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藍(lán)牙(Bluetooth):在技術(shù)基礎(chǔ)上擴(kuò)展業(yè)務(wù)
2007/11/10 12:36:13    產(chǎn)通學(xué)院,365PR NET

藍(lán)牙(Bluetooth,有時(shí)也簡稱BT)無線技術(shù)旨在取代連接便攜設(shè)備和/或固定電子設(shè)備的纜線,是在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行無線短距離通訊的最簡單、最便捷的方法。由于采用“配置文件”這一獨(dú)特概念,BT產(chǎn)品不再需要安裝驅(qū)動(dòng)程序軟件,廣泛應(yīng)用于世界各地,可以無線連接手機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、汽車、立體聲耳機(jī)、MP3播放器等多種設(shè)備。

在藍(lán)牙特別興趣小組(Bluetooth Special Interest Group,簡稱BT SIG)的推進(jìn)下,BT無線技術(shù)已經(jīng)成為兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行無線短距離通訊的最簡單、最便捷的方法。2005年底,藍(lán)牙無線產(chǎn)品周出貨量已超過五百萬件,已安裝基站數(shù)超過5億。

2007年6月12日,諾基亞表示其開發(fā)的Wibree無線技術(shù)將會(huì)加入成為藍(lán)牙規(guī)格的一部分,并已經(jīng)在Wibree論壇與藍(lán)牙特別興趣小組(SIG)達(dá)成了協(xié)議。該消息堪稱BT無線技術(shù)發(fā)展史上的里程碑,將使BT技術(shù)在保持其固有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,穩(wěn)步向小型化無線電、低功率、低成本、內(nèi)置安全性、穩(wěn)固、易于使用并具有即時(shí)聯(lián)網(wǎng)功能方向發(fā)展。

1、藍(lán)牙的優(yōu)勢(shì)

BT技術(shù)之所以在無線短距離通訊領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,與其固有優(yōu)勢(shì)分不開:

首先,BT無線技術(shù)規(guī)格供全球成員公司免費(fèi)使用。許多行業(yè)的制造商都積極地在其產(chǎn)品中實(shí)施此技術(shù),以減少使用零亂的電線,實(shí)現(xiàn)無縫連接、傳輸立體聲,傳輸數(shù)據(jù)或進(jìn)行語音通訊。BT技術(shù)在2.4GHz波段運(yùn)行,該波段是一種無需申請(qǐng)?jiān)S可證的工業(yè)、科技、醫(yī)學(xué)(ISM)無線電波段。正因如此,使用BT技術(shù)不需要支付任何費(fèi)用。除了設(shè)備費(fèi)用外,用戶不需要為使用BT技術(shù)再支付任何費(fèi)用。

其次,BT技術(shù)是一項(xiàng)即時(shí)技術(shù),它不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施,且易于安裝和設(shè)置,不需要電纜即可實(shí)現(xiàn)連接。新用戶使用亦不費(fèi)力:只需擁有BT品牌產(chǎn)品,檢查可用的配置文件,將其連接至使用同一配置文件的另一BT設(shè)備即可。后續(xù)的PIN碼流程就如同在ATM機(jī)器上操作一樣簡單。

再者,BT無線技術(shù)是當(dāng)今市場(chǎng)上支持范圍最廣泛,功能最豐富且安全的無線標(biāo)準(zhǔn)。全球范圍內(nèi)的資格認(rèn)證程序可以測(cè)試成員的產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)。自1999年發(fā)布BT規(guī)格以來,總共有超過4000家公司成為BT特別興趣小組(SIG)的成員。同時(shí),市場(chǎng)上BT產(chǎn)品的數(shù)量也成倍的迅速增長。產(chǎn)品數(shù)量已連續(xù)四年成倍增長,安裝的基站數(shù)量在2005年底達(dá)5億個(gè)。

