一、BLE基本特性：

• 低功耗：在所有有源无线通讯设备中，综合通讯距离和通讯带宽，BLE是表现最佳的无线技术；

• 低延迟：连接速度很快，毫秒级的连接速度；

• 远距离：长达数百米的通信距离；

• 低成本：工作在2.4GHz的ISM频段，无需无线电资源管理部门申请许可证，通用性好；

• 抗干扰能力强：工作在2.4GHz的ISM频段的设备有很多，蓝牙采用了跳频方式来扩展频谱；

二、蓝牙地址：

蓝牙地址通常显示为6个字节，以十六进制表示，用冒号分隔(示例- 00:11:22:33:FF:EE)。

Bluetooth Address有三部分组成：NAP, UAP, LAP

                                                                   蓝牙地址

OUI包含NAP和UAP两部分。其中NAP（Non-significant Address Part）部分2字节，为OUI的前16位；NAP值，用于跳频同步帧。另外，UAP（Upper Address Part）1字节，包含剩余的8位OUI；UAP值，被用作为各种蓝牙规范算法中的种子。

除了OUI之外，剩余的3字节，为LAP(Lower Address Part), 这部分蓝牙地址由设备供应商自己分配。LAP值，作为每一个transmitted Frame中Access Code的一部分，来唯一地标识蓝牙设备。LAP和UAP构成蓝牙地址的重要地址部分(SAP)。

三、低功耗蓝牙与经典蓝牙：

                                                                经典蓝牙和低功耗蓝牙比较 

低功耗蓝牙信道传输中引入纠错编码技术（FEC），最多提高接收灵敏度约12dB，所以可以达到4倍传输距离；蓝牙5的低功耗具有两种编码PHY，它基于 1M PHY，分别是500kbps（S=2编码），125kbps（S=8编码）

4.2版本的蓝牙信标Beacon的广播距离可达70米；5.0版本的蓝牙信标Beacon的广播距离可达100米。

蓝牙的2.4GHz频谱从2402MHz延伸到2480MHz。LE使用40个1MHz宽的信道，编号为0到39，每个信道分开2MHz。频道37,38和39仅用于发送广告包。其余的用于连接期间的数据交换。

四、BLE设备角度及工作流程

四种设备角色：

① Master/Central：主机；扫描广播，发起对从机的连接；

② Peripheral：从机；发送广播包，允许被主机连接；

③ Observer：观察者；不能发起连接，只能持续扫描广播包；

④ Broadcaster：广播者；不能被主机连接，只能广播数据。

 

五、BLE如何实现低功耗:

BLE是低功耗设计主要体现以下几方面：待机功耗低、高速连接和峰值功耗低3个方面。

待机功耗低：传统蓝牙技术采用16～32个频道进行广播，而低功耗蓝牙仅使用3个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由22.5ms减少到0.6～1.2ms，大大降低了广播数据导致的功耗。低功耗蓝牙设计了用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，也节省了最多的能源。

在深度睡眠状态下，协议也针对此通讯模式进行了优化，数据发送间隔时间也增加到0.5～4s，而且所有连接均采用先进的嗅探性（Sniff-Subrating）功能模式，此时的射频能耗几乎可以忽略不计。

快速连接的实现：低功耗蓝牙的通讯机制是瞬态实现的，需要发送命令或传送状态时，可以极快的建立连接，完成后迅速断开连接。低功耗蓝牙下的设备连接建立过程已可控制在3ms内完成，并以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连结。而传统蓝牙协议下，即使只是建立链路层连接都需要花费100ms，建立L2CAP（逻辑链路控制与适应协议）层的连接建立时间则更长，通常需要几秒钟的时间。

数据传输：BLE 支持以 1 Mbps 传输的非常短的数据包（最少 8 个八位字节，最多 27 个八位字节）。所有连接都用advanced sniff-sub rating （减速呼吸模式）来实现超低占空比，从而将能耗降至最低。

跳频：BLE 使用所有蓝牙技术版本通用的 AFH，以最大限度地减少来自 2.4 GHz ISM 频段中其他技术的干扰。高效的多路径优势可增加链路预算和有效运行范围，并优化能源消耗。

