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藍牙大變身 搶當WPAN霸主

參考網址:http://www.zdnet.com.tw/enterprise/technology/0,2000085680,20132411,00.htm

在一般高度資訊化的社會裡,引領通訊技術潮流的不外乎是無線廣域網路(Wireless Wide Area Network, WWAN)、無線都市區域網路(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN)與無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)等。但隨著個人手持裝置在通訊技術上的演變極快,不但刺激出無數新發展,也讓無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network, WPAN)等議題,備受市場討論。

圖說:無線網路一覽表。

最近,又以被廣泛運用在手機上的藍牙技術(Bluetooth)、低功耗/低傳輸速率的ZigBee,以及與手機廣泛結合的短距傳輸技術(Near Field Communication, NFC)等三者,廣為眾人討論

這一次,讓我們先來談談藍牙技術。

根據電機及電子工程師協會(IEEE)的定義,無線通訊標準可分作WWAN、WMAN、WLAN與WPAN(圖1)等四層。

近期當紅的GSM及其系列家族,如高速封包接取(HSPA)、長程演進計畫(LTE)皆屬於WWAN;在國內頗富知名的全球微波互通介面(WiMAX)則是WMAN;為台灣網通廠商帶來大幅營收的WiFi則屬於WLAN;近期積極整合的藍牙、ZigBee與NFC則位在WPAN之林。

為避免讀者誤會,這裡一併附上市場的另外一種說詞,即,ZigBee屬低速WPAN(又稱WSAN),而NFC則比較接近Smart Card的應用。相關技術規格比較如表1。



 

表1:無線個人區域網路(WPAN)技術一覽表。

最早在1998年10月推出0.7版的藍牙技術,經過多年的演進,除已從初萌芽的「藍芽」搖身一變成為張牙舞爪的「藍牙」,更在2007年7月推出2.1+EDR版(註:EDR指的是加強資料傳輸速率)。

(按:「藍芽」是最早Bluetooth的中文名稱,而在2007年時由藍牙技術聯盟統一正名為「藍牙」,此處乃採雙關語)

才在2008年9月歡慶10週年大壽的藍牙技術聯盟,也透露藍牙技術的未來三大技術走向:重視配對功能的藍牙2.1+EDR、結合了Wibree的超低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy),還有即將問世的高速藍牙規格。

從2.1+EDR版本,可看出,藍牙主要催生者─藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth SIG),除了改善既有的功耗問題,也加快藍牙的傳輸速度,並提升應用廣度。

一般分析,藍牙技術聯盟之所以會設立這樣的技術藍圖,除為因應行動裝置的演進變化,另外一個關鍵因素是,藍牙技術聯盟,不甘於既有的角色,如只能在手機免持聽筒上發揮等,積極朝醫療產業、汽車電子、消費性電子(CE)與家用網路等市場進軍。

 藍牙技術聯盟雖欲透過上述的三大技術改革,擴展藍牙技術的市場應用範疇,但究竟該怎麼作呢?