特別是,BT技術(shù)從一開始的設(shè)計(jì)中就融入了安全理念。由于它在開放的2.4GHz ISM波段上全球通用,因此一開始就構(gòu)建入了穩(wěn)固的特性。通過適應(yīng)跳頻(AFH),信號(hào)不斷“跳躍”,從而限制了來自其它信號(hào)的干擾。另外,BT技術(shù)還內(nèi)置有安全特性,如128位加密和PIN碼驗(yàn)證。BT產(chǎn)品使用它們第一次連接時(shí)的PIN碼彼此識(shí)別,連接后便始終保持安全連接狀態(tài)。 

2、藍(lán)牙規(guī)格的演進(jìn)

由于具有上述優(yōu)勢(shì),加上當(dāng)時(shí)無線技術(shù)尚屬開端,藍(lán)牙技術(shù)在1998年出現(xiàn)時(shí)曾倍受Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba等3C巨頭的青睞,被認(rèn)為是未來無線局域網(wǎng)(WLAN)的主流,不料1999年的Wi-Fi(IEEE 802.11a、11b)興起與強(qiáng)勁發(fā)展,使BT成為WLAN主流的構(gòu)想落空,之后藍(lán)牙SIG組織只好調(diào)整策略,專注于無線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)。

在WLAN領(lǐng)域失利后BT被冷落了一段時(shí)日,且WPAN概念對(duì)普通大眾而言仍屬前瞻、陌生,以至轉(zhuǎn)進(jìn)的策略也未有立即成效,這段期間BT回歸到其最原初的應(yīng)用,即免持式話筒(俗稱藍(lán)牙耳機(jī)),BT原本就只是Ericsson為了取代傳統(tǒng)有線免持話筒所提出的去線化技術(shù),但是在其它大廠分別加入后才被寄予了多元化的應(yīng)用。

時(shí)至今日,BT最普遍的應(yīng)用仍是無線話筒,這是去除往日過大期望后的務(wù)實(shí)回歸,除了話筒外BT也在各應(yīng)用領(lǐng)域上漸有收獲,話筒屬于通訊應(yīng)用,信息應(yīng)用方面則有無線鼠標(biāo)、無線鍵盤,以及部分的無線打印機(jī)等,消費(fèi)性電子方面也有新一代電視娛樂產(chǎn)品的支持,包括Nintendo的Wii及Sony的PlayStation 3等,其無線游戲控制器都是用BT技術(shù)。此外,一些無線玩具、消費(fèi)性GPS、車用電子也都傾向使用BT,BT再次成為眾人重視的焦點(diǎn)。

(1)BT 1.0~1.2歷程

BT依據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有三種傳輸距離,且傳距與發(fā)送功率有關(guān),功率大則傳距遠(yuǎn),反之則近,BT最短的傳輸為1m內(nèi),功率低于1mW(0dBm);中距離為10m內(nèi),功率低于2.5mW(4dBm);長距離則為100m內(nèi),功率低于100mW(20dBm)。

雖有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn),但實(shí)際運(yùn)用上僅常用短距與中距,100m的長距主要用在WLAN領(lǐng)域,因?yàn)閃LAN的主流已是Wi-Fi,所以BT很少再使用長距,中距多用于無線列印之類,最常見的無線話筒則多是在1m內(nèi)的短距。

BT在初期發(fā)展并不順利,許多業(yè)者制造出的BT產(chǎn)品無法互通,1.0版與1.0B版強(qiáng)制規(guī)定硬件裝置必須在握手程序中進(jìn)行尋址式發(fā)送,在協(xié)議層中無法使用匿名發(fā)送,這樣就難以在BT環(huán)境中進(jìn)行服務(wù)規(guī)劃,這是BT初期最大的一個(gè)挫項(xiàng)。之后BT進(jìn)入1.1版,1.1版的主要改進(jìn)有三點(diǎn):
(1)修正1.0B版中的多項(xiàng)錯(cuò)誤。
(2)支持未使用傳輸編碼的通訊信道。
(3)增加接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)。

2003年BT 1.2版發(fā)布,1.2版兼容過往的1.1版,且主要有五項(xiàng)提升:
(1)更快速的通訊連接與裝置搜探。
(2)增加可適性跳頻(Adaptive Frequency~Hopping,AFH)機(jī)制。
(3)強(qiáng)化實(shí)務(wù)上的傳輸率,達(dá)723.1kbps。
(4)增加延伸性的同步連接(extended Synchronous Connections,eSCO)。
(5)在主控接口(Host Controller Interface,HCI)上增加對(duì)三線式UART的支持。

