为什么蓝牙5.4很有趣？

它解决了之前蓝牙版本无法解决的一对多的场景。新应用: ESL – 电子货架标签 (service+profile)。不仅限于ESL: 它也是工业应用的理想选择 (比如：传感器读取网络)，其他广泛的应用， 适用于AP网关 + 低功耗标签系统

它是灵活， 可扩展， 低功耗， 优雅， 相对简单

它适用于超低功耗应用场景

它能够运行在量产的nRF52 & nRF53 SoC

它仅仅支持nRF Connect SDK开发, 仅支持Nordic SoftDevice Controller

一对多使用案例

如何使用同一个API处理100/1000/10000个 设备?

目标:

星型网络 (假设设备都是可达的)

超低功耗设备

低接口 (先听再说 - 轮询机制)

所有节点以某种方式同步 (避免混乱)

双向通信 & 相对低延迟

可能方案一：

可能方案 (BT 5.0)

所有的tag都扫描(low noise),

AP正在广播: AP携带它想要链接的扫描者的MAC地址，仅仅指定的tag能够跟AP创建链接

问题：

扫描标签不是低功耗. 标签不知道，下一条期待的信息什么时候发送 (无法同步)

网关不知道tag的状态 (tag无应答)

可能方案二：

可能方案 (BT 5.0)

周期性广播 (数据信道)

网关是周期性广播者; Tags是扫描者

网关在ble数据信道发送同步广播包序列

所有的tags被同步到周期性广播 ，同时监听非常短的时间 - 低功耗

问题：

Tags无法应答给网关

它们都属于同一个“组”，因为它们监听同一个同步数据包：这限制了您可以寻址的标签 数量

未优化：例如，采用 2 秒 PA 间隔，接入点只能每 2 秒与标签进行通信！ 大多数时候它什么也不做！

Bluetooth 5.4 - PAwR

PAwR 概念：

广播者在数据通道中发送一串同步数据包(与PA相同)

新功能: 它引入了子事件: 更多同步数据包，更高效，它能处理分为不同组的更多标签

数据包： 能是任意的同步包或者链接请求包 v2版本

Scanner (Tag) 能决定至少同步一个子事件

新功能：扫描者能发送应答包给广播者

让我们放大看：

PAwR-Response Slot：

一对多使用案例：

一对多用例的 PAwR

网关是一个周期性广播者; Tags是周期性扫描者

标签被分成多个组，每个组被同步到特定的子事件

Tags能在应答时隙里面发送应答包 (应用程序逻辑确保它们不会重叠)

专业性:

轮询机制 ，低噪声&双向通信

可以寻址数千个标签（在 ESL 中：最大为 255x128）

所有标签都同步到AP——“彼此了解”

低功耗（标签监听时间较短；如果不需要发送响应，可以立即进入睡眠状态）

任何时候，AP都可以与任意标签建立GATT连接

快速、灵活、可扩展：2Mbps，响应时隙为0.625ms； （最多 255 个响应槽；通常 对于 ESL：3-10）； 还提供 1Mbps 和编码 PHY

缺点:

与专有技术相比，用于标签/网关的 BLE 协议栈更大

选择时序时，需要考虑的许多权衡（设备数量、延迟、功耗等）

复杂的接入点,且未由 BT Sig 完全定义

电池寿命计算

需要电池寿命为五年的设备的能耗计算示例：

使用带有 PAwR 的 LE 1M PHY，传输速率为每秒 1,000,000 比特。假设广播间隔为 1.6 秒。假设观察者设备在该间隔内同步到一个子事件。典型的数据包大小约为 300 比特，这就要求接收器每 1600000 微秒活动 300 微秒。

157,680,000（五年内的秒数）/ 1.6 秒 * 0.000300 秒 = 五年内接收器活动 29,565 秒。这相当于接收器活动在五年内消耗了 8 个多小时的能量。蓝牙接收器活动的典型电流消耗量为 10 mAh（RX 峰值电流 10ma*1 小时），Nordic 会更低。因此，在这种情况下，大约 80（10mah * 8 小时） 毫安）。典型的纽扣电池容量为 150 mAh。

超低功耗 （扫描空同步包– 电流配置文件示例）：

PAwR 解决了一对多的使用场景，优势：

TAG大部分时间处于休眠状态，低噪声+低功耗

TAG 与 AP 同步，并且可以发送带有有效负载的响应

AP 和标签相互了解（AP 可以轮询每个标签的状态，无需GATT连接），任何时候，AP都可以与任意标签建立GATT连接

快速、灵活且可扩展：2Mbps时，响应时隙为0.625ms；（最多 255 个响应槽；通常对于 ESL：3-10）； 还提供 1Mbps 和编码 PHY

Note：TAG（应用程序级别）决定同步哪个子事件以及使用哪个响应槽进行回复（如果要回复）

我们需要一些应用程序逻辑！ 例如 ESL简介/服务

PAwR主要的应用场景

ESL已经把PAwR标准化，电子货架标签 (ESL) 和数字标牌的应用场景：零售、办公室、仓库物流、摄影、农业。

其他适用PAwR场景：大型传感器网络、智能锁、餐厅寻呼系统、教室应答系统。

审核编辑 黄宇