藍牙技術聯盟是否能如願,以重視配對功能的藍牙2.1+EDR、結合了Wibree的超低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy),與即將問世的高速藍牙規格等三種藍牙技術,成為無線個人區域網路(WPAN)霸主??Bluetooth 2.1+EDR在藍牙技術的演進路途中,2.1+EDR幾乎可稱作血統最「純正」的技術。理由是,該版本很重視改善裝置配對流程與省電效果等議題。在改善配對流程方面,藍牙技術聯盟為了避免裝置間的操作流程過於複雜,遂簡化了配對流程,讓使用者在確認安全性問題後,即可以手機為主的行動裝置,列出環境中可連線的設備,並且自動加以連結。至於省電效果方面,藍牙2.1+EDR版加入Sniff Subrating功能,透過延長兩個裝置的確認連線與否的訊息,節省功耗。針對此點,藍牙技術聯盟解釋道,原先的藍牙技術為確認裝置間的連線狀態,是透過不斷發送確認訊息的方式進行,而這意味著,藍牙裝置必須時時保持工作狀態,耗電量也會大增。但這問題在藍牙2.1+EDR出現後,得以解決,因為,藍牙2.1+EDR除延長了上述確認訊息,也允許藍牙晶片進入休眠。根據了解,採用此技術之裝置待機時間可有效延長5倍以上。從藍牙2.1+EDR的改進重點可以看出,此版本仍不脫離手機與其連線裝置的應用概念。當然,這藍牙技術以內建在手機與筆記型電腦等全球超過9億個的行動裝置,如消費大眾都熟知的藍牙免持聽筒耳機等。不過,藍牙技術聯盟的野心可不僅止於行動裝置市場,這從其計劃透過超低功耗藍牙進軍醫療電子、汽車電子等市場,可見一斑。?超低功耗藍牙超低功耗藍牙 (Bluetooth Low Energy)也被稱為Ultra Low Power(ULP),其應用非常廣泛,包括手表、醫療感測器及運動器材等。舉例來說,使用者可以將手機與手錶結合,一旦有來電或簡訊時,來電號碼或是簡訊內容都可以透過超低功耗藍牙,傳至手錶上顯示,對許多肢體不便、或是在特殊場合的使用者,都是一種新興應用。此外,醫療感測器也是超低功耗藍牙發揮的絕佳舞台。對慢性病患者、銀髮族或是須要長期監控的病人來說,醫療院所只需將醫療感測器安裝待監控的患者或病人的手錶、眼鏡或皮帶等隨身物品上,再透過超低功耗藍牙輔助,即可將醫療感測器監測到的異常血壓、心跳或是其他病症等訊號,傳至醫護人員的手機等裝置上,讓其能在第一時間,進行緊急處理。但因醫療監控是不容中斷的監控服務,因此,低功耗與否,將是超低功耗藍牙能否成功進軍醫療機戶市場的關鍵。

稍早的資訊顯示,超低功耗藍牙晶片在數公尺的距離內,若以1Mbit/s的速率傳送資料,功耗低於15mA;若為待機模式,晶片功耗則降至30μA;若進入休眠模式,甚至可降低至900nA

而且,也有業者持續致力於研發,更低功耗的技術,以延長作業時間。

不過,超低功耗藍牙的問世,無疑地與另一項低功耗技術─ZigBee,有正面衝突。

那麼,同樣將醫療產業視作核心應用之一的ZigBee支持者將如何應對,由於該議題不在此次討論範圍,且待我下回另闢題目進行討論。

?高速藍牙

藍牙技術聯盟除致力於解決低耗電,與簡便配對等功能,傳輸效能也一直是該聯盟關注的核心議題。

事實上,曾被稱為藍牙3.0的高速藍牙,一直是業界討論的話題。

今年7月時,藍牙技術聯盟透露了其技術支援對象,同時包含WiMedia超寬頻(UWB)與WLAN技術IEEE 802.11。

這代表,無論是WiMedia UWB或是IEEE 802.11,都是高速藍牙規格的候選媒體存取控制(MAC)及實體層(PHY)的技術。

理由何在?當然是為了讓消費性產品,能夠透過藍牙技術,有更快的吞吐量。畢竟,結合了UWB或是IEEE 802.11後,高速藍牙即可輕鬆突破480Mbit/s甚至1Gbit/s的傳輸速度。

會有這樣的發展方向,與過去藍牙技術因為在功耗上的進展有限,手機、或筆記型電腦等行動裝置的使用者不能、也不習慣透過藍芽技術進行各種應用,導致藍芽技術的應用範疇有限,有極大關係。

但是,隨著功耗進一步探底、傳輸速率提升,(高速)藍牙技術已可用在檔案傳輸,換句話說,高速藍牙技術,將直接搶攻通用序列匯流排(USB)與WiFi等應用市場。

事實上,任何需要傳輸線的應用環境,都可以是高速藍牙的舞台,例如無線列印、影音檔案互傳,都可以在彈指間由高速藍牙完成。

不過,目前藍牙技術聯盟尚未正式發表高速藍牙的完整規格,且立基於IEEE 802.11的高速藍牙,也仍將面對IEEE 802.11n;個人電腦的檔案傳輸上也還是會遇到無線通用序列匯流排(WUSB)的競爭,因此,高速藍牙的發展仍有待觀望。

以上,僅針對藍牙技術進行探討,下一篇,將為讀者介紹WPAN中的另二種技術─ZigBee與NFC等與藍牙技術有著密切關聯性的技術。

關聯性何在?ZigBee與超低功耗藍牙同樣進軍低功耗市場;NFC與藍牙,則同樣是以手機為主要載具,有興趣的讀者,請待下回分曉。


標籤: 藍芽 應用 藍牙 手機
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