在五項(xiàng)提升中,第2、4項(xiàng)值得進(jìn)一步說明,先說明AFH,這主要是為了避免BT與Wi-Fi相互干擾而追加設(shè)計(jì),由于BT、Wi-Fi都使用2.4GHz頻段,且兩者處在相同的通訊收發(fā)空間中,兩者的電波會(huì)相互干擾,使雙方難以正常運(yùn)作,為了讓兩者能在同一空間相安共容地運(yùn)作BT追加了AFH機(jī)制。

在尚未具備AFH機(jī)制前,BT本身就已經(jīng)使用跳頻手法來抗干擾,BT在2.4~2.485GHz頻段間切劃出79個(gè)頻道,每個(gè)頻道頻寬為1MHz,BT通訊每次只使用79個(gè)頻道中的1個(gè)頻道,但使用時(shí)間短暫,使用時(shí)間一到就會(huì)隨意跳換到其它78個(gè)頻道中的任1個(gè)頻道,并接續(xù)之前的通訊運(yùn)作,如此的跳換每秒要進(jìn)行1,600次。

不過這個(gè)跳換是機(jī)械性、制式的跳換,此一跳換正是為了抵抗干擾,最初是以其它同為2.4GHz 的應(yīng)用(如微波爐)為主要設(shè)想,但卻沒有想到Wi-Fi,為了能與Wi-Fi共存運(yùn)用,所以將機(jī)械性的制式跳頻改成可適性的跳頻。

其次是eSCO,eSCO是針對(duì)語音應(yīng)用而強(qiáng)化,一般來說語音傳輸具有時(shí)效性,在一定的時(shí)間內(nèi)必須有一定的傳輸量,為了滿足此需求通常會(huì)犧牲數(shù)據(jù)的正確性,即便數(shù)據(jù)傳輸后有些走樣、偏誤也大概接受,錯(cuò)誤的信息最終對(duì)音頻播放內(nèi)容不會(huì)造成太大影響,即便有影響人耳也不易察覺,即便察覺也只占極短的播放時(shí)間,也因此傳輸錯(cuò)誤的音頻封包不會(huì)被要求重新傳輸。

但是,若經(jīng)常出現(xiàn)偏誤,或偏誤程度過大,依然會(huì)對(duì)音頻質(zhì)量造成影響,為了改善音頻質(zhì)量BT 1.2加入了eSCO,是原有SCO的擴(kuò)展延伸,在音頻的同步傳輸時(shí)仍對(duì)錯(cuò)誤的封包要求重新發(fā)送,以此來強(qiáng)化音頻質(zhì)量。

(2)增速的BT 2.0

BT 2.0于2004年11月推出,2.0版相容過往的1.x并將傳輸率提升三倍,達(dá)2.1Mbps以上,也因此被稱為EDR(Enhanced Data Rate)版。除了速率提升外,其它的改善還有:減少工作周期進(jìn)而減少功耗、簡化多重連線的機(jī)制以節(jié)省更多可用的頻寬、減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率使傳輸效能提升。

BT 2.0有一個(gè)玄機(jī):由于更高的傳輸率將會(huì)導(dǎo)致更高的功耗,但在相同的數(shù)據(jù)量下BT 2.0比BT 1.x更快完成傳輸,并盡快進(jìn)入休眠、省電模式,功耗反而只有1.x版的一半用電。目前,應(yīng)用最為廣泛的BT技術(shù)是BT 2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn),支持BT 2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也于2006年大量出現(xiàn)。雖然BT 2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上作了大量的改進(jìn),但從1.X標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)下來的配置流程復(fù)雜和設(shè)備功耗較大的問題依然存在。

(3)最新藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn):BT 2.1+EDR

為了進(jìn)一步改善藍(lán)牙技術(shù)存在的問題,藍(lán)牙SIG組織于2007年7月推出了BT 2.1+EDR版本的藍(lán)牙技術(shù)。BT 2.1強(qiáng)化了BT的安全性、使用性。

