蓝牙多模应用与认证规范面面观

藍牙多模應用與認證規範面面觀藍牙多模應用與認證規範面面觀 Posted by Tech Direct 星期五 30 九月 2011 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 快速瞭解藍牙快速瞭解藍牙 3 0 HS3 0 HS 4 04 0 LELE 與何謂多模與何謂多模 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 藍牙一 藍牙 3 0 HS3 0 HS 高速技術高速技術 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 藍牙二 藍牙 4 04 0 LELE 低功耗技術低功耗技術 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 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藍牙規範介紹與近期更新 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 Overvie w 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 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申請藍牙認證的有力助手 BQEBQE 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 的高振家主任指出 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 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 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 如藍牙製造廠商支援文件 如 PICSPICS 諮詢審查 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 Profi le 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 協助找尋合適的藍牙認證測試實驗室 BQTFBQTF 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 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 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 測試結果 TDUTDU 上傳 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 藍牙裝置認證列表 QDIDQDID 取得 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 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 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 Supported Bluetooth Protocols Host Controller Interface HCI Logical Link Control and Adaptation Protocol L2CAP Service Discovery Protocol SDP RFCOMM Audio Video Distribution Transport Protocol AVDTP Audio Video Control Transport Protocol AVCTP Bluetooth Network Encapsulation Protocol BNEP Object Exchange Protocol OBEX Supported Standard Profiles Generic Access Profile GAP Serial Port Profile SPP FAX Profile FAX Dial Up Networking Profile DUN Generic Object Exchange Profile GOEP OBEX Object Push Profile OPP OBEX File Transfer Profile FTP Headset Profile HSP Hands Free Profile HFP Hardcopy Cable Replacement Profile HCRP Human Interface Device Profile HID Synchronization Profile SYNC SIM Access Profile SAP Generic Audio Video Distribution Profile GAVDP Advanced Audio Distribution Profile A2DP Includes support for SCMS T Basic Imaging Profile BIP Personal Area Networking Profile PAN Health Device Profile HDP Audio Video Remote Control Profile AVRCP Phone Book Access Profile PBAP Basic Printing Profile BPP Device ID Profile DID Message Access Profile MAP 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Low Energy BLE extends the capability of Bluetooth to enable developers to design a wide range of new light duty devices that support small data throughput and operate a long time on a coin sized battery Bluetooth Low Energy or BLE is a p