BT 5.0 New Features概述

1.1.前言

2016年12月6日,蓝牙SIG发布了5.0版本的核心规范,该规范从距离、速度等多个方面,对BLE进行了增强,蓝牙官网的总结如下:
With the launch of Bluetooth 5, Bluetooth® technology continues to evolve to meet the needs of the industry as the global wireless standard for simple, secure connectivity. With 4x range, 2x speed and8x broadcasting message capacity, the enhancements of Bluetooth 5 focus on increasing the functionality of Bluetooth for the IoT. These features, along with improved interoperability and coexistence with other wireless technologies, continue to advance the IoT experience by enabling simple and effortless interactions across the vast range of connected devices.
相比蓝牙4.2,新增的特性包括:

  • Slot Availability Mask (SAM) 
  • 2 Msym/s PHY for LE 
  • LE Long Range 
  • High Duty Cycle Non-Connectable Advertising 
  • LE Advertising Extensions 
  • LE Channel Selection Algorithm #2
    除此之外5.0移除了park模式。

    1.2.Slot Availability Mask (SAM) 

      让两个蓝牙设备可以相互之间知道自己的可用slots。 
      举例1:现在很多无线模块都是蓝牙WIFI一体的,本身会有很多冲突,比如无线频段啊MCU资源啊等。蓝牙本身有一个防止冲突的协议(MWSMobileWirelessStandards),比如当前wifi在下载,协议告诉蓝牙模块这会儿你不能用蓝牙,但是对端设备不知道你手机的蓝牙不能用啊,就可以通过SAM这个特性来协议交互信息及时知道他不能用。 
    举例2:一个手机的蓝牙可以连接多个蓝牙设备,比如我连接3个手环ABC,当手机在和A交互的时是不能和B交互的,之前的做法是,我们连接的时候就分配好资源,什么时候和A交互什么时候和B交互,这样带来的问题是 
      1)ABC三者不同时期需要的资源是不一样的,当A在OTA下载固件的时候,明显需要更多的solts资源,但由于连接的时候手机已经通过计划经济的方式分配好了,不管你后面的死活。 
      2)ABC的资源分配基本手机说了算,压根就没和ABC多少商量的余地。这个特性就解决了这个问题,以后大家有得商量,讲究一个民主,我手机誓死保卫你ABC设备说话的权利。

    1.3. 2 Msym/s PHY for LE

    在蓝牙4.2 1M符号速率(symbol rate)的PHY(称作LE 1M PHY)基础上,增加2M符号速率的PHY(称作LE 2M PHY),二者的区别为:
    1)LE 1M PHY的符号速率为1Msym/s,为必选PHY(每个LE设备必须支持),支持ECC(error correction coding,可选),根据不同的编码方式,支持3种bit速率:1Mb/s(LE 1M)、500Bb/s(LE Coded)和125Kb/s(LE Coded)。
    2)LE 2M PHY的符号速率为2Msym/s,为可选PHY,不支持ECC(error correction coding),bit速率为2Mb/s(LE 2M,uncoded)。

    1.4.LE Long Range

    将最大的发送功率,从4.0/4.1/4.2中的10mW增大到5.0的100mW。关于BLE的发射功率,spec中有张表:
    BT5.0 New Features概述

    1.5.High Duty Cycle Non-Connectable Advertising

    蓝牙4.0将Scannable Undirected和Non-connectable Undirected两种Advertising Event的advInterval的最小值限制为100ms,这就限制了BLE广播的最高速率(2.48kbps)。而蓝牙5.0不再区别对待,将最小值统一限制为20ms,从理论上讲,最高的广播速率就可以提高5倍(12.4kbps)。

    1.6.LE Advertising Extensions

    蓝牙4.0/4.1/4.2的广播信道比较简单,直接预留3个(可以更少)Physical Channel,用于传输Advertising Event。可传输的数据长度为6~37 octets(加上了协议开销)。
    而蓝牙5.0,则搞出了新花样(实用性大增,实现了真正的无连接广播),总结为:
    1)抽象出primary advertising channel和secondary advertising channel的概念。
    2)primary advertising channel就是蓝牙4.2及以前的、预留出的、用于传输Advertising Event。
    3)而secondary advertising channel,则直接复用了剩余的37个data channel,用于传输扩展的Advertising Event(称作Extended Advertising Event)。此时可传输的数据长度为0 ~ 255 octets,相比之前的37,暴增了很多倍。
    4)因此,在原有的用于传输广播数据的PDU(ADV_IND、ADV_DIRECT_IND、ADV_NONCONN_IND以及ADV_SCAN_IND,称作legacy PDUs)的基础上,增加了扩展的PDU(ADV_EXT_IND、AUX_ADV_IND、AUX_SYNC_IND以及AUX_CHAIN_IND,称作extended advertising PDUs)。
    5)相应的,Advertising Event也分为Legacy Advertising Event和Extenteded Advertising Event。

    1.7.LE Channel Selection Algorithm #2

    通过引入改进的信道排序算法(CSA#2),以改善下一跳信道排序的伪随机性。CSA#2将改善WiFi和其他蓝牙设备在场的已启用设备的共存性能。

    1.8.总结

    对上述6个New Features,对Controller软件来讲,重点关注下面两点,我们后续专门进行详细解读。

    • High Duty Cycle Non-Connectable Advertising 
    • LE Advertising Extensions