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http://www.technical-direct.com/2011-09/%E8%97%8D%E7%89%99%E5%A4%9A%E6%A8%A1%E6%87%89%E7%94%A8%E8%88%87%E8%AA%8D%E8%AD%89%E8%A6%8F%E7%AF%84%E9%9D%A2%E9%9D%A2%E8%A7%80/

 

在眾多的電子科技傳輸技術中,藍牙(Bluetooth)始終在一般消費者的生活中佔有一席之地,因為能在不需連接外部的網路就讓兩個裝置彼此互連 傳輸,具有相當的方便性與安全性,藍牙在各種行動產品像是筆電、手機等裝置中被視為不可或缺的存在。然而隨著藍牙版本的推陳出新(從最普遍的藍牙 2.0/2.1+EDR、藍牙3.0+HS到藍牙4.0 LE)、和藍牙規範的不斷更新,以及多模應用的越益廣泛,這些種種現象都造成了藍牙版本的紛雜不易識別,並進一步成為廠商尋求認證時的問題。因此,本文便 試圖在探討藍牙版本與近期更新的同時,提供一些認證觀念上的介紹與釐清、以幫助讀者瞭解在申請藍牙認證時的相關重點。

 

快速瞭解藍牙3.0+HS4.0 LE與何謂多模

目前市面上最常見的藍牙版本,仍以藍牙2.0/2.1+EDR為大宗,至於晚近發佈的藍牙3.0+HS和4.0 LE又各有什麼特色呢?

一、藍牙3.0+HS高速技術

藍牙3.0+HS中所謂的”HS”指的就是High Speed,使藍牙的傳輸應用能擴展到大型檔案像是高解析圖像或是影音資料的傳輸,也因此藍牙3.0+HS又常被稱作藍牙高速技術。藍牙3.0+HS的主 要更新特色包括了AMP技術(Generic Alternate MAC/PHY Protocol)、支援802.11協議配接層(802.11 Protocol Adaptation Layer,PAL)、單點無線資料傳輸UCD(Unicast Connectionless Data)、增強電源控制EPC(Enhanced Power Control)等。

其中的AMP技術可以說是藍牙技術的重大突破,那就是讓藍牙可以使用其他的無線通訊技術來應付大量資料的傳輸需求;而對802.11協議配接層的支 援則是讓Generic AMP能運作於IEEE 802.11通訊協定,這兩者也就形成了我們接下來會提到的藍牙”多模”應用;至於單點無線資料傳輸,指的是透過省去L2CAP的配置步驟,來減少需要快 速連接時和發送少量資料狀況下的反應時間與功耗;而增強電源控制的這個特色,則能讓裝置提升功率控制的能力並支持多種調變模式,以讓傳輸距離達到最佳化。

在藍牙3.0+HS後開始被不斷提到的多模,指的就是在保留原始藍牙連線配對方式的前提下,裝置仍可以依照不同功能與傳輸需求來運用不同的無線技 術。對消費者而言,在使用上仍然維持傳統(classic)藍牙連線的認知,設定簡便而不需要刻意手動切換不同的無線連線方式,因此藍牙3.0+HS能使 用Wi-Fi進行連接傳輸,便是多模應用的典型。

而藍牙多模應用是怎麼開始的呢?事實上,藍牙技術聯盟在2007年的會員大會就提出了一統無線通訊的概念,試圖將UWB、NFC、Ultra Low Power與Wi-Fi等通訊技術納入藍牙技術架構中,因此如前所述,在接下來釋出的藍牙3.0版本規格,便加入了對AMP以及802.11PAL技術的 應用。現在市場上運用的802.11PAL解決方案,即是當使用上有大量傳輸需求的時候,藍牙的通訊協定層可以直接指揮Wi-Fi的MAC/PHY,透過 該無線網路頻段實現高速資料傳輸的可能。