Host - Controller：广播频段和广播时射频开启时间的减少，传统蓝牙使用16 ~ 32个频段进行广播，而BLE仅使用3个广播频段， 每次广播时的射频开启时间由传统蓝牙的22ms减少为0.6~1.2ms，连接速度更快（发现发生在 3 个通道上）。BLE 在 controller 中放置了大量精力，其允许HOST休眠更长时间(Duty-Cycle)，并且仅在HOST需要执行某些操作时才被控制器唤醒，并且在Duty-Cycle时，发送数据间隔也被增大。这可以最大程度地节省电流，因为 host processor通常比 BLE controller 消耗更大的功率。

更加“宽松的”射频参数和发送很短的数据包：两种技术都使用高斯频移键控(GFSK)调制，但蓝牙低能耗技术使用的调制指数是0.5，而标准蓝牙技术是0.35。0.5的指数接近高斯最小频移键控(GMSK)方案，可以降低无线设备的功耗要求。于此同时，蓝牙低能耗技术使用非常短的数据包——这能使硅片保持在低温状态。因此，蓝牙低能耗收发器不需要较耗能的再次校准和闭环架构。

延迟Latency ：标准蓝牙技术是一种“面向连接”的无线技术，具有固定的连接时间间隔，因此是移动电话连接无线耳机等高活动连接的理想之选。相反，BLE 可以支持最快 3 毫秒的连接建立和数据传输。这使应用程序能够在短短几毫秒内建立连接并传输经过身份验证的数据，以便在快速断开连接之前进行短暂的通信。

六、BLE广告间隔（Advertisement Interval）

当BLE外围设备处于广告模式时，在每个广告频道上周期性地发送广告包。分组之间的时间间隔具有固定间隔和随机延迟。

你可以将固定间隔设置为从20ms到10.24秒，步长为0.625ms。随机延迟是自动添加的从1ms到10ms的伪随机值。这种随机性有助于减少不同设备的广告之间的碰撞的可能性。广告对于发现设备至关重要，所以不惜一切代价避免冲突是非常重要的。这是蓝牙智能（Bluetooth Smart）使用的另一种方式来提高稳健性。

七、蓝牙信标及蓝牙信标协议

蓝牙信标利用其支持的通用属性(GATT)配置文件在第37、38、39通道发送广播包，避免在2.4 GHz工业、科学和医疗(ISM)免执照频段上与Wi-Fi数据流产生冲突。

主流的蓝牙信标协议：

1. Apple的 iBeacon

2. Google的 Eddystone

3. Radius Network的 AltBeacon

这三个都使用低功耗蓝牙(BLE)广播方法：每种标准都使用BLE广播的结构来嵌入它们自己的格式和数据。

Apple的iBeacon：iBeacon这个术语是Apple的商标，想要销售iBeacon产品或使用iBeacon标识的供应商必须从Apple获得一个免费许可。iBeacon规定了一个30字节的包。

Google的Eddystone：Eddystone是Google开发的一种开源的、跨平台的信标格式。它同时支持Android和iOS设备。不同于其他信标标准，它定义了几种不同的框架类型，这些框架类型可以独立使用或者结合起来使用：

       Eddystone-UID：它广播一个独一无二的信标ID; 

• Eddystone-URL：它广播统一资源定位符(URL);

• Eddystone-TLM：它可以被用来广播信标本身的遥测(健康和状态)数据;

• Eddystone-EID：它使用短暂的(短寿命的)标识符以支持要求更高安全性的信标应用。这种框架格式的规格尚未发布。

• 八、为啥需要BLE+UWB的信标：

  相比BLE，UWB自身缺陷问题：

• 功耗：DW1000的收发的功耗100mA及以上，DW3000的收发功耗也要在几十mA，大大高于BLE的几mA的收发功耗；

• 成本：UWB芯片的成本是BLE的5倍以上；

• 标准化：目前UWB的标准化程度以及进程远低于BLE

• 安全：BLE的Beacon消息很容易被模仿，以假乱真；UWB Beacon很难被模仿，通过TOF距离判断，可以做到防伪的安全通讯。近距离安全无线数据通讯，防止截获及复制，对于移动支付，以及开关门等门禁控制很重要。

