揭秘低功耗藍牙 (BLE) 資料傳輸核心：物聯網時代的輕量級通訊基石

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[台灣，2025 年 07 月 18 日]

在今日互聯互通的世界中，低功耗藍牙 (Bluetooth Low Energy, BLE) 已成為驅動物聯網 (IoT) 革命的關鍵技術。不同於傳統藍牙（Bluetooth Classic）為連續、高流量數據傳輸而生，BLE 的核心設計理念是實現極致的能源效率，讓設備在僅需少量數據交換時，能以最低的功耗進行通訊，並維持長達數月甚至數年的電池壽命。BLE 的資料傳輸原理，巧妙地圍繞著設備的發現、連接與數據的結構化交換，其精髓在於快速喚醒、短暫工作、迅速休眠的週期循環。

1. 發現與連接：設備如何「相遇」與「握手」

BLE 設備在無線世界中互動，首先需要彼此「認識」。這涉及到兩種基本角色和一個發現機制：

角色分工：

外圍設備 (Peripheral)：通常是小型、資源受限的裝置，如智慧感測器或穿戴設備。它們會主動廣播自身的存在與能力，等待被發現。
中央設備 (Central)：通常是功能更強大的裝置，如智慧手機或平板電腦。它們會掃描附近的廣播，並選擇性地與感興趣的外圍設備建立連接。

廣播與發現機制：

廣播 (Advertising)：外圍設備會週期性地發出廣播資料包，這些資料包就像是設備在「呼喊」自己的名稱、提供的服務等資訊。這種單向的廣播，即使不建立連接，也能實現數據傳輸，例如智慧信標 (iBeacon) 就是透過廣播發送位置資訊。
掃描與連接請求 (Scanning & Connection Request)：中央設備持續掃描這些廣播。一旦發現目標外圍設備，中央設備可以發送連接請求。一旦連接成功建立，外圍設備通常會停止廣播，進入連接狀態以節省能源。

值得注意的是，一個 BLE 外圍設備在同一時間只能與一個中央設備建立獨佔連接。若需在多個外圍設備間傳遞數據，通常需要經由中央設備作為「訊息中轉站」。

2. 數據傳輸的語言：GATT 服務與特性

當設備成功建立連接後，數據的實際交換便依照 GATT (Generic Attribute Profile) 規範進行。GATT 就像是 BLE 設備之間用來組織和理解數據的共通語言，它將數據分層管理，形成清晰的結構：

服務 (Service)：服務是一組相關數據和行為的集合，代表設備提供的一項特定功能。例如，一個智慧手環可能提供「心率服務」或「設備資訊服務」。每個服務都有一個獨特的識別碼 (UUID)。
特性 (Characteristic)：特性是服務中的最小數據單位，是實際傳輸的數據點。例如，在「心率服務」中，「心率測量值」就是一個特性。每個特性同樣擁有獨特的 UUID，並且定義了其操作屬性，如：

讀取 (Read)：中央設備可以要求讀取特性的當前值。
寫入 (Write)：中央設備可以將新的數據寫入特性的值。
通知 (Notify)：當外圍設備上的特性數據改變時，它可以主動「通知」中央設備，無需中央設備不斷查詢。這是 BLE 中最常用的高效數據傳輸方式。
指示 (Indicate)：類似於通知，但指示要求中央設備在收到數據後發送確認訊息，確保數據的可靠傳遞。

在數據交換的過程中，BLE 設備扮演著GATT 服務器和 GATT 客戶端的角色。外圍設備通常是 GATT 服務器，儲存著其提供的服務和特性數據；而中央設備則是 GATT 客戶端，負責向服務器發送請求並接收回應，啟動所有的數據傳輸事務。

3. 實踐低功耗的關鍵：短時高效率

BLE 之所以能實現驚人的低功耗，是多方面優化綜合的結果：

間歇性連接：設備大部分時間處於超低功耗的睡眠狀態，僅在需要傳輸數據時才短暫喚醒並快速完成任務。
快速連接與斷開：BLE 能在數毫秒內建立和斷開連接，最大限度減少了射頻活躍時間。
優化的數據包結構：簡潔的協議棧和高效的數據包設計，減少了傳輸每個位元數據所需的能量。

正是這些精巧的設計原則，讓 BLE 成為電池供電型物聯網設備的理想選擇，使其能夠高效且可靠地在短距離範圍內交換數據，為我們日常生活中越來越多的智能設備提供無線連接的可能。

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Edited by Intl. Commercial Development Manager: Mr. Tim Chien

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