淺析基于藍(lán)牙協(xié)議的生理電信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

趙亞茹

摘 要：藍(lán)牙協(xié)議是面向個(gè)人領(lǐng)域近距離傳輸需要的一種無(wú)線通信協(xié)議。文章主要對(duì)藍(lán)牙協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程與生理電信號(hào)傳輸要求展開(kāi)分析，并且提出了一種適于生理電信號(hào)測(cè)量的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議庫(kù)的應(yīng)用，對(duì)藍(lán)牙應(yīng)用軟件進(jìn)行編寫(xiě)，并且對(duì)該種模型的有效性與實(shí)用性進(jìn)行了成功驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：生理電信號(hào)；藍(lán)牙協(xié)議；傳輸；實(shí)現(xiàn)

如今，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)被多個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了一定的成效。藍(lán)牙技術(shù)由多個(gè)世界著名多家通信公司與計(jì)算機(jī)公司聯(lián)合提出的，用于計(jì)算機(jī)上的、以分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為基礎(chǔ)的無(wú)線通信技術(shù)。藍(lán)牙屬于一種短距離無(wú)線連接技術(shù)，該種技術(shù)擁有全開(kāi)放性、低成本與面向個(gè)人半徑空間的特點(diǎn)。該種技術(shù)受到藍(lán)牙共同利益組織推動(dòng)發(fā)展，在帶動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)與通信行業(yè)等多方面發(fā)展中有著積極意義。

1 藍(lán)牙協(xié)議的組成與通信過(guò)程研究

1.1 藍(lán)牙協(xié)議的組成

作為開(kāi)放性的近距離高速通信標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙協(xié)議內(nèi)容主要有：藍(lán)牙核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話控制協(xié)議以及選用協(xié)議這四個(gè)方面。依據(jù)具體的應(yīng)用，藍(lán)牙協(xié)議棧能夠進(jìn)行靈活配置，并且鼓勵(lì)盡量應(yīng)用各種高層協(xié)議，確?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)能夠融合在一起[1]。為此，除藍(lán)牙核心協(xié)議意外，其他三方面的協(xié)議都需要依據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定。

1.2 藍(lán)牙通信過(guò)程

藍(lán)牙在ISO/OSI模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與消費(fèi)交換的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了定義，主要完成了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層等各個(gè)方面的功能。藍(lán)牙上層應(yīng)用實(shí)體則通過(guò)HCI接口實(shí)現(xiàn)上層服務(wù)通藍(lán)牙協(xié)議棧的消息交換與數(shù)據(jù)傳輸方面的功能。一般而言，藍(lán)牙通信過(guò)程主要包括查詢、應(yīng)答、監(jiān)理連接以及連接協(xié)商等內(nèi)容。其中，查詢與應(yīng)答表現(xiàn)為：通過(guò)查詢工作的實(shí)施，來(lái)發(fā)現(xiàn)并且建立較為固定的微微網(wǎng)，同時(shí)為監(jiān)理更好的配對(duì)機(jī)制做相應(yīng)的信息準(zhǔn)備。由于藍(lán)牙應(yīng)用了TDMA進(jìn)行信息傳輸，在時(shí)隙對(duì)數(shù)據(jù)量與響應(yīng)速度限制影響之下，任何一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備和另一個(gè)新的藍(lán)牙設(shè)備在相互識(shí)別期間，都需要建立較為穩(wěn)定的連接，但是該種連接往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，該種特性又會(huì)給實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)不利的影響。為了能夠有效避免使用初期出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法連接的問(wèn)題，便需要在應(yīng)用前仔細(xì)檢查藍(lán)牙設(shè)備，并且實(shí)施相應(yīng)的應(yīng)答操作，從而確保能夠相互的對(duì)對(duì)方信息地址進(jìn)行存儲(chǔ)，這便能夠在連接范圍之內(nèi)，短時(shí)間的完成信道激活操作。作為數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能查詢與應(yīng)答是不可缺少的。

而建立連接的目的在于：對(duì)藍(lán)牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行固化，其過(guò)程表現(xiàn)為：首先需要對(duì)無(wú)特定連接的異步鏈路實(shí)施有效建立。通常，異步鏈路可簡(jiǎn)稱(chēng)為ACL類(lèi)型的物理連接，在建立期間往往需要展開(kāi)連接設(shè)置與鑒權(quán)等方面的操作，在完成物理鏈接以后，在L2CAP層上兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行藍(lán)牙信道的建立，之后通過(guò)進(jìn)一步的請(qǐng)求與協(xié)商建立藍(lán)牙連接。在連接藍(lán)牙的基礎(chǔ)之上，還能夠進(jìn)行附加連接的建立。其中附加連接主要將ACL鏈路作為主要的形式，其數(shù)據(jù)將幀作為單位，包括幀的類(lèi)型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)的內(nèi)容等。在連接建立期間，藍(lán)牙之間的協(xié)商數(shù)據(jù)經(jīng)L2CAP層截獲，并且對(duì)所截獲的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2]，同時(shí)在芯片內(nèi)嵌處理器上執(zhí)行相應(yīng)的命令。

