崛起中的新興技術標準(三):Car Connectivity Consortium

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近年來隨著高科技應用逐步導入個人生活領域,智慧型消費電子產品熱潮可謂持續高燒不退,除了已漸趨普及化的消費性電子產品以外,汽車也開始邁向智慧化時代對於汽車市場而言,智慧化汽車(Smart Car)的要求必須更為多元、人性化,並考量到其安全性及方便性,包含車用娛樂及衛星導航的技術導入。在車用環境的互連通訊中,手機是推動智慧化不可或缺的一環,然而,手機與汽車兩個差異甚大的市場,不僅容易產生系統之間的不相容情形,結合多樣技術的手機及汽車產品也容易讓兩方功能不能有效地共同運作。正因為看見了智慧手機和車載顯示器之間的雙向連結需求,使全球創新的組織汽車連線聯盟技術標準 CCC (Car Connectivity Consortium) 應運而生。

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藍牙多模應用與認證規範面面觀

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。

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*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。

崛起中的新興技術標準(一):Continua Health Alliance

在追求更佳生活品質的時代,現代人越益重視運動、塑身,而面對高齡化人口不斷增加,醫療照護市場也越益擴大,種種的原因都使得醫療電子的重要性不斷攀升,而針對醫療照護領域而制訂的技術標準也就於是應運而生。

由Intel、IBM、Philips等多家大廠共同發起倡議、並由許多不同醫療技術與保健機構於2006年成立的Continua健康聯盟(Continua Health Alliance,CHA),便是積極推動此一技術標準的幕後推手。Continua健康聯盟希望能透過制訂統一的連接技術標準,確保通過認證的醫療電子裝置/產品皆能順利互通、相容使用,也由於整合資通訊技術(Information & Communication Technology,ICT)與醫療照護設備,更讓此技術標準對遠距照護(Telehealth)領域有長足的幫助。

何以見得呢?下圖便是目前Continua健康聯盟技術標準的技術架構,產品的應用範圍從一般常見的溫度計、血壓器、血糖測試儀、體重計、以及健康器材像是跑步機、到各種醫療照護裝置等如監測器等等,都涵蓋在CHA的技術架構中,連接方法在符合ISO/IEEE 11073通訊協議的前提下,採用包含藍牙、USB與ZigBee的連接技術來做為裝置間訊息傳輸的方式。簡單來說,就是將這些裝置記錄下的身體訊息透過藍牙、USB或是ZigBee的技術傳輸到電腦端統整後,再透過資訊網或是Wi-Fi等方式傳輸到遠距醫療中心,形成完整的醫療資訊系統,以持續記錄並監測患者的健康狀態。

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如此的方式能讓醫療監測變得更加簡單直效,使得醫療體系的專業人員能迅速確實掌握待在家中患者們的身體狀況。因此Continua健康聯盟所倡議的技術標準,已開始被相關儀器、裝置與周邊設備的製造商逐步採納,畢竟透過CHA技術標準的認證背書,才能讓比一般產品更需要注重品質與功能性的醫療電子設備,得到進一步的測試驗證,也才更能讓消費者信服與支持。長期涉獵藍牙與USB測試的專業實驗室暨認證機構百佳泰(Allion Test Labs, Inc),也持續投入醫療電子領域,以期協助相關廠商業者確保產品品質、打造更優質的醫療照護環境。

崛起中的車用電子市場與其測試重點 – 以車用系統娛樂資訊vs.藍牙裝置測試為例

隨著更多智慧型可攜式裝置的不斷推陳出新,類似的技術發展也逐漸擴展到車用電子市場,除了我們已知的智慧型手機與智慧型電視外,連汽車也開始出現”Smart Car”這樣的稱呼。新一代的Smart Car強調能帶給使用者(不論駕駛者或乘客)更流暢便利的感受,因此在應用上注重人機介面的易用度、在技術上更著重機電整合,讓新興技術能更順利的被導入應用,以提升我們乘坐與多媒體使用的經驗,也因此車用電子成為目前開始被重視的一塊產品領域。

