BLE

蓝牙低功耗

定义

BLE(Bluetooth Low Energy,蓝牙低功耗)是蓝牙 4.0 及以上版本的低功耗模式,适用于智能门锁、资产标签、可穿戴设备等。BLE 5.1 支持 AoA(到达角)定位,可实现室内米级 RTLS

技术特性

BLE 工作在 2.4GHz ISM 频段,采用跳频扩频(FHSS)技术抗干扰,典型发射功率 0~10dBm,接收灵敏度约 -93dBm(BLE 4.2)至 -97dBm(BLE 5.0)。连接建立时间短(约 3ms),支持主从多连接,单连接间隔可配置为 7.5ms~4s。BLE 5.0 将 2Mbps 物理层作为可选模式,理论吞吐量提升一倍;新增 Coded PHY(125kbps/500kbps)可显著延长传输距离。BLE 5.1 引入 AoA(Angle of Arrival)和 AoD(Angle of Departure),结合多天线阵列可实现厘米级室内定位,广泛应用于资产追踪、人员定位、导航指引等场景。

应用场景

BLE 在物联网领域应用广泛:智能门锁通过 BLE 与手机 App 配对,实现近场开锁与临时密钥下发;资产标签(Beacon)周期性广播 UUID,配合网关或手机实现室内定位与轨迹分析;可穿戴设备(手环、手表)以低功耗上报心率、步数等数据;医疗设备(血糖仪、血压计)通过 BLE 将测量结果上传至手机或云端;工业传感器可采用 BLE 网关汇聚数据,减少布线成本。与 Zigbee 相比,BLE 生态成熟、手机原生支持,更适合消费级与轻量级工业应用。

协议架构与 GATT

BLE 协议栈自上而下包括应用层、GAP(通用访问规范)、GATT(通用属性规范)、L2CAP、HCI、链路层和物理层。GATT 定义服务(Service)、特征(Characteristic)和描述符(Descriptor)的层次结构,设备通过 GATT 服务器暴露可读写的属性,客户端通过 UUID 发现并访问。常见标准服务包括电池服务、设备信息服务、心率服务等。厂商可定义私有服务与特征,实现自定义数据交互。连接参数(连接间隔、从机延迟、监督超时)需根据应用场景权衡功耗与实时性。

功耗与电池寿命

BLE 的典型平均电流在连接状态下可低至数微安至数十微安(取决于广播/连接间隔),纽扣电池可支撑数月甚至数年。影响功耗的主要因素包括:广播间隔或连接间隔越短,功耗越高;每次连接事件的数据量;是否启用深度睡眠(如连接参数协商的从机延迟)。开发时可通过增大连接间隔、减少连接事件内数据量、合理使用从机延迟等方式优化续航。Beacon 类设备通常采用纯广播模式,无连接,功耗极低。

相关术语

返回硬件类知识库