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藍(lán)牙5.3的三個重要更新

（2025年7月2日更新）

本文由德州儀器編譯e2e博客，https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/posts/the-3-updates-application-developers-need-to-know-about-bluetooth-core-specification-version-5-3。

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2021 年 7 月，藍(lán)牙特別興趣小組 (SIG) 發(fā)布了藍(lán)牙 5.3 開發(fā)人員可以有更多的靈活性和配置選項。隨著這個版本的發(fā)布，藍(lán)牙功耗低（BLE）與各種低功耗藍(lán)牙應(yīng)用和設(shè)備相關(guān)的三種更新可以提高性能，降低功耗，減少設(shè)備延遲。

以下是對這三種變化的細(xì)節(jié)和潛在應(yīng)用的深入了解。

No. 1 Connection subrating 提高響應(yīng)能力

藍(lán)牙設(shè)備可以為連接間隔設(shè)置不同的連續(xù)時間，即設(shè)備在連接事件之間的等待時間。較長的連接間隔可以節(jié)省功耗，而較短的連接間隔響應(yīng)速度給定的時間內(nèi)發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。

更改連接間隔會導(dǎo)致延遲。事實上，當(dāng)設(shè)備想要更改連接間隔時，至少需要六個連接事件來協(xié)商更改。

圖 1 - 更改連接間隔時的延遲

當(dāng)連接間隔因外部變化而從長到短時，這六個事件所占用的時間可能會成為一個問題。例如，如果需要六個連接事件來將連接間隔從長到短 1 秒更改為 10 用戶必須等待毫秒 6 只有秒才能實現(xiàn)變化。

如果這種情況發(fā)生在對時間敏感的應(yīng)用程序中，如短傳感器讀數(shù)，延遲可能無法容忍。然而，通過分級連接，用戶可以減少從長連接間隔到短連接間隔所需的等待時間。這取決于數(shù)據(jù)是否在最近的連接事件中發(fā)送。

用戶必須指定兩個參數(shù)：子速率因子subrate factor和延續(xù)數(shù)continuation number。子速率因子等于已使用的連接事件之間未使用的連接事件的數(shù)量。每個子速率因子必須使用連接事件，無論是否有數(shù)據(jù)傳輸。

圖 2 - 子速率因子告訴設(shè)備何時跳過連接事件

連續(xù)數(shù)等于設(shè)備在非空氣連接事件（在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的連接事件）后必須響應(yīng)的后續(xù)連接數(shù)。請記住，并非所有的連接事件都會傳輸數(shù)據(jù)。有些只用于保持設(shè)備之間的連接。

在圖 3 中，延續(xù)數(shù)為 1.請注意，空連接事件 (5) 之后，如何繼續(xù)處理連接，直到空連接事件 (8)在下一個子分級連接事件之后 ( 10）。

圖 3 – 連續(xù)編號表示連接不跳過 6 和 7

由于不再需要設(shè)備之間的相關(guān)的延遲，因為它不再需要設(shè)備之間的協(xié)商。它現(xiàn)在可以動態(tài)地執(zhí)行每個連接事件。

No. 2 中央和外圍設(shè)備的通道分類提高了可靠性

藍(lán)牙協(xié)議將 2.4 GHz 頻帶分解為較小 2 MHz 通道，設(shè)備在通信時會跨越這些通道。這種擴(kuò)頻策略可以減少數(shù)據(jù)包與工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療無線電的沖突 (ISM) 由于設(shè)備使用半隨機(jī)或有序列頻繁更改通道，頻段干擾。使用的通道序列稱為通道映射。

過去，中央設(shè)備決定自己的頻道映射，它將掃描 2.4 GHz 頻段中的不同信道告訴流量可以使用哪些信道。為了減少數(shù)據(jù)包沖突的可能性，將排除流量較大的信道。

圖 4 – 在通道分類增強(qiáng)之前，中央設(shè)備單獨設(shè)置通道映射

由于中央設(shè)備決定了優(yōu)先級，外圍設(shè)備沒有發(fā)言權(quán)使用哪些渠道。由于藍(lán)牙設(shè)備可以在越來越遠(yuǎn)的距離通信，外圍設(shè)備和中央設(shè)備的通信條件可能會有所不同。如果信道圖中包含的信道似乎對中心位置沒有明顯的干擾，但對外圍位置有明顯的干擾，那么這種差異就會成為一個問題。

圖 5 - 在通道分類增強(qiáng)之前 2 對外圍設(shè)備有噪聲，但中央設(shè)備不知道并包含在通道映射中

隨著將編碼 PHY 引入BLE，BLE 連接可覆蓋的距離急劇增加。以電子貨架標(biāo)簽為例。只有中央設(shè)備才能控制頻譜空間，因為標(biāo)簽放置在整個零售空間中。從一個外圍設(shè)備的位置到另一個位置，通道條件可能會有很大的差異，但這些不會反映在通道映射中，通道映射是由中心單獨設(shè)置的。

在新通道分類增強(qiáng)功能的幫助下，外圍設(shè)備可以向中央設(shè)備報告其通道分類，以影響外圍設(shè)備與中央設(shè)備之間連接中使用的通道映射。通過確保在設(shè)置信道映射時考慮兩個設(shè)備的環(huán)境條件，降低了任何設(shè)備在擁塞環(huán)境中丟失數(shù)據(jù)包的風(fēng)險。

圖 6 – 通過通道分類增強(qiáng)，外圍設(shè)備可以拒絕干擾通道 2

No. 3 周期性廣告功能增強(qiáng)省電

使用周期性廣告BLE為了增加傳輸?shù)亩鄻有裕岣邟呙柙O(shè)備正確解碼的可能性，設(shè)備通常會多次發(fā)送信息。因此，偵聽設(shè)備可能會收到同一組的多個副本，并浪費多次解碼相同信息的功率。

現(xiàn)在，在周期性廣告中，發(fā)送設(shè)備可以在其發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包含一個AdvDataInfo 允許接收設(shè)備檢查之前是否收到過這個數(shù)據(jù)包。如果是這樣，設(shè)備將停止接收，以節(jié)省無線電功耗。該方法還允許設(shè)備避免將冗余數(shù)據(jù)包傳輸給主機(jī)。低功耗設(shè)備可以通過忽略冗余數(shù)據(jù)包來節(jié)省更多的能略冗余數(shù)據(jù)包來節(jié)省更多的能源。

這對于偵聽BLE 電池供電信標(biāo)(如資產(chǎn)跟蹤標(biāo)簽)BLE 設(shè)備特別有用。他們希望將功耗降低到盡可能低，以保持電池壽命，因此他們不能浪費電源來處理冗余信息。通過這次更新，他們將能夠比以前更好地提高能源效率。