(1)改善裝置配對(duì)流程:由于有許多使用者在進(jìn)行硬件之間的藍(lán)牙配對(duì)時(shí),會(huì)遭遇到許多問題,不管是單次配對(duì),或者是永久配對(duì),在配對(duì)的過程與必要操作過于繁雜,以往在連接過程中,需要利用個(gè)人識(shí)別碼來確保連接的安全性,而改進(jìn)過后的連接方式則是會(huì)自動(dòng)使用數(shù)字密碼來進(jìn)行配對(duì)與連接,舉例來說,只要在手機(jī)選項(xiàng)中選擇連接特定裝置,在確定之后,手機(jī)會(huì)自動(dòng)列出目前環(huán)境中可使用的設(shè)備,并且自動(dòng)進(jìn)行連接。

而短距離的配對(duì)方面,也具備了在兩個(gè)支持藍(lán)牙的手機(jī)之間互相進(jìn)行配對(duì)與通訊傳輸?shù)腘FC(Near Field Communication)機(jī)制。NFC是短距離的無線RFID技術(shù),以電磁波為基礎(chǔ),取代傳統(tǒng)無線電傳輸。由于NFC機(jī)制掌控了配對(duì)的起始偵測(cè),當(dāng)范圍內(nèi)的兩臺(tái)裝置要進(jìn)行配對(duì)傳輸時(shí),只要簡單的在手機(jī)屏幕上點(diǎn)選是否接受聯(lián)機(jī)即可。不過要應(yīng)用NFC功能,系統(tǒng)必須要內(nèi)建NFC芯片或者是具備相關(guān)硬件功能。

(2)更佳的省電效果:藍(lán)牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能,通過設(shè)定在兩個(gè)裝置之間互相確認(rèn)信號(hào)的發(fā)送間隔來達(dá)到節(jié)省功耗的目的。一般來說,當(dāng)兩個(gè)進(jìn)行連接的藍(lán)牙裝置進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)之后,藍(lán)牙裝置之間仍需要透過相互的呼叫來確定彼此是否仍在聯(lián)機(jī)狀態(tài),當(dāng)然,也因?yàn)檫@樣,藍(lán)牙芯片就必須隨時(shí)保持在工作狀態(tài),即使手機(jī)的其它組件都已經(jīng)進(jìn)入休眠模式。為了改善這樣這樣的狀況,藍(lán)牙2.1將裝置之間相互確認(rèn)的信號(hào)發(fā)送時(shí)間間隔從舊版的0.1秒延長到0.5秒左右,如此可以讓藍(lán)牙芯片的工作負(fù)載大幅降低,也可讓藍(lán)牙可以有更多的時(shí)間徹底休眠。根據(jù)官方的報(bào)告,采用此技術(shù)之后,藍(lán)牙裝置在開啟藍(lán)牙聯(lián)機(jī)之后的待機(jī)時(shí)間可以有效延長5倍以上。
 
(3)強(qiáng)化頻寬管理(Quality of Service,QoS):強(qiáng)化高質(zhì)量的音頻、視頻傳輸,特別是在同一個(gè)piconet內(nèi)將可以竭盡所能(best effort)地傳輸。

(4)Wibree無線技術(shù)并入藍(lán)牙規(guī)格
 
諾基亞2007年6月12日表示,其開發(fā)的Wibree無線技術(shù)將會(huì)加入成為藍(lán)牙規(guī)格的一部分,并已經(jīng)在Wibree論壇與藍(lán)牙特別興趣小組(SIG)達(dá)成了協(xié)議。諾基亞開發(fā)的Wibree技術(shù)能夠幫助耳機(jī)、鍵盤、滑鼠等裝置更好的與電腦連接。這一技術(shù)只需使用非常小的電力,所以手表或附在使用者身上的傳感器等裝置可以更有效地連接。Wibree技術(shù)采用了與藍(lán)牙相同的2.4GHz頻率,但只消耗1/10的電力(當(dāng)然傳送范圍會(huì)減。。

