整性和可靠性，其基本结构包括前导序列、访问地址、PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）报头、PDU长度、PDU数据和CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）校验码。

前导序列（Preamble）：用于同步接收设备，通常为1字节的固定值。
访问地址（Access Address）：用于标识数据包，对于广播包，其Access Address固定为0x8E89BED6；对于连接后的数据包，则是一个由Initiator生成的32位随机值。
PDU：包含了实际传输的数据，其结构和长度取决于数据包的类型和用途。
CRC校验码：用于检测数据传输过程中的错误。

1.3.5、调制与频段

BLE使用与传统蓝牙相同的2.4 GHz ISM（Industrial, Scientific and Medical，工业、科学和医疗）频段，但采用了不同的调制方式（如高斯频移键控GFSK）来实现低功耗和长距离通信。BLE的物理层传输速率可达1Mbps，但在实际应用中，由于连接参数（如连接间隔和连接延迟）的限制，实际传输速率会低于这个值。BLE通过跳频技术（Adaptive Frequency Hopping，自适应频率跳变）来减少干扰并提高通信的可靠性。

即BLE和经典蓝牙使用了相同的频段(2.4Ghz)，但是调制方式不同。

蓝牙BR：GFSK调制，简单稳定，但速率慢。
蓝牙EDR：QDPSK和8DPSK调制，显著提高速率。
BLE: 高斯频移键控GFSK

1.4、核心优势

低功耗：通过一系列优化措施实现低功耗特性，延长设备电池寿命。
快速连接与断开：提供快速建立连接和断开连接的机制，适用于即时通信场景。
短距离通信：传输距离相对较短，但足以满足大多数近距离通信需求，有助于减少信号干扰和保证数据传输的安全性。
简化的协议栈：降低了开发成本和复杂性，提高了设备的兼容性和互操作性。
广泛的兼容性：几乎所有的现代智能设备都支持BLE连接，使得BLE设备能够轻松地与各种智能设备、智能手机、平板电脑以及物联网平台进行连接和通信。

1.5、LE2M（Long Range 2M）：

LE2M是BLE技术的一个扩展版本，它提供了比标准BLE更远的通信距离和更高的数据传输速率。通过优化传输功率和接收灵敏度，LE2M使得BLE设备能够在更远的距离内进行稳定通信，适用于需要较远距离通信但仍然要求低功耗的应用场景。

1.6、 BLE 5.0特点

传输速度与距离提升：BLE 5.0传输速度比前代提高了2倍，达到2Mbps，同时传输距离也提高了4倍，最远可达300米。
网状网络功能：支持mesh组网
位置服务增强：BLE 5.1版本增强了位置服务功能，包括方向查找（Direction Finding）技术，可以精确地确定蓝牙设备的方向和距离。这对于室内定位、导航和物品追踪等应用非常有用。
安全性提升：BLE 5.2及更高版本进一步优化了数据传输的安全性和稳定性。它们增加了数据加密功能、双向认证等机制，确保数据传输过程中的安全性和隐私保护。
其他功能优化：BLE 5.3等后续版本还引入了广播扩展、多信道传输等新技术，提高了设备被发现的概率和数据传输的效率和稳定性。同时，这些版本还进一步降低了功耗，使得设备的续航时间更长。