一言以蔽之,藍牙3.0+HS的最大特點便在於實現更快更順暢的傳輸經驗,目前藍牙3.0+HS已經開始逐漸廣泛被運用在檔案傳輸上(例如在 FTP、OPP等傳統藍牙應用定義),傳輸速度由3Mbps大幅提升至54/108Mbps(透過802.11g),而隨著現在多家晶片整合廠商逐漸實現 與802.11n的技術整合,屆時藍牙3.0+HS可支援傳輸速度將可以更快。除了檔案傳輸之外,由於藍牙技術聯盟在跨入視訊無線傳輸領域的野心,目前亦 對於相關通訊協定做積極整合。

二、藍牙4.0 LE低功耗技術

至於藍牙4.0 LE中的”LE”代表的是Low Energy,也就是低功耗。藍牙4.0的技術架構包含了傳統藍牙技術(如Bluetooth 2.1+EDR)與藍牙低功耗技術,藍牙4.0+LE更加入了藍牙3.0高速技術。其中的低功耗技術可謂是4.0的最大特色。藍牙低功耗技術宣稱能大幅節 省電力耗損,因此相當適合使用微型電池裝置,該技術能使藍牙裝置在閒置時休眠、僅在需要執行傳輸任務時啟動藍牙功能,因此能有效的降低功耗,延長使用壽 命。

藍牙4.0 LE的另一大特點則是開發出所謂的單工與雙工模式(Single Mode & Dual Mode)。單工模式能經由簡易的裝置搜尋、單點對多點資料傳輸設計,達到低電耗連線傳輸的目的;而雙工模式的運作架構,則是可以與不同的藍牙規格(例如 2.1 + EDR或是3.0 + HS)相結合,使用者可根據需求切換高速或者是低耗電的運作方式。因此廠商可以更彈性的依據裝置的使用目的,採用合適的模式,例如單工模式可應用在一些需 長時間連結但毋須持續傳輸資料的裝置,而雙工模式則適合需要同時與不同類型產品(像是電腦或手機)進行傳輸的裝置。

bluetooth-4

*圖一  藍牙4.0技術架構

藍牙4.0 LE技術讓傳統藍牙與低功耗技術可以獨立存在、也可並存共用,而也由於這樣的變革,使藍牙4.0 LE的應用層面更為多元。低功耗的技術適用於醫療電子與健康管理領域,而高速技術則能讓資料傳遞更省時,舉例而言,採用藍牙4.0 LE雙工模式的血壓計,便能透過低功耗技術記錄受測者的血壓狀況、並利用傳統藍牙技術將記錄得到的數據資料或圖像傳送到中心資料庫。再加有別以往的點對點 連接,藍牙4.0採用拓樸(Topology)架構,容許更多裝置的串連使用,更讓藍牙4.0 LE技術的應用前景可期。

藍牙規範介紹與近期更新

 

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*圖二  HFP規範示意圖與技術架構(來源:藍牙技術聯盟網站)

除了在出現重大的技術更新與新應用方式時,藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group,SIG)會發佈新的規格版本(像是我們前面提到的藍牙3.0+HS與4.0 LE)外,為維繫藍牙設備間的互操作性,以及即時增加新的附加功能,藍牙技術聯盟也持續發佈不同的藍牙規範(Bluetooth Profile),讓廠商可以依照需求選擇是否導入應用。

幾個常見的藍牙規範舉例如下:

  • A2DP(Advance Audio Distribution Profile):定義裝置間的立體聲音訊傳輸。
  • BIP(Basic Imaging Profile):定義裝置間的圖像傳輸,其中又包括圖像遠端瀏覽、進階遙控列印、相機遠端控制等。
  • CTP(Cordless Telephony Profile):定義家用話機間的通訊傳輸。
  • HSP(Headset Profile):定義無線耳機的通訊傳輸。
  • HFP(Hands-Free Profile):定義免持裝置的連接傳輸。
  • ICP(Intercom Profile):定義通訊裝置間的對講功能。
  • LAP(LAN Access Profile):定義將藍牙裝置模擬成無線AP連網的功能。
  • FTP (File Transfer Profile):定義裝置間的檔案傳輸。