一般而言,車用電子的涵蓋面向十分廣泛,像是偏向安全方面的胎壓偵測系統(Tire Pressure Monitoring)、電子車身穩定控制系統(Electronic Stability Control),以及偏向節能的智慧電網(Smart Grid)與電動車技術(Electronic Car)等等;至於對一般終端消費者感受最深的,則在於車用娛樂資訊系統(Infotainment)本身以及與個人裝置的資訊傳輸。由於安全與節能所涉範圍較廣而分散,因此我們僅就最後者進行討論。

車用娛樂資訊系統與藍牙技術應用

車用娛樂資訊系統的發展已有數年之久,許多廠商諸如Ford與Toyota、Kia也都各自推出專屬的系統,Ford的”SYNC”結合通訊與娛樂,並結合Microsoft的語音識別技術,讓車子懂得聽令行事,此外也支援多種儲存與音樂播放裝置像是一般的USB儲存裝置與iPhone,目前已經成功打下一片江山;Toyota在今年CES發表的“Entune”更是結合了各大主題網站像是Bing、Pandora、OpenTable、iheartradio等的網路服務,提供乘客透過該系統進行網路搜尋、廣播收聽、餐廳訂位等動作的可能,甚至也可以查詢即時交通路況、天氣、股市、油價等等。至於Kia近期推出的”UVO”也採用類似於SYNC的聲控技術,在安全的設計前提下進行語音系統控制。

這些車用娛樂資訊系統通常需要與使用者的個人裝置相接、或者連網使用,除了裝置間的接口相容性必須被詳加驗證外,其中最需關注的便是經常使用的傳輸技術:藍牙(Bluetooth)。不僅在我們日常使用的筆記型電腦、手機與平板電腦隨處可見藍牙規格的蹤影,在藍牙技術逐漸開枝散葉的今天,消費者對於在車內使用藍牙裝置傳輸有越來越多的需求,而多數車用娛樂資訊系統也相當程度的應用了藍牙技術。尤其當安全意識提升、許多國家開始禁止駕駛者在行車過程接聽手機,透過藍牙進行免持接聽將會是藍牙在汽車市場的一大重點應用方向。此外,除了能使用USB插槽將手機或隨身碟中音樂檔案傳輸到車用音響播放,透過藍牙則可以更便利地將音訊串流傳輸,不需透過USB或傳輸線,我們便能即時聆聽彼此手機的音樂內容。

隨著高速藍牙技術的持續發展,在部分車種上也可以透過藍牙技術,執行像是與手機間的簡訊與聯絡人等資料傳輸(像是前面提到的SYNC),或和其他藍牙裝置的資料分享;更可期在不遠的將來,在安全控制與監控的車用系統中,都可運用藍牙進行警示傳遞。當越來越多的車上傳輸(In-Car Communication)與監控(Surveillance)都開始仰賴藍牙時,藍牙功能在車體本身與相關裝置上的功能性與可靠性便顯得更為重要,因此更需確認是否符合藍牙測試驗證規範。

除了藍牙已經被大量運用在車用電子的領域外,其他通訊技術包括Wi-Fi與4G的LTE、WiMax,也分別展現在車用電子領域耕耘的決心,這幾項技術著重車內(In-Car)與車間(Car-to-Car)傳輸的開發,前者可以應用在車內不同裝置間的資料分享、車上熱點的建置;後者則可以用在道路交通狀況回報、意外事件通知等等。

測試案例:車用娛樂資訊系統vs.藍牙手機

為讓相關廠商更進一步瞭解藍牙技術於車用娛樂資訊系統上的可能應用情境,在此百佳泰便以車用系統與手機間的使用情境為例,歸納整理出一些最基本必須被驗證其功能性的重點:

