BLE多连接技术对比与应用

BLE多连接技术在现实生活场景中其实有很多应用，例如在电表中，蓝牙支持多主多从的工作模式，能被采集器、自动化终端设备、手持设备主机连接的同时，与多个从机（外置负荷开关、报警装置、各类传感器）建立并发数据连接。这只是其中一个用例，在运动器械、冷链系统、中央控制系统等等应用中都有很多BLE多连接技术的应用。
 
BLE多连接网络与其他多节点网络对比
 
BLE多连接与BLE Mesh
 
可以先对比一下二者的拓扑结构。BLE多连接是星型网络，中心节点可以同时和主节点以及从节点连接，当然也能够和别的中心节点连接。BLE Mesh的拓扑结构相对来说更冗杂一些，普通节点、低功耗节点、中继节点等等。BLE Mesh主要通过广播和扫描传输，对于一些不支持Mseh的设备也能通过代理的方式连接。
 

（BLE多连接与BLE Mesh拓扑结构，ST）

 
对于短距离无线通信领域的低功耗，我们这里是不考虑各家芯片公司的实际工艺来做对比，有的做法是通过固定时序来降低功耗，有的做法是通过其他节点帮忙缓存消息来降低功耗。从功耗上看，BLE多连接不管是主节点还是从节点都可以做到很低的功耗，相对来说BLE Mesh主要在低功耗节点才会有相对低一些的功耗，其他节点的功耗表现则比较一般。
 
多连接在功耗这块能做得比较低，本质原因是BLE数据传输基于固定周期时序的连接事件，Mesh则是传统的广播机制，唤醒时间的降低意味着功耗能维持在很好的水平。这种传输模式也决定了BLE多连接的传输速率可以很快，相对来说Mesh就较低。但是，在对于8个字节以内的响应速度，Mesh还是很快的，这是与BLE多连接不同的地方。不管是8字节以内的响应速率还是100字节以上的响应速率，BLE多连接都取决于连接间隔，对数据包大小相对并不太敏感。
 
对于单个信息网络，从协议栈的角度来看并没有限制连接个数，Mesh能够较为轻易地组建数千个节点网络，BLE虽然没有协议栈上的限制，但是考虑到其他制约因素（诸如速率），目前市面上最多是有128个节点数。对于节点与节点之间的单级通信距离，如果芯片本身支持long range，可以使用long range提升通信距离。
 
BLE多连接与ZigBee（2.4G）
 
ZigBee的拓扑结构分三种，终端节点的功耗同样属于比较低一类，对比BLE多连接高一点而已。这里补充一下的是，ZigBee只有在终端节点才能实现功耗较低，这与BLE多连接在中心节点同样能实现低功耗是不太一样的。传输速率和响应速率二者差不多，差别不是很明显。相比于BLE多连接，ZigBee的节点数会多很多（但是没有Mesh那么多）。通信距离上，ZigBee可以通过路由节点转发实现较远的通信距离。
 
对比这三种多节点网络，数据吞吐量上BLE多连接有很明显的优势，而且功耗也是三者中最低的，它不仅在终端节点能实现低功耗，在中心节点上同样能实现低功耗。BLE多连接相对弱势的地方在于目前其节点规模较少，互联互通的生态要差一些。从芯片成本上来看，BLE多连接与Mesh差不多，比ZigBee更容易让人接受。
 
BLE多连接的多重访问与时基
 
在BLE时基上有几个主要的BLE时间，广播间隔单位为0.625ms，连接间隔单位为1.25ms，扫描窗口与间隔为0.625ms。BLE多连接能够实现的通信是很快的，在3通道广播31字节的数据中，目前最快能在2.7ms内就完成（BlueNRG系列芯片）。
 
BLE多连接在信道上有40个物理信道，分为3个广播通道和37个数据通道。在无线通信的同一个RF覆盖的物理区域内，共同拥有的资源有时间和频率。先进的设备可能能同时连接或同步到多个物理通道，但是通常来说，BLE多连接只使用一个信道，实现多重访问的方案有两种，TDMA和FDMA。基于TDMA，BLE多连接设备能同时存在于多个piconests中。
 
BLE多连接到底能连接多少个设备呢，上面说过理论上是128个，但是实际使用时受制于RAM资源、应用速率以及响应速度的需求，大概在50个节点左右（连接间隔在350ms时）。
 

 

（BlueNRG，ST）

 
小结
 
在BLE多连接应用上，关键参数的权衡是必不可少的。首先连接个数是要先考虑的，每增加一个连接就需要更多RAM；另外在广播参数、连接参数上尽可能选择同一倍周期；PHY层的选用也需要考虑速率以及通信距离；另外，如果RAM资源不够，可以考虑选用协处理器的模式进行BLE多连接。