蓝牙低功耗技术的传输速率

低功耗蓝牙的应用程序级数据吞吐量受许多因素影响。我们可以区分两种吞吐量计算非常不同的操作：

1）确认的数据传输。在这种情况下，接收器会确认所有数据包的接收。接收器在下一个连接间隔中针对每个读/写请求发送响应。在这种情况下，连接可靠，但吞吐量低。

2）未确认的数据传输。在这种情况下，数据包可以彼此立即发送，而不必等待对方确认。这样可确保更高的吞吐量，但连接可靠性较差。

通过发送不同类型的数据包，可以在同一连接上混合已确认和未确认的操作。以下数据包类型导致确认的操作：

读取（读取请求）
写（写请求）
适应症
准备写
签名写
以下数据包类型导致未确认的操作：

写无响应（写命令）
通知
1.确认数据传输的吞吐量计算
在确认数据传输的情况下，吞吐量取决于以下参数：

连接间隔
MTU大小
属性协议操作
1.1连接间隔
连接间隔定义了发送数据的频率，它介于7.5 ms到4000 ms之间。一旦发送方发送了数据（或请求），它就必须等待接收方发送确认。因此，一次（GATT）操作需要2个连接间隔。

连接间隔越短，潜在的数据速率就越高。例如，使用7.5 ms的最小连接间隔（例如125字节有用负载/连接间隔），无线电设备可以（假设没有丢失的数据包并且没有重新传输）达到理论数据速率：

1000毫秒/（2 * 7.5毫秒）* 125字节= 8,333字节/秒= 66,666 bps

另一方面，当使用最大连接间隔为4000 ms（例如，使用22字节有用负载）时，数据速率将降低为：

1000毫秒/（2 * 4000）毫秒* 22字节= 2.75字节/秒= 22 bps

1.2 MTU大小
MTU（最大传输单位）大小表示一次GATT操作可以发送多少个字节，即在2个连接间隔内可以发送多少个字节。可以为每个连接设置MTU大小。但是，它有一个上限，随蓝牙协议栈版本的不同而不同。下表总结了每个蓝牙堆栈版本的最大MTU大小

蓝牙堆栈版本最大MTU大小对于旧版设备（BLExxx）<= 1.5.0 23对于Blue Gecko设备 1.0.x 23 2.0.x 58 2.1.x 126 2.3.x或更高版本 250

注意：MTU大小取决于两侧。如果远程设备支持较小的MTU大小，则将使用较小的MTU大小。显然，MTU大小越大，吞吐量就越高。MTU大小的两倍使吞吐量翻了一番。

1.3属性协议（ATT）操作
重要的是要知道MTU大小包括长度可变的GATT标头。这意味着有用的有效负载比MTU小。GATT标头的大小取决于操作类型，因此最大有用负载对于不同操作是不同的。下表中对此进行了总结：

ATT操作最大有用数据/ ATT操作读 MTU-1个字节写 MTU-3个字节适应症 MTU-3个字节准备写 MTU-3个字节签名写 MTU-15个字节

1.4使用ACK可以的最大骨折
在确认操作的情况下，可以通过以下参数实现最大吞吐量：

连接间隔： 7.5毫秒
MTU大小： 250个字节
使用的属性协议操作：读取
这导致最大吞吐量为

1000毫秒/（2 * 7.5毫秒）*（250-1）字节= 16,600字节/秒= 132,800 bps

2.吞吐量计算，用于未确认的数据传输
如果发生未经确认的数据传输，则吞吐量取决于以下参数：

包大小
属性协议操作
PHY（物理层）比特率
连接间隔
2.1 包大小
蓝牙数据以数据包形式发送。可以在一个连接间隔内立即相互发送多个数据包（帧间间隔为150 us）。数据包的长度可变，但是其长度有上限。数据包的最大PDU（协议数据单元）大小取决于蓝牙堆栈版本，如下表所示：

蓝牙堆栈版本蓝牙标准PDU最大大小对于旧版设备（BLExxx）<= 1.5.0 4.0 27字节对于Blue Gecko设备 1.0.x 4.0 27字节 2.0.x 4.2 38字节 2.1.x 4.2 38字节 2.3.x 5.0 128字节 2.4.x 5.0 160字节 2.6.x或更高版本 5.0 251字节

数据包大小的两倍并不意味着吞吐量翻倍，因为较大的数据包需要花费更多的时间发送，因此在相同的时间间隔内可以发送的数据包更少。但是，数据包大小越大，开销也越小。这增加了应用程序级别的数据吞吐量。