  • 車用系統與手機間的使用情境配對連接能力(Pairing and Connect)
    藍牙裝置間若要進行資料傳輸首先必須要進行裝置間的配對,因此配對功能可說是檢驗藍牙功能的第一步。包括進入配對模式後搜尋其他藍牙裝置的能力、能否正確顯示其他藍牙裝置名稱、GAP(Generic Access Profile)的支援等等。

 

  • 聯絡人資訊傳輸(Contact Information Transfer)
    為了讓駕駛能夠免持接聽與撥打電話,通常會將手機內的聯絡人資訊(也就是俗稱的電話簿)匯入到車上系統,或者讓車上系統能即時讀取手機中的聯絡人資訊,需要驗證的重點包括SAP(SIM Access Profile)的連接處理能力、PBAP(Phone Book Access Profile)與OBEX(Object Push Profile)功能的支援等等,以確認聯絡人資訊能否被正確同步讀取與更新。

 

  • 電話撥接功能(Phone Function)
    這個項目的重點在於確保車用系統能以免持方式確實執行原本直接以手機處理的各種電話功能,因此包括電話的撥打與接聽、三方或多方通話、斷線重連、語音指令、轉接、拒接、以及通話中音訊品質等等,都必須被一一驗證。

 

  • 音訊串流能力(Audio Streaming)
    另一個經常會有的使用情境是使用者想透過車用系統的音樂播放功能來播放手機中所儲存的音樂或其他音訊檔案,因此便需要確保透過藍牙串流的音訊檔案播放表現良好。驗證重點包括A2DP傳輸協定(Advenced Audio Distribution Profile)的功能、播放/暫停/重播/前進/倒退的功能、音訊串流連接與斷線重連的能力、播放是否穩定流暢、以及音樂播放中有來電時的處理能力等等。

 

  • 整體效能表現
    除了前述驗證車用系統與手機透過藍牙傳輸的功能性測試外,另一個重點便是與競爭產品的標竿測試,像是兩個不同品牌的車用系統對各種款式手機的互操作性必然有所不同,而在不同的溫濕度環境下也極可能有不同的表現,這也是確認車用系統品質優劣的一項指標。

 

當各種技術逐漸滲透到車用電子領域時,廠商更應重視這些技術的功能能否良好發揮作用,除了一些基本的手機接聽、音樂播放等娛樂功能外,一些進階警示功能也必須詳加驗證。手機可以在當機後重新開啟或重刷韌體,但車用系統的瑕疵卻不像這些消費性產品一樣有重來的可能,一旦涉及到導航、警示與車身安全等面向時,有任何環節出錯,均有可能對車上的駕駛與乘客造成嚴重的威脅。

作為各種技術標準與多樣化電子產品的專業測試實驗機構,百佳泰也針對車用電子開發了包括藍牙裝置互操作性以及車用娛樂資訊系統像是導航、數位訊號接收等測試解決方案,藍牙對於現階段各級車種的開發廠商來說,幾乎已成為必載的技術,許多車內裝置間的互通操作都導入了藍牙的應用,因此詳加驗證已是時勢所趨。此外,並能針對不同的需求量身打造、設計出最合適的測試計劃,提供汽車內裝置製造商最完整與可靠的驗證方向。現階段對於各級車種的開發廠商而言,已經成為本文僅提出從消費者使用面來看,車用電子在現階段值得被詳加驗證的技術與產品,並以藍牙手機連接的使用情境作為參考案例。我們也相信更多新技術的移植,只要能被良好正確的應用、並仔細做好品質驗證,都能帶給我們更流暢便利的乘車經驗。

藍牙4.0低功耗技術 前景看好還是威脅重重

本文同步刊載於新通訊元件雜誌“2011年版通訊產業關鍵報告”

藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group,SIG)於2010年6月底時推出了最新主打低功耗的4.0版本,並預計於同年底或2011年初將有相關產品上市。由於目前藍牙技術的市場接受範圍似乎仍停留在以2.1+EDR為主,究竟4.0新規格的出現是否會帶來什麼樣的改變,已成為眾所關注的焦點,本文僅就4.0的規格特色、應用方向以及整個近距離傳輸市場後續的發展重點進行介紹。

不可忽略的藍牙4.0規格特色—低功耗、高射頻與雙工模式

◎目前主流藍牙規格

藍牙4.0的核心技術規範包括了傳統藍牙技術(例如Bluetooth 2.1+EDR)、藍牙3.0高速技術(Bluetooth 3.0 + High Speed)與最新的藍牙低功耗技術(Bluetooth low energy)三類,而其中的低功耗技術便是4.0的最大優勢特色。藍牙低功耗技術宣稱能節省達近九成的電力,相當適合使用“鈕釦型電池”裝置的市場,因為該技術能使裝置在閒置時休眠、僅在需要傳輸檔案時才啟動藍牙功能,因此能有效的降低電力耗損,以有效延長這些裝置更換電池的時間,因此能應用於小型傳感器像是計步器、血糖記錄器的使用。

至於在過去一直不變的傳輸距離上,過往藍牙的傳輸距離大約為30英尺(10公尺左右),在藍牙4.0規格中的有效傳輸距離則可明顯提升至最高約200英尺(60公尺左右)。製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍,讓藍牙傳輸的應用範圍有效拉大。

值得一提的是,藍牙4.0中開發出所謂的單工與雙工模式(Single Mode & Dual Mode)。透過單工模式能經由簡易的裝置搜尋、可靠的單點對多點資料傳輸設計與更先進的省電技術與加密方式,達到以最低成本實現超低電耗連線傳輸的目的。而雙工模式的運作架構,等於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。因此歸納來說,單工模式可應用在一些需長時間連結但非持續傳輸資料的裝置,而雙工模式則適合可能同時需要與不同類型產品(像是電腦或手機)進行傳輸的裝置。

也就是說,藍牙4.0的技術規範讓傳統藍牙技術、藍牙3.0高速技術與藍牙低功耗技術三者,不僅可以獨立存在、也可以共同運用。舉例來說,一台血壓感測器如使用雙工模式,便可運用藍牙低功耗技術持續記錄人體的血壓高低,但同時也可使用傳統藍牙技術將記錄下來的數據資料傳送到電腦或其他裝置上。

◎藍牙4.0的核心架構:圖左為藍牙基本設計架構、圖中央為結合低功耗的雙工模式、圖右為Wibree技術的設計架構。

藍牙技術之市場現況

就市面上的主流藍牙規格來區分類型,分別是強調增強資料傳輸率的藍牙2.0或2.1+EDR、主打高傳輸速率的藍牙3.0+HS以及甫公布的新增低功耗技術的藍牙4.0。

儘管在2009年4月藍牙技術聯盟就已推出新版的藍牙3.0規格並主打高速度傳輸,事實上,市面上的產品仍以2.1+EDR版本為主流,包括消費者最常使用的藍牙產品像是耳機、手機或是電腦周邊指向裝置如鍵盤、滑鼠,幾乎都還是以2.1+EDR 的規格為大宗,甚至是筆記型電腦也只有一些較高階機種為藍牙3.0+HS規格。以今年最熱門的平板電腦產品為例(參見附圖),即便是蘋果今年甫推出的 iPad、DELL的首款平板電腦產品Streak、或是以生產黑莓機著稱的RIM即將要推出PlayBook,這些新概念產品,也仍採用藍牙 2.1+EDR規格,只有Samsung的Galaxy Tab採用藍牙3.0+HS版本。

