淺析基于藍牙協議的生理電信號傳輸的實現

趙亞茹

摘 要：藍牙協議是面向個人領域近距離傳輸需要的一種無線通信協議。文章主要對藍牙協議的網絡通信過程與生理電信號傳輸要求展開分析，并且提出了一種適于生理電信號測量的藍牙網絡模型，通過藍牙網絡通信協議庫的應用，對藍牙應用軟件進行編寫，并且對該種模型的有效性與實用性進行了成功驗證。

關鍵詞：生理電信號；藍牙協議；傳輸；實現

如今，藍牙技術已經被多個領域所應用，并且已經取得了一定的成效。藍牙技術由多個世界著名多家通信公司與計算機公司聯合提出的，用于計算機上的、以分層網絡協議為基礎的無線通信技術。藍牙屬于一種短距離無線連接技術，該種技術擁有全開放性、低成本與面向個人半徑空間的特點。該種技術受到藍牙共同利益組織推動發展，在帶動計算機行業與通信行業等多方面發展中有著積極意義。

1 藍牙協議的組成與通信過程研究

1.1 藍牙協議的組成

作為開放性的近距離高速通信標準，藍牙協議內容主要有：藍牙核心協議、電纜替代協議、電話控制協議以及選用協議這四個方面。依據具體的應用，藍牙協議棧能夠進行靈活配置，并且鼓勵盡量應用各種高層協議，確保現有網絡技術和藍牙技術能夠融合在一起[1]。為此，除藍牙核心協議意外，其他三方面的協議都需要依據實際需要來確定。

1.2 藍牙通信過程

藍牙在ISO/OSI模型網絡協議與消費交換的基礎之上進行了定義，主要完成了OSI模型的物理層、數據鏈路層、網絡層以及傳輸層等各個方面的功能。藍牙上層應用實體則通過HCI接口實現上層服務通藍牙協議棧的消息交換與數據傳輸方面的功能。一般而言，藍牙通信過程主要包括查詢、應答、監理連接以及連接協商等內容。其中，查詢與應答表現為：通過查詢工作的實施，來發現并且建立較為固定的微微網，同時為監理更好的配對機制做相應的信息準備。由于藍牙應用了TDMA進行信息傳輸，在時隙對數據量與響應速度限制影響之下，任何一個藍牙設備和另一個新的藍牙設備在相互識別期間，都需要建立較為穩定的連接，但是該種連接往往需要較長的時間，該種特性又會給實時監測帶來不利的影響。為了能夠有效避免使用初期出現長時間無法連接的問題，便需要在應用前仔細檢查藍牙設備，并且實施相應的應答操作，從而確保能夠相互的對對方信息地址進行存儲，這便能夠在連接范圍之內，短時間的完成信道激活操作。作為數據鏈路層的主要功能查詢與應答是不可缺少的。

而建立連接的目的在于：對藍牙設備間的數據鏈路進行固化，其過程表現為：首先需要對無特定連接的異步鏈路實施有效建立。通常，異步鏈路可簡稱為ACL類型的物理連接，在建立期間往往需要展開連接設置與鑒權等方面的操作，在完成物理鏈接以后，在L2CAP層上兩個藍牙設備進行藍牙信道的建立，之后通過進一步的請求與協商建立藍牙連接。在連接藍牙的基礎之上，還能夠進行附加連接的建立。其中附加連接主要將ACL鏈路作為主要的形式，其數據將幀作為單位，包括幀的類型、數據長度以及數據的內容等。在連接建立期間，藍牙之間的協商數據經L2CAP層截獲，并且對所截獲的信息數據進行處理[2]，同時在芯片內嵌處理器上執行相應的命令。

在連接協商方面，建立ACL連接以后，往往還需要對連接類型進行選擇。在連接協商中，能夠將服務對象之間的交互數據類型、編碼方案與傳輸時隙的分配確定下來。在處于關閉連接與休眠模式的時候，需在建立藍牙連接以后，盡管缺少數據傳輸的時候，也會在一定程度上增加設備的耗電量，這在電池支持系統方面是一種無意義的消耗。為此，針對所建立起來的連接，往往需要利用周期休眠的模式來降低功耗，同時也可以在較長時間無數據傳輸的時候，將連接關閉，這便能夠減少耗電量，避免出現無意義的消耗。