Wibree技術(shù)的并入,將不僅使藍(lán)牙技術(shù)前進(jìn)的步伐更穩(wěn)健,更值得稱道的是,藍(lán)牙規(guī)格從此少了一個(gè)有力的競(jìng)爭者。

(5)BT 3.0大變革:BT over UWB

在BT 2.1之后的BT將會(huì)有大的技術(shù)變革動(dòng)作,由于原有的跳頻作法已讓BT難有更高的傳輸率,同時(shí)為了保持BT一貫注重的省電性,BT SIG在2006年3月宣布新版BT將在無線射頻層上換用新技術(shù),由現(xiàn)有技術(shù)改換成超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)技術(shù),且是用WiMedia Alliance所主張的MB-OFDM(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù),BT 3.0的研發(fā)代號(hào)為Seattle(西雅圖,美國城市)。

BT 3.0預(yù)計(jì)能有480Mbps的速率,如此使BT與無線USB(Wireless Universal Serial Bus,WUSB)間的競(jìng)爭更為明顯。WUSB的極速也是480Mbps,不過必須在3m距離內(nèi)才能達(dá)如此極速,WUSB最遠(yuǎn)傳距為10m,3~10m間只能有110Mbps的傳速。由于BT 3.0未最終確定,因此無法得知480Mbps的最高速率必須在多遠(yuǎn)的傳距內(nèi)才能發(fā)揮。

BT 3.0變革雖大,但也盡可能維持與現(xiàn)有BT各版本間的兼容,此外從BT SIG仍持續(xù)制訂BT 2.1的動(dòng)作來看,未來將會(huì)有一段時(shí)間是BT 2.x與BT 3.0并存的發(fā)展格局。

3、主版本之外的改進(jìn)

除了主版本強(qiáng)化演進(jìn)外,BT也有其它值得留意的發(fā)展與舉動(dòng),例如BT SIG就訂立了一個(gè)新的BT應(yīng)用型態(tài)(Profile):A2DP(Advanced Audio Distribution Profile),此是用來強(qiáng)化流媒體的影音播放傳輸。

另外,BT SIG也期望能擴(kuò)展延伸BT的應(yīng)用,因此在2006年5月額外成立了醫(yī)療裝置的工作小組,該小組有19家業(yè)者會(huì)員(如IBM、Intel、Motorola、Philips等),共同擬制適合于醫(yī)療器材、儀器設(shè)備的BT應(yīng)用型態(tài),由此可知BT的下一個(gè)市場(chǎng)是醫(yī)療硬件,而許多人關(guān)注的車用電子領(lǐng)域,對(duì)BT而言反而不需要新的規(guī)范定義,原有的技術(shù)規(guī)范多可立即照用。

再者,BT SIG在2006年6月推行體驗(yàn)圖示計(jì)劃(Experience Icon Program),期望將BT的數(shù)種功效應(yīng)用化成簡單的標(biāo)章圖示,并印于末端零售產(chǎn)品的包裝盒上,使消費(fèi)者更易辨識(shí)所買物所具備的BT應(yīng)用功效,目前推行的圖示有5種,包括Headset(免持話筒)、Print(無線列。、Input(鼠標(biāo)、鍵盤輸入)、Transfer(檔案?jìng)鬏敚、Music(音樂播放)等。

值得一提的還有:BT SIG不僅是BT技術(shù)的研擬機(jī)構(gòu),同時(shí)也是BT SIG技術(shù)的授權(quán)機(jī)構(gòu)、兼容互通性的認(rèn)證機(jī)構(gòu),所以對(duì)未經(jīng)授權(quán)但卻標(biāo)榜BT技術(shù)的產(chǎn)品自是無法容忍,因此在2006年9月突擊檢查了深圳地區(qū)的非法生產(chǎn)業(yè)者。

接著在2006年10月,BT SIG雖然希望進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證,但卻對(duì)認(rèn)證速度不滿意,進(jìn)而推行了新的認(rèn)證程序,新程序可加速BT產(chǎn)品的認(rèn)證速度。

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