◎目前市面知名平板電腦產品之藍牙規格

這樣的現象與其他標準規格一代一代汰舊換新、逐漸導入新規格的現象,似乎不太相同。原因究竟何在?市場一般認為,目前藍牙技術的應用多半落在消費者的個人小檔案傳輸,像是透過藍牙耳機收聽音樂接聽電話、或是透過藍牙滑鼠鍵盤使用電腦,這類的小型資料傳輸通常較不需要高速支援。此外,追求高速度的代價換來的是較高的成本與較多的電力耗損,在產品沒有相對的效能需求之下,對廠商而言這似乎不是一個最划算的選擇,再加上當相應的產品都依舊使用原本的規格時,單方面的升級也不見得是必要的作為。

藍牙4.0的發展方向–運動管理、醫療健康照護與家用自動化

那麼接下來的藍牙4.0,是否能夠取而代之呢?從藍牙4.0規格包山包海的兼容性,看得出其野心勃勃的姿態,至於未來發展似乎目前我們還不得而知。事實上,藍牙4.0的低功耗技術,在設計之初,便主打醫療與健康監控等特殊市場,藍牙技術聯盟的執行董事Michael Foley於此一技術發表之初,便強調藍牙低功耗技術的產品應用將主要落在運動管理、醫療健康照護與家用自動化(sports& fitness, healthcare, home automation)幾個面向上。

所謂的醫療市場為何適合這樣的應用呢?試想一下,在醫院有許多精密儀器的環境,經常會有禁止使用手機的規定出現,這是因為手機這類的電波頻率,極有可能造成電磁的干擾而影響醫療機器運作或是病患的休養,更遑論即使同樣是醫療儀器,像磁振造影機(Magnetic Resonance Imaging,MRI)這樣高電耗的設備,就有非常高的機會干擾到維生儀器的使用。因此,在醫院這樣需要監控病患病理狀態與生命跡象的環境,對低功耗的傳輸技術就有高度且必要的需求。

除了醫療單位這樣的場域,也可將藍牙低功耗技術的應用拓展到居家照護、健康監控與運動管理的範圍。在家中休養的病患可以使用藍牙技術的病徵感應器,來追蹤其健康狀況,家人也無須再亦步亦趨的時時提心吊膽;想記錄自己健身成效的運動者,也可在使用健身器材的過程中,透過個人的計步器、脈搏機或是健身器材上的顯示裝置,傳送並記錄個人的運動狀況到自己的藍牙裝置如手機或筆電中。

由英特爾發起、並由許多不同醫療技術與保健機構成立的Continua健康聯盟(Continua Health Alliance),日前便已決議將低功耗的藍牙4.0納入皆下來的標準傳輸技術。目前已有許多採用藍牙技術2.1+EDR規格的醫療產品像是血壓計、血壓監測螢幕、和計步器等,通過Continua健康聯盟的正式認證,接下來隨著新技術的導入,預期將有機會逐漸出現更多藍牙4.0規格的認證產品。

藍牙技術發展重點  聽測試專家怎麼說

面對藍牙4.0新技術規格的發展方向,目前於知名測試諮詢機構百佳泰測試實驗室擔任電腦產品測試中心主任之一,並為藍牙技術聯盟官方認可的BQE(Bluetooth Qualification Expert)高振家先生,有以下幾點獨到看法:

◎任職於百佳泰測試實驗室,並為藍牙技術聯盟認可的BQE高振家先生

首先,是藍牙傳輸的穩定持續性,在低功耗的架構下是否能不受影響。我們都知道藍牙傳輸採用的是2.4GHz ISM頻段,與水的共振頻率相同、同時也有可能受到同頻段的其他傳輸技術所干擾。為避免這樣的狀況發生,藍牙使用調節性跳頻(Frequency Hopping),以每秒跳1600次的方式在80個頻道中轉換以減少干擾的可能性。不過在低功耗的狀態下,任何資訊的傳遞將會更容易受到同頻段其他物質或技術的影響,因此針對藍牙4.0的技術架構,更加需要透過詳細完整的驗證,來確認各個藍牙產品的穩定傳輸品質。