除此之外,還有許多像是針對SIM卡存取、傳真功能、同步功能、訊息傳輸等所定義的藍牙規範。設計製作藍牙裝置的廠商並不需要將所有的藍牙規範都納入在裝置的功能中,而是可以針對自家產品的屬性來選用合適的藍牙規範。相關的完整介紹可以參見藍牙網站的介紹:https://www.bluetooth.org/Building/HowTechnologyWorks/ProfilesAndProtocols/Overview.htm

在今年六月份,藍牙技術聯盟也公布了兩個已正式定案的最新藍牙4.0 LE規範(屬於十六個基於Generic Attribute Profile基礎下的藍牙規範中),這兩個藍牙規範分別是PXP(Proximity Profile)和FMP(Find Me Profile)。PXP是透過兩台裝置間的距離偵測,讓彼此間在距離超出一定範圍時發出提醒或自動鎖定,FMP則是讓裝置能對在射程範圍內的另一裝置進 行定位。這兩個藍牙規範的釋出,被視為將對於未來在安全監控和遠端呼叫的應用有相當程度的提攜作用。

除此之外,這十六個GATT架構下的藍牙規範還包括像是能接收時間訊息的Time Profile、紀錄血壓量測資訊的Blood Pressure Profile and Service和能發出警告訊息的Immediate Alert Service等技術規範,讓藍牙裝置未來的應用範圍能更臻廣泛。

不可不知的藍牙認證基礎知識

在討論完藍牙的版本與近期規範更新後,接下來我們便進入到藍牙認證的介紹。

基本上藍牙的認證測試主要可分為三個方面的測試,包括:

  1. 射頻Radio Frequency:測試Transmitter的電性、功率、調變是否正常、相位轉換是否正確、Receiver的敏感度以及抗干擾能力是否符合規範。
  2. 協定層Protocol:測試協定層的處理能力,以驗證語言溝通是否正確、下指令時是否會獲得正確回應。
  3. 藍牙規範Profile:驗證在不同用途下,應該使用的相關規範和通訊協定以及互通性是否良好。

上述的測試,都有根據產品類別與宣告功能所對應的詳細測試項目,至於這些測試項目的執行方式,則需依照藍牙技術聯盟公布的測試案例參考列表 (Test Case Reference List,TCRL)來進行測試,TCRL列表定義了所有認證中要求的相符性測試(Conformance Test)與互操作性測試(Interoperability Test)項目的類型,這些測試項目可分為以下四種類型:

  • Category A:必須由藍牙技術聯盟所認可指定的藍牙認證測試實驗室(Bluetooth Qualification Testing Facility,BQTF)執行測試。
  • Category B:必須使用協會指定的測試儀器進行測試,並遞交測試數據作為呈交證據(Evidence)。
  • Category C:為與已通過認證產品間的測試,僅需自我宣告測試通過、不需遞交測試數據。
  • Category D:已退役淘汰或即將新增的測試項目,不具認證效力,因此毋須執行測試。

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*圖三  藍牙裝置版本判定表格-僅節錄部分(來源:藍牙技術聯盟網站)

由上觀之,便可知道藍牙認證測試在測試項目上有相當多細節必須注意,再加上藍牙版本眾多、規範各有歧異,使得原來就已不甚簡單的藍牙認證流程更為複 雜。至於送測時如何判斷自家的產品屬於什麼樣的藍牙規格版本呢?在藍牙技術聯盟制訂的藍牙認證列表(Qualified Design Listings,QDLs)上,定義了不同的藍牙裝置類型,共包括Controller Subsystem、Host Subsystem、Profile Subsystem、Component 以及End-Product等五種,這些裝置都需根據其元件所採用的version不同、而宣告成為不同的藍牙規格版本。以圖三節錄的表格為例,便是藍牙 技術聯盟所定義的藍牙裝置版本判定表格,以協助廠商瞭解如何判斷自家裝置所屬的藍牙版本,但由於各種組合的可能眾多,即使有表格的幫助,仍然很可能造成識 別不易的問題。