• 容量：为了避免冲突，同一区域内BLE Beacon数量是有限的（一般是几十个）；Beacon数量多的情况，会导致扫描不到或每次扫描不能发现所有设备的情况。UWB频谱带宽（500M及以上）相比BLE的3个广播通道（每个2M）高很多，此外UWB有时隙通讯的机制，UWB Beacon的丢包概率要远远好于BLE Beacon，区域内容量也远超BLE；

• 抗干扰：BLE采用的2.4G的频道，在室外下雨天等潮湿环境表现很差，数据包丢失严重（2.4G信号能量易被水分子吸收），2.4G的ISM的同频设备比较多，易被其他设备干扰；UWB可以选用CH2、CH5、CH9，频率从3.2G到10G，选择范围宽，避开同频干扰的机会更大；

• 测距：到达时间以及TOF的精准测距是UWB独有优势，比RSSI测距要强太多。在某些场景如果需要目标的精准距离，目前只有UWB是可行的高精度测距技术。

• 方位检测：基于UWB的AOA和PDOA技术，可以不用复杂的天线设计，同时接收及角度测量的模块支持很小的体积，这个也是相比蓝牙AOA的优势。在一些类似智能门锁等应用，市场期望方位检测模块尽可能小，这样才易被集成。

• 高精度定位：由于基于RSSI测距精度十分有限，导致基于蓝牙的定位效果相比基于TOF测距的UWB定位，效果也是相差很多。在需要高精度定位场景，UWB也是不二的选择。

  融合两种技术的信标中BLE和UWB各自发挥如何功能？

• 基于BLE技术解决标签不在定位区域时的功耗：由于很多应用场景标签并不是时刻在定位区域（可以和UWB基站通讯上），这个情况下标签工作在BLE Beacon状态；

• 基于UWB实现精准定位：当标签进入定位区域，可以切换到UWB Beacon工作状态，实现高精度定位，当离开定位区域，重新回到BLE Beacon状态；

• 支持配合BLE 网关的简单场景应用：比如医院对于医疗仪器管理就是基于BLE Beacon采集设备数据，通过房间内的BLE GW实现医疗仪器的定位及使用状况的数据采集；

• 极大解决了单纯UWB标签的功耗问题（UWB Beacon的发送功耗是BLE的发送功耗的5-10倍），延长了带机时长。

• 解决了同一区域标签容量的问题：BLE Beacon最大的困惑是单区域中的BLE Beacon数量十分有限（建议是几十个，每秒一次广播），采用UWB Beacon可以提高区域标签的容量到几百个（每秒一次广播）；

•  BLE+UWB的好处：

  BLE+UWB经典应用：苹果AirTag等防丢标签

  防丢标签有两种形态：一种仅支持BLE Beacon，这个技术竞争力不够，多为小厂家产品，优势是价格便宜；另一种就是苹果、三星等大厂的产品，是BLE Beacon+UWB Beacon融合的产品。

  AirTag=BLE+UWB信标：AirTag是BLE蓝牙信标和UWB超宽带技术结合实现对位置的判断的。

  目前苹果的蓝牙耳机等智能终端产品，都是融合BLE+UWB两种技术；

  BLE+UWB的2C应用场景：BLE实现70-80米范围内的发现标签，UWB实现近距离的方位定位（角度+距离）。平常设备都是工作BLE Beacon，只有在场景需要的情况，采用人工交互的方式启动UWB 方位定位，基于UWB AOA或PDOA技术实现近距离（10米以内）的高精度方位定位。

  BLE+UWB的2B应用场景：BLE和UWB都实现70-80米范围内覆盖，TAG平常在BLE 工作模式UWB休眠，当进入UWB基站定位区域，可以启动UWB工作模式；当离开UWB基站区域，UWB进入休眠并切换到BLE工作模式。