再者,是實際應用上的落實,是否能符合原先設計的目的性。藍牙4.0規格的一大特色便在於可以通過低功耗的技術,長時間以最低耗電模式運作,以記錄持續性的資料。然而,不能忽略的是,藍牙技術在傳輸數據資料時,至多只能與七個從屬裝置相串連,若是同時傳輸數據與音訊資料,則只能與兩個從屬裝置串連,這樣的狀況便會造成相當程度的應用限制。也因此,藍牙採用拓樸(Topology)的方式,將更多裝置彼此相連,使資料能在更多的裝置間相互傳輸,透過多對多的網狀拓樸(Mesh Topology)與一對多的星狀拓樸(Star Topology)使資料能彼此傳輸。不過值得注意的是,若是應用於醫療系統或健康監測上,不僅是要持續記錄病患病理變化,也極有可能出現緊急回報特殊狀況的情形,在這種情況下低功耗藍牙的拓樸是否能同樣有效即時地傳遞資料,絕對是實際應用上的重點。

最後,是產品製造商對於將產品導入藍牙4.0新規格的作業程序瞭解度。高振家先生因為本身為藍牙技術聯盟認可的BQE,經常會有廠商詢問關於”如何獲得藍牙認證”這樣的問題。面對這樣常見的狀況,高振家表示,其實藍牙技術聯盟官方制定的申請規範相當完整,但也因為規範內容的嚴謹細緻,以致於許多廠商經常會有一知半解的狀況。

◎藍牙產品標準認證測試流程

過去藍牙認證的方式是讓通過認證的產品取得一組QPID(Qualified Product ID),但這樣的作法會造成儘管內部設計架構沒有不同,只要是產品外觀改變或更換型號,就要重新申請認證。因此,為避免這樣不必要的時間與成本支出,藍牙技術聯盟新的作法則是讓所謂的”產品設計”取得一組QDID(Qualified Design ID),讓同樣的產品設計可以應用在不同產品上,也就是說,若是生產三款使用同樣藍牙設計的產品,則這三款產品皆歸屬於這一組QDID。同樣的,藍牙技術聯盟官網上的列表方式,也就由過去的QPL(Qualified Products List)改分為QDL(Qualified Design Listing)與EPL(End Product Listing)兩類,前者指的是通過驗證的產品設計,後者指的則是通過驗證的產品。如此一來,同樣的QDID廠商只需要負擔一次的listing fee,而消費者也更容易根據QDID選擇自己想要的產品。只是現實上,聯盟的規範與廠商的認知似乎還有一段落差,才會出現有產品未經官方認證就上市或是廠商多繳listing fee的狀況。

高振家也提到,藍牙技術在消費者生活中的普及已是不爭的事實,只是新規格要如何具體的導入、以及相關廠商是否會買單,則有待時間的證明。他所提到的三個關於實際驗證、應用落實與廠商採用的問題,只是就他身為BQE的經驗發現的幾個重點,至於實際上要如何讓藍牙規格持續被廣泛應用,勢必還有許多必須繼續發掘與關注的要素。

短距離/低功耗傳輸的競爭  藍牙技術何去何從?

就現況來看,在短距離的無線低功耗傳輸技術(ultra-low power short-range wireless technology)市場中,除了我們前面已多有著墨的藍牙4.0低功耗技術,Zigbee則是默默戮力耕耘的一項傳輸標準。

◎市面低功耗短距離傳輸規格

Zigbee與藍牙同樣被視為歸屬在個人區域網路 (Personal Area Network,PAN)的架構下,採用的是IEEE 802.15.4,工作頻率為868MHz、915MHz或2.4GHz,強調具有低成本、低耗電、雙向傳輸以及感應網路功能等特色,起初被定位於各種感測器的監控,目前則發展出多樣化的次標準,像是針對電源控制(Smart Energy Certified)、家庭自動化(Home Automation Certified)與電信服務(Telecom Service Certified)等認證規格,也積極拓展像是遙控及醫療電子等應用領域,目前已有上百樣產品獲得Zigbee的認證。Zigbee與現有藍牙技術的應用數量相比,似乎看起來又是小巫見大巫,儘管藍牙4.0的低功耗技術還需要時間發酵,不過依照眾家廠商對藍牙規格的愛戴程度,Zigbee勢必得要找出獨特的利基,才能更有異軍突起的機會。