除了版本識別的困難外,在實際的認證測試上,也有許多限制與規定,舉例來說,若要

取得藍牙3.0+HS版本的認證,則受測品必須要符合下列先決條件,包括:Bluetooth controller必須為2.1+EDR或3.0版本、WLAN 802.11b/g controller必須通過Wi-Fi認證、符合Bluetooth 3.0 Host Stack架構、遵循802.11 PAL協議等。至於藍牙4.0LE,則因為在實體層、通訊協定層及應用定義層均有別於傳統的藍牙傳輸架構,加上又分成單工與多工兩種模式,在認證測試上的 差異又更甚以往。

申請藍牙認證的有力助手–BQE

藍牙種種的規定與持續的技術更新,都成為廠商在尋求藍牙認證測試時的困擾,而這也突顯了BQE(Bluetooth Qualification Expert)存在的價值所在。BQE是由藍牙技術聯盟所認可的專業人士,主要任務在提供藍牙技術的認證諮詢服務,藍牙裝置製造商在進行裝置認證測試時, 可以指定要透過BQE進行認證列表(QDL)的登錄,由BQE完成認證列表登錄的藍牙裝置在三年之內將不會受到稽核,這也相當程度代表了藍牙技術聯盟官方 對於BQE專業能力的信賴。

目前任職於專業測試實驗室暨諮詢機構百佳泰(Allion Test Labs, Inc)電腦產品測試中心主任,並為藍牙技術聯盟官方認可的BQE的高振家主任出,就他身為BQE提供諮詢服務的經驗,主要的責任範圍包括有:

1. 藍牙裝置規格版本諮詢:就像前面提到的,由於藍牙裝置的版本判定不易,一般廠商通常難以識別自家產品所屬的藍牙版本,或者根據聯盟提供的表格按圖索驥後仍無法確定正確歸屬,因此就需要BQE的專業協助。

2. 認證測試評估,包含測項、測試時間、測試費用諮詢:藍牙認證測試內容繁複,測項會因裝置的產品類型、採用的 controller版本、導入的藍牙規範以及當時的TCRL列表規定等而有所不同,因此在進行實際測試前先確定哪些是強制規範的測項,將能避免測項不符 規定必須重測的風險。除此之外,BQE也能先行預估認證測試所需的時間、以及所需的測試費用,協助廠商預先掌握測試時程及預算控制。

3. 藍牙製造廠商支援文件(如PICS)諮詢審查:申請藍牙認證測試的流程中,有許多申請文件與表格必須填寫,舉例 來說,廠商必須正確填寫受測藍牙裝置的所有適用功能於PICS文件(Protocol/ Profile Implementation Conformance Statement)中,而在這份文件中所宣告的所有特性,都必須依藍牙技術聯盟的規定進行測試。而BQE的角色具備對藍牙認證規範的熟悉與測試項目的瞭 解,能協助審查相關文件的填寫是否符合實際情況與測試規範;此外,BQE也能協助廠商制訂測試計劃(Test Plan)、或審查測試計劃的合宜性,避免被退回或後續稽核發現錯誤的可能。

4. 協助找尋合適的藍牙認證測試實驗室(BQTF):儘管所有BQTF都是藍牙技術聯盟所認可的認證測試實驗室,但除了認證測試的執行外,各BQTF在服務範圍、儀器多寡、時程安排方式等都各有不同,因此透過對各BQTF瞭若指掌的BQE選擇最適合自己需求的實驗室,將是最省時省力的方式。