2 生理電信號傳輸要求與實現

生理電信號的組成，主要有生物體在生命活動中機體、組織以及器官等各級系統所產生的特定表征，所轉化成的一種電信號所構成，這能夠將特定的生命活動細節充分的反應出來[3]。這與蔣建文，韓江洪，何 等在《基于藍牙協議的家庭信息網解決方案》一文中的觀點有著相似之處。如果按照信號頻率的范圍進行劃分，可以將其分為：低頻信號、中高頻信號以及寬帶高頻信號。其中，低頻信號的最高頻率在250Hz以下，其代表便是心電；中高頻信號代是心音；寬帶高頻信號主要指肌電。一般而言，在ACL中藍牙存在7種分組，其中能夠適合生理信號的帶有2種校驗機制的是，DM1、DM3以及DM5分組。

3 問題與改進建議

藍牙連接期間，存在首次連接耗時較長的問題。一般而言，藍牙設備首次建立連接期間，所耗時間比較長，一般都需要在十幾秒以上才能夠完成連接，在試驗中，距離如果小于5m便能夠順利的完成連接。但是這在實時監護中是不允許的。可如果兩個藍牙設備預先相互認證并且綁定在一起以后，那么信道激活時間所耗時間便較短。為此，沒有綁定的設備不適合立即應用的。

另外，在設備位移速度方面的影響。實踐表明，在藍牙建立連接過程中，對于高速運動物體并不適用[4]，例如高速運動的汽車。只有已經建立連接的雙方，才能夠在一定速度相對運動中不出現連接丟失的情況。對于人體而言，由于運動速度不高，能夠保持充分運動的同時，藍牙依舊處于連接的狀態。

其次，空間阻礙會給傳輸率帶來一定的影響。當數據通路在實現范圍以內遇到空間阻礙的時候，那么數據傳輸率便會出現明顯降低的情況，而導致出現該種情況的原因在于，藍牙功率調節命令字并沒有依據實際的阻礙狀態實施設置工作。在無障礙的時候，信號便能夠穩定傳輸[5]，這與李莉在《新型藍牙無線文件傳輸協議RBTFT的研究與實現》一文中的觀點有著相似之處。經過相應的校驗以后，由于誤碼率比較低，這便導致藍牙發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圍環境帶來的干擾與輻射。如果存在障礙，那么要保證數據擁有正確性的特點，便需要不斷的提升發射率。在此期間，如果沒有實施功率調整工作，那么便會導致數據出現丟失的情況，甚至引發頻繁數據重發現象的出現，為此，傳輸速率大幅度下降。只有在功率配合的背景之下，才能夠將固定的空間障礙有效解決，降低對數據傳輸的不利影響。而通過數據重傳，便能夠將隨機空間阻隔問題解決。

4 結束語

作為一種開放性的近距離通信標準，藍牙不僅涉及了無線射頻技術，同時網絡與計算機技術等領域也廣泛的應用藍牙技術，在這些領域中，不僅存在較為成熟體系化的協議機制與標準，同時還處于一定的修正與改造當中，從而使其能夠適應現代環境，并且能夠更好的發展。這種小范圍的籃網優勢在于：能夠實現區域標定與個性化數據傳輸目標，這在無線網絡定位和保障數據安全方面有著積極作用。為此，不斷提升藍牙技術水平，已經成為相關領域需高度重視的問題。

參考文獻

[1]劉曉東，郭興明，肖守中，等.基于藍牙協議的生理電信號傳輸的實現[J].醫療衛生裝備，2004，25（7）：7-9.

[2]祁飛，須德.藍牙協議一致性測試技術的研究[J].鐵路計算機應用，2006，15（9）：4-7.

[3]蔣建文，韓江洪，何 ，等.基于藍牙協議的家庭信息網解決方案[J].計算機工程與應用，2002，38（15）：200-202.

[4]余群，王群生.藍牙協議體系和藍牙協議的實現方法[J].陜西工學院學報（自然科學版），2004，20（1）：36-40.

[5]李莉.新型藍牙無線文件傳輸協議RBTFT的研究與實現[J].計算機光盤軟件與應用，2014（2）：286-287.