在連接協(xié)商方面，建立ACL連接以后，往往還需要對(duì)連接類(lèi)型進(jìn)行選擇。在連接協(xié)商中，能夠?qū)⒎?wù)對(duì)象之間的交互數(shù)據(jù)類(lèi)型、編碼方案與傳輸時(shí)隙的分配確定下來(lái)。在處于關(guān)閉連接與休眠模式的時(shí)候，需在建立藍(lán)牙連接以后，盡管缺少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，也會(huì)在一定程度上增加設(shè)備的耗電量，這在電池支持系統(tǒng)方面是一種無(wú)意義的消耗。為此，針對(duì)所建立起來(lái)的連接，往往需要利用周期休眠的模式來(lái)降低功耗，同時(shí)也可以在較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，將連接關(guān)閉，這便能夠減少耗電量，避免出現(xiàn)無(wú)意義的消耗。

2 生理電信號(hào)傳輸要求與實(shí)現(xiàn)

生理電信號(hào)的組成，主要有生物體在生命活動(dòng)中機(jī)體、組織以及器官等各級(jí)系統(tǒng)所產(chǎn)生的特定表征，所轉(zhuǎn)化成的一種電信號(hào)所構(gòu)成，這能夠?qū)⑻囟ǖ纳顒?dòng)細(xì)節(jié)充分的反應(yīng)出來(lái)[3]。這與蔣建文，韓江洪，何 等在《基于藍(lán)牙協(xié)議的家庭信息網(wǎng)解決方案》一文中的觀點(diǎn)有著相似之處。如果按照信號(hào)頻率的范圍進(jìn)行劃分，可以將其分為：低頻信號(hào)、中高頻信號(hào)以及寬帶高頻信號(hào)。其中，低頻信號(hào)的最高頻率在250Hz以下，其代表便是心電；中高頻信號(hào)代是心音；寬帶高頻信號(hào)主要指肌電。一般而言，在ACL中藍(lán)牙存在7種分組，其中能夠適合生理信號(hào)的帶有2種校驗(yàn)機(jī)制的是，DM1、DM3以及DM5分組。

3 問(wèn)題與改進(jìn)建議

藍(lán)牙連接期間，存在首次連接耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題。一般而言，藍(lán)牙設(shè)備首次建立連接期間，所耗時(shí)間比較長(zhǎng)，一般都需要在十幾秒以上才能夠完成連接，在試驗(yàn)中，距離如果小于5m便能夠順利的完成連接。但是這在實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)中是不允許的?？扇绻麅蓚€(gè)藍(lán)牙設(shè)備預(yù)先相互認(rèn)證并且綁定在一起以后，那么信道激活時(shí)間所耗時(shí)間便較短。為此，沒(méi)有綁定的設(shè)備不適合立即應(yīng)用的。

另外，在設(shè)備位移速度方面的影響。實(shí)踐表明，在藍(lán)牙建立連接過(guò)程中，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)物體并不適用[4]，例如高速運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)。只有已經(jīng)建立連接的雙方，才能夠在一定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不出現(xiàn)連接丟失的情況。對(duì)于人體而言，由于運(yùn)動(dòng)速度不高，能夠保持充分運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，藍(lán)牙依舊處于連接的狀態(tài)。

其次，空間阻礙會(huì)給傳輸率帶來(lái)一定的影響。當(dāng)數(shù)據(jù)通路在實(shí)現(xiàn)范圍以內(nèi)遇到空間阻礙的時(shí)候，那么數(shù)據(jù)傳輸率便會(huì)出現(xiàn)明顯降低的情況，而導(dǎo)致出現(xiàn)該種情況的原因在于，藍(lán)牙功率調(diào)節(jié)命令字并沒(méi)有依據(jù)實(shí)際的阻礙狀態(tài)實(shí)施設(shè)置工作。在無(wú)障礙的時(shí)候，信號(hào)便能夠穩(wěn)定傳輸[5]，這與李莉在《新型藍(lán)牙無(wú)線文件傳輸協(xié)議RBTFT的研究與實(shí)現(xiàn)》一文中的觀點(diǎn)有著相似之處。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的校驗(yàn)以后，由于誤碼率比較低，這便導(dǎo)致藍(lán)牙發(fā)射功率維持正常傳輸水平也比較低，可這又能夠在極大程度上降低給周?chē)h(huán)境帶來(lái)的干擾與輻射。如果存在障礙，那么要保證數(shù)據(jù)擁有正確性的特點(diǎn)，便需要不斷的提升發(fā)射率。在此期間，如果沒(méi)有實(shí)施功率調(diào)整工作，那么便會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的情況，甚至引發(fā)頻繁數(shù)據(jù)重發(fā)現(xiàn)象的出現(xiàn)，為此，傳輸速率大幅度下降。只有在功率配合的背景之下，才能夠?qū)⒐潭ǖ目臻g障礙有效解決，降低對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟焕绊憽６ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)重傳，便能夠?qū)㈦S機(jī)空間阻隔問(wèn)題解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為一種開(kāi)放性的近距離通信標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙不僅涉及了無(wú)線射頻技術(shù)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域也廣泛的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，在這些領(lǐng)域中，不僅存在較為成熟體系化的協(xié)議機(jī)制與標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還處于一定的修正與改造當(dāng)中，從而使其能夠適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境，并且能夠更好的發(fā)展。這種小范圍的籃網(wǎng)優(yōu)勢(shì)在于：能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域標(biāo)定與個(gè)性化數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)，這在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位和保障數(shù)據(jù)安全方面有著積極作用。為此，不斷提升藍(lán)牙技術(shù)水平，已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域需高度重視的問(wèn)題。

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