蓝牙 LE 是一种专为超低功耗应用而设计的蓝牙协议。在本文中，我们将了解 BLE 如何成为一种节能的短距离无线连接技术。在详细了解 BLE 之前，我们首先了解一下通信协议。
　　什么是通信协议？
　　随着时间的推移，计算已经从独立系统发展到计算机连接形成网络（图 1）。

　　局域网 (LAN) 中连接的计算机的简化图。

　　图 1. 局域网 (LAN) 中连接的计算机的简化图。
　　通信网络支持共享计算，许多用户或终端可以访问同一计算机系统。在特定场景中，共享计算可以使一个中央系统能够处理主要的工作，并将其结果分发给缺乏这种能力的多个用户。
　　通信网络也用于分散计算，其中许多计算机可以作为对等体一起工作。这些网络有助于将数据从一点传输到另一点。例如，无论您使用什么设备阅读此网页，都可以无线连接到世界其他地方的 All About Circuits 服务器。从那里，信息从服务器转移到您的设备，以便您阅读本文。
　　需要注意的重要一点是，为了使网络中的不同设备有效地通信或共享数据，它们必须使用共同的语言。这就是通信协议发挥作用的地方。

　　协议的概述，它是允许不同设备进行通信的通用语言。

　　图 2.协议的概念视图，该协议是允许不同设备进行通信的通用语言。
　　通信协议是严格定义交换信息的设备的硬件和软件应如何执行每种通信功能的规则手册。
　　在通信协议（也称为规则手册）中，您会找到以下规则：
　　设备应如何识别自己
　　他们应该如何建立、维持和结束连接
　　他们可以发送什么样的数据，以及他们应该如何格式化它
　　他们如何确保数据被双方正确接收和理解
　　设备应使用什么调制和通道
　　设备应使用什么错误编码技术
　　应如何保护所交换的信息的安全
　　通信协议基于多种因素，包括要交换的信息的特征、通信媒介以及使用它的设备的功能。
　　从协议到标准
　　通信协议可以经过标准化过程成为标准。标准是商定的或广泛采用的协议，无论制造商如何，都必须遵守。它们允许生产相关产品的不同公司遵守相同的协议，以便他们的设备可以通信。
　　这就是为什么您可以将一家公司的蓝牙耳机连接到另一家公司的手机的原因。这些产品的制造商虽然不同，但都遵循标准化的通信协议，在本例中为蓝牙。
　　除了蓝牙之外，以下是其他一些流行的通信标准：
　　以太网
　　传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP)
　　无线上网
　　洛拉
　　蓝牙低功耗
　　到目前为止，您仅获得了有关 BLE 的提示。如您所见，低功耗蓝牙列在标准化通信协议下。那么，我们来谈谈这个吧。
　　什么是低功耗蓝牙？
　　蓝牙的是一种使用无线电波作为通信介质的短距离连接技术。该技术的个标准或规范称为经典蓝牙。它的主要目的是取代电线并在手机和其他便携式设备之间提供无线连接。
　　BLE 于 2010 年作为蓝牙 4.0 规范的一部分推出，针对超低功耗应用进行了优化。由于其在超低功耗应用中的使用，低功耗蓝牙可以服务于需要无线网络功能的电池供电设备市场。在蓝牙 LE 出现之前，这些类型的设备发现很难支持互连，因为它们消耗了太多的电池电量。
　　下面，我们将介绍蓝牙 LE 的一些优化功能，以实现超低功耗目标。
　　蓝牙 LE 节能功能
　　1. LE Radio 不那么健谈
　　支持蓝牙 LE 的设备的无线电仅在必要时唤醒以节省电量。当设备想要发送或侦听数据时，LE 无线电会打开以快速执行必要的任务，然后断开连接。LE 无线电的这种操作与经典蓝牙无线电不同，后者大部分时间都处于开启状态，并且连接会维持数小时或数天。
　　由于 LE 无线电不频繁，因此它适合设备不时发送小数据包（范围从每秒到每隔几天）的应用。例如，健身追踪器中的心率监测器可以收集所有心率数据，并每小时将其发送到您的智能手机。或者是一个温度传感器，仅在温度非常高或非常低时才触发发送温度读数。
　　2. LE Radio 的连接时间更短
　　由于可用于连接的 RF 通道数量减少，蓝牙 LE 消耗的能量更少，从而实现更快的连接和更少的扫描时间。经典蓝牙有 32 个 RF 通道，可用于在设备之间建立连接，而蓝牙 LE 只有 3 个。
　　此外，想要被发现的 BLE 设备会在 RF37、RF38 和 RF39 通道（称为主要广告通道）上发送信号。
　　当设备想要查找其他设备时，它会在主要广告通道上侦听广告数据包。由于只有三个主要广告信道，因此 LE 无线电无需扫描那么多信道，并且可以花费更少的唤醒时间，从而消耗更少的能量。
　　3. LE 无线电使用较小的数据包
　　蓝牙 LE 数据包比蓝牙经典数据包小得多。较小的数据包大小在编码和解码时需要较少的计算开销。这减少了功耗。
　　4. 电池放电是脉冲式的
　　电池的特性之一是放电方式会影响其容量。电池容量是指在一定条件下可以从电池中提取的能量。电池的恒流放电会缩短其寿命。另一方面，脉冲放电（放电之间有空闲时间）有助于使电池尽可能接近其标称容量。这称为电池恢复效应。
　　蓝牙 LE 利用了这种恢复效应。BLE 数据传输以周期性短突发方式完成，随后是空闲期。在这些空闲期间，电池可以恢复，这有助于延长电池的使用寿命。
　　5. 蓝牙 LE 协议是一种非对称设计
　　LE协议使用非对称设计向想要连接的设备发出任务。资源受限的设备所做的工作少。对于要连接的设备，一个必须扮演中央设备的角色，另一个必须扮演外围设备的角色。中央设备通常具有更多的处理能力和电池电量，例如智能手机。另一方面，外围设备通常是处理能力较低且能源有限的设备，例如健身追踪器、心率监视器等。
　　蓝牙 LE 协议栈
　　协议栈（或协议套件或协议体系结构）是一组或一组子协议，它们协同工作以实现网络中连接的两台或多台计算机之间的完整通信。协议栈中的每个子协议被称为层或级别。蓝牙 LE 协议栈采用分而治之的方法。这意味着整个通信任务被划分到各个层中，每个协议层负责特定的通信功能。
　　图 3 显示了 LE 协议栈及其层的示例。

　　蓝牙 LE 堆栈。

　　图 3.蓝牙 LE 堆栈。图片由蓝牙 SIG提供