5. 問題偵錯協助:除了測試前的各種諮詢服務外,BQE也能根據測試數據資料,提供問題的偵錯(debug)與建議,由於在藍牙技術聯盟的規定下,BQE與BQTF必須隸屬於不同執行部門,且經常是不同機構單位,更能維持BQE的獨立性與可靠度。

6. 認證測試結果審查:為確保測試的結果忠實符合測試規範、並且與PICS文件遞交的內容相符,BQE可以在測試完成後進行結果的審查,減少遞交後被藍牙技術聯盟駁回的機率。

7. 測試結果(TDU)上傳:協助將測試結果上傳到藍牙技術聯盟等待審查,經由BQE執行上傳動作將會被特別註明,代表已先經過BQE的初步檢視。

8. 藍牙裝置認證列表、QDID取得:延續前面敘述的服務內容,廠商的最終目的都在讓裝置通過認證測試、列於認證列表並取得QDID(Qualified Design ID),而這也都是BQE所能提供的諮詢範圍。

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*圖四  藍牙認證流程(來源:藍牙技術聯盟網站)

高振家主任表示,完整的藍牙認證測試流程可以參考圖四由藍牙技術聯盟所提供的認證步驟圖表,而實際上BQE在整個認證流程確實也扮演重要角色,從第 一步的加入聯盟會員申請帳號、到進行測試計劃遞交、執行認證測試到最後產品通過認證被列名,BQE都能提供實質的技術支援。因此,面對複雜的藍牙認證申 請,多數廠商均會透過BQE尋求諮詢與疑難解答。

榮景可期的藍牙多元創新應用

在前面我們討論了藍牙3.0和4.0的技術,與認證方面的介紹,那麼藍牙的未來有怎樣的發展性呢?目前的藍牙已普遍存在於手機、筆電等行動裝置中, 在個人的小檔案傳輸任務中扮演要角,包括在車載資通訊(Infotainment & Telemetic),藍牙技術也能提供包括免持接聽、同步聯絡人、檔案分享、乃至於胎壓偵測的功能。而由於藍牙3.0提供了高速傳輸的可能,讓影片、音 樂可以快速傳遞,因此能有效提升藍牙應用的商業價值,例如在一些品牌活動行銷的場合,可以讓參與民眾接收到促銷影片或動畫、桌布,或是在影城或百貨公司等 地提供電影預告片的藍牙發送點,加上原本業者就會透過藍牙傳遞的折價券、促銷訊息等,都讓藍牙的商業應用更加多元化。而在未來的終端運用上,藍牙高速技術 更有可能不限於行動裝置間的小檔案傳輸,甚至可以進行家電裝置間的影音資訊傳遞,讓家庭娛樂的使用更加便利。

至於藍牙4.0,由於低功耗技術的推波助瀾,使藍牙技術進軍醫療電子的趨向銳不可擋,包括個人運動紀錄、健康狀態監測、家庭照護以及醫療體系內病患 資訊傳遞等領域,都開始出現藍牙4.0技術的蹤跡,以推廣遠距照護為宗旨的Continua健康聯盟(Continua Health Alliance),便採用藍牙技術為讓裝置間互通有無的主要應用標準,這也帶動廠商紛紛推出採用藍牙4.0規格的醫療照護裝置。

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*圖五  Continua健康聯盟技術推廣架構(來源:Continua健康聯盟網站)

藍牙的多元發展試圖打造更便利的消費者使用環境,讓我們享有更方便、簡單又快速的生活應用。對廠商而言,確保產品符合藍牙技術規範、維持高度互操作 性,將是讓產品能在市場上被普及的先決條件,而這一切都有賴藍牙認證測試的背書、以及更進一步的藍牙裝置互操作性測試。百佳泰居為國際認證測試實驗室的領 導地位,在提供BQE服務、處理認證需求之餘,也因此準備大量且多樣化的藍牙裝置,以滿足市場上長期以來對藍牙相容性驗證的大量需求,百佳泰也期待藉此能 協助更多廠商通過認證、並提供消費者更高品質的藍牙產品。

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