除了現有低功耗技術規格Zigbee的苦心經營外,全球通訊晶片大廠高通(Qualcomm)也宣佈將於2011年推出名為”Peanuts”的低功耗傳輸技術,號稱將能以更低的耗電量與更大的傳輸速率,提供多樣化的應用方向,除了能應用在高通的最大市場—手機產品上,更可將技術發揮於安全監控或車載通訊等面向。此舉等於是對整個低功耗傳輸市場的宣戰,畢竟,高通掌握大量的晶片供應,根據產業界由上游影響下游的慣例,Peanuts的規格便極有可能出現在許多採用高通晶片的產品上。

若是再將範圍由低功耗傳輸技術拉大到整個近距離無線通訊(Near Field Communication,NFC),那麼即將出爐的Wi-Fi Direct則更被視為是藍牙的一大威脅。過去是藍牙由點對點(Peer-to-Peer)跨足到802.11協定轉換層,現在則是Wi-Fi Direct要回過頭來藉由點對點技術,吃下藍牙技術的大餅。透過Wi-Fi Direct,將可使各種像是手機、電腦、鍵盤、滑鼠、數位相機和印表機等產品直接以點對點方式傳輸資料,不需再透過另外的媒介或是藍牙所需的配對過程。

儘管規格未明,可以知道的是,Wi-Fi Direct能與所有現有的Wi-Fi 802.11a/b/g/n產品相容,廠商或消費者只要透過軟體的升級,便能直接具備Wi-Fi Direct的功能,不需要更換設備或元件;在安全性上,則支援支援WPA2加密傳輸標準;而至於傳輸速度方面,在產品本身支援802.11n的前提下,可達到最高250Mbps的速度。光是這樣的表現看起來已經相當驚人,更遑論目前市面上已有不計其數支援既有Wi-Fi規格的產品。

除了Wi-Fi Direct外,由日系大廠索尼(Sony)等十五家公司共同主推的TransferJet,結合了NFC與超寬頻技術(Ultra-Wide Band,UWB),主打短距離傳輸(傳輸距離設定為三公分)與超高速度(理論值可達560Mbps),可將較大容量的影像內容或音樂檔進行高速傳輸。再加上多家大廠如三星電子(Samsung)、東芝(Toshiba)、日立(Hitachi)、佳能(Canon)、尼康(Nikon)等的支持,勢必將在接下來的相機、電視、手機等相關消費性產品中佔有一席之地。由此看來,隨著Wi-Fi Direct與TrandfetJet的步步進逼,藍牙似乎還有一場硬戰要打。

知名國際研究機構Gartner於2010年3月發表出的2011年的十大主流行動技術中,其中一項便是藍牙,Gatner同時看好藍牙3.0與4.0的未來發展,主要原因在於,市場上將有更多產品需要較高的資料傳輸速度以滿足更大型的圖像或影片傳輸需求、而低功耗傳輸在醫療保健領域也將有相當的應用空間。儘管如此,考量到其他低功耗傳輸技術像是Zigbee與Peanuts的威脅、以及Wi- Fi Direct的來勢洶洶,實際的市場發展究竟會如何、是否各個規格皆能擁有一片天?則有待時間的證明,不過可以確定的是,這些技術規格的進步發展,若皆能有效應用於更多不同領域像是醫療協助、安全監控或是家庭自動化等,則更能讓我們生活中所存在的科技,更加便利、也更加符合人性。