例如，对于27字节PDU，它需要

328us + 150us + 80us + 150us = 708us

发送一个数据包。328 us是有效传输时间，150 us是IFS（帧间空间），80 us正在接收，150 us又是IFS。这意味着理论数据速率为：

27字节/ 708 us = 38,135字节/秒= 305,080 bps

如果是251字节的PDU，

2120我们+ 150我们+ 80我们+ 150我们= 2500我们

发送一个数据包。这意味着理论数据速率为：

251字节/ 2500 us = 100,400字节/秒= 803,200 bps

注意：数据包大小取决于双方。如果远程设备支持较小的数据包大小，则将使用较小的数据包大小。

有关数据包计时的更多详细信息，请参见以下文章：https :
//blog.bluetooth.com/exploring-bluetooth-5-how-fast-can-it-be

2.2 属性协议操作
重要的是要知道PDU的大小包括L2CAP头（长度为4个字节）和GATT头（长度可变）。这意味着数据包的有用有效载荷比PDU大小小一点。GATT标头的大小取决于操作类型，因此最大有用负载对于不同操作是不同的。下表中对此进行了总结：

ATT操作MAx数据包的有用数据有效载荷没有回应就写 PDU-4-3个字节通知 PDU-4-3个字节

这意味着使用251字节PDU发送通知，理论上的有效数据速率为：

（251 – 4 – 3）字节/ 2500 us = 97,600字节/秒= 780,800 bps

如果MTU大于PDU，则可以在一个GATT操作中发送多个数据包。在这种情况下，只有第一个数据包包含L2CAP报头和GATT报头，随后的数据包仅包含PDU中的数据。

2.3 PHY（物理层）比特率
蓝牙4.2指定PHY比特率精确为1 Mbps。

蓝牙5（在蓝牙SDK v2.3中引入）指定了更多PHY比特率：

2 Mbps
1 Mbps。
500 kbps（使用1：2卷积编码的1 Mbps）
125 kbps（使用1：8卷积编码的1 Mbps）
这些比特率仅定义符号时间，而不定义有效吞吐量。但是，PHY比特率越高，吞吐量就越高。双比特率意味着几乎双倍的吞吐量。由于IFS恒定，它不是精确的两倍（1 Mbps和2 Mbps IFS = 150 us）

下表总结了发送具有不同PDU大小和PHY比特率的数据包所花费的时间。时间包括发送+ IFS +接收+ IFS！

1 Mbps2 Mbps 27字节 708我们 — 38字节 796我们 548我们 128字节 1516我们 908我们 160字节 1772我们 1036我们 251字节 2500美元 1400我们

例如，如果您使用2 Mbps PHY和251字节PDU，则理论吞吐量为：

（251 – 4 – 3）字节/（1060 + 150 + 40 + 150）us = 174,285字节/秒= 1,394,280 bps

有关更多详细信息，请参见：https :
//blog.bluetooth.com/exploring-bluetooth-5-how-fast-can-it-be

2.4 连接间隔
如果不需要确认，则可以在一个连接间隔内发送任意数量的数据包。因此，连接不应直接影响吞吐量。但是，数据包必须对齐，以便第一个包在连接间隔的开始处开始。例如，如果您有7.5毫秒的连接间隔，251字节PDU，2 Mbps PHY，则可以在一个连接间隔中发送4个数据包。第5个数据包不适合，必须等待下一个连接间隔开始。

这意味着这些参数的有效吞吐量为：

4 *（251 – 4 – 3）字节/ 7500 us = 130,133字节/秒= 1,041,066 bps

为避免跳过的程序包带来的开销，您可以调整连接间隔，以使连接间隔结束时的剩余时间最少。更长的连接间隔通常意味着较少的开销，这是因为重新调整的频率降低了。

但是，如果连接间隔过长，请小心

等待下一个连接间隔时，可能有太多的数据包排队，您可能会用完内存，
如果由于连续的CRC错误而导致连接中断，您可能需要等待更多时间才能重新同步。因此，在可能出现CRC错误的嘈杂环境中，建议不要使用较长的连接间隔。
2.5 无需ACK即可实现的最大爆炸
如果发生未经确认的操作，则可以使用以下参数实现最大吞吐量：

连接间隔： 12.5毫秒
PDU大小： 251个字节
使用的属性协议操作：无响应写入/通知
PHY比特率：2 Mbps
在这种情况下，8个数据包适合一个连接间隔（8 * 1400 us = 11200 us），理论吞吐量为：

8 *（251 – 4 – 3）字节/ 12,500 us = 156,160字节/秒= 1,249,280 bps

3.智能手机注意事项
连接参数和MTU大小取决于参与连接的两个设备。连接到智能手机时，设备开始协商连接间隔和MTU大小。根据智能手机和操作系统版本的不同，最小连接间隔可能远远大于7.5 ms，最大MTU大小可能小于Blue Gecko支持的MTU大小。这对吞吐量有关键影响。协商的参数由堆栈事件gecko_evt_le_connection_parameters和 gecko_evt_gatt_mtu_exchanged发出信号，因此您可以检查手机支持哪些参数。

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