蓝牙传输速率详细分析【针对蓝牙4.2]

还在困惑BLE低功耗蓝牙数据传输率有多快？

 

这并不仅仅是一个人的问题，即使谷歌搜索会出现很多不完整的答案。每个操作系统和设备都有自己的限制，例如连接间隔和每个间隔的数据包数量。另外，您是否知道使用iOS，您可以每一个连接间隔可以发送4个数据包，而且HID设备的可以在一个连接间隔发送10个数据把，从而把速率提高2.6倍？

 

如果你想最终清楚你可以通过BLE与iPhone，Android设备或Mac通信多快，下面的内容讲会一一解析你的疑问。

 

误区

蓝牙PHY 标称数据传送率是1M/bps，即为每秒由蓝牙物理层调试过后传到空中的速率为1兆比特，这并不表示蓝牙接收端接收的数据传输率可以到1M/bps。

影响/限制BLE吞吐量的因素有很多，最大吞吐量才为1M/bps，数据收发还具有相应通信协议和蓝牙协议，例如：

 

- 最大数据包长度

- 数据包之间的时间延迟

- 数据包中开销字节，如数据包长度，数据完整性检查和通用数据包信息。

 

那么，1Mbps的50％到75％呢？那仍然是31.25到62.5 kB每秒。这仍然是非常好的。

 

BLE吞吐量

一个BLE连接只有两个设备，其中一个被称为Master（如主），另一个被称为Slave（如从属）。每一侧在给定的时间段内与另一侧通信，称为连接间隔（最小7.5毫秒，最小增加的增量为1.25毫秒）。两个设备之间的每个通信实例称为通信事件。

 

 

最小连接间隔

当外围设备处于接收模式时，通信事件由中央（主设备）发送分组开始。如果外设成功从中央接收到数据包，外设将在中央处于接收模式时随后发送数据包。默认情况下，即使没有任何要发送的数据包，中央和外围设备也会发送一个数据包，这通常称为空链路层的心跳包。

 

在每次主从心跳包结束之后，主机或者从机端如有有排队等待发送的消息，他们可以“询问”或“警告”对方，告知自己有更多的数据要发送。这将会出现一个时间间隔内交换多个数据包。连接事件将继续，直到数据包未能正确接收，发送者结束连接事件，或者在非正常情况下结束(超时)。

 

需要注意的是，在连接事件中，您可以交换两个以上的数据包，这将极大地提高吞吐量，但是你需要了解每个连接事件的最大数据包数量取决于BLE堆栈/芯片组，每个iOS设备连接事件最大允许四个数据包，Android设备每个连接事件最大运行六个数据包。

 

数据包每个时间间隔可以由以下公式计算：

 

 

一般BLE数据吞吐量公式中重要因数就是以下三个重要元素：

 

1.连接间隔 - 设备通话的频率。

2.每个连接间隔的数据包数量 - 当他们说话时交换了多少个数据包。

3.数据包长度 - BLE数据包中应用数据的长度。

 

BLE中的理论最大应用数据吞吐量可以描述为以下公式：

 

Throughput = Packets Per Second * Data Per Package

 

由此我们可以得到以下公式：

 

 

提高BLE吞吐量的可行办法：

 

增加BLE有效数据包长度

现在可以肯定的是，BLE数据包最多包含20个字节的BLE应用程序数据v4.0和v4.1（v4.2包含一个数据包长度扩展，但是在iOS或Android很多不支持）。请记住，实际的BLE数据包的大小较长，但自然包括许多重要用途的段，例如CRC和不同层的标题。

 

减小连接间隔解

对于iOS 9.2和iPhone 6以上手机，最小连接间隔为30毫秒，除非您支持通过GATT配置BLE设备作为HID方式，最小连接间隔允许降至11.25毫秒。对于Android设备，最小连接间隔为7.5毫秒。

 

BLE设备与iPhone 6 数据吞吐量=（1000 mSecs）* 20 *（4）/（30 mSecs）= 2,667.66 byte/s。

如果IOS设备支持HID, 吞吐量增加到=（1000 mSecs）* 20 * 4 /（11.25 mSecs）= 7,111.11 Bytes per second

 

提示：您可以将数据包中的应用程序数据长度增加3个字节，从而将吞吐量提高15％。在未来的博文中，我们将讨论这个。

 

实现更快的吞吐量

 

简单的答案有时候会受到其他BLE设备三个参数限制的限制，即使您的BLE设备可以支持较低的连接间隔或每个连接事件发送超过4个数据包。

 

例如，让我们把我们用来连接iPhone 6的外围设备连接到一个不同的客户端（硬件），每个连接事件的连接间隔为10mSecs，最多连接12个数据包（每个方向6个）。这将增加理想的最大值如下：

 

BLE设备与Iphone 6最大吞吐量=（1000mSecs）* 20 *（6）/（10 mSecs）= 12,000 Bytes per second。

目前由于支持蓝牙4.2大数据包的手机和BT 5的手机并不多，所以无法通过提高数据包长度的方式提升数据传送率，希望后续手机更新换代把蓝牙5作为标配，提高数据传输率指日可待。

 

手机笔记本电脑BLE最大吞吐量汇总

下列数据为iphone和安卓两种系统的亲测数据，供大家参考:

 

iPhone 6,6 +，6S，6S +：

正常连接间隔30mSecs：最大数据吞吐量 2,667字节/秒

HID模式, 连接间隔为11.25mSecs：最大数据吞吐量 7,111字节/秒

 

MacBook Pro - OS X（不同型号）：

最大连接间隔范围（11.25 - 15mSecs）：最大数据吞吐量 7,111字节/秒 - 5334字节/秒

 

Android的

Nexus 4：最小连接间隔7.5 mSecs - 每个连接的数据包间隔：6 - 最大数据吞吐量：16,000 Bytes / Sec

Nexus 6P：最小连接间隔7.5 mSecs - 每个连接的数据包间隔：6 - 最大数据吞吐量：16,000 Bytes / Sec

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