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无线通信
2020/11/23 15:44

两大蓝牙功能增强无线通信的可靠性

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Dave Hollander 蓝牙技术联盟高级市场总监

干扰是任何无线技术实现可靠数据通信的最大挑战之一。与有线数据通信技术不同的是,无线技术必须共享传输介质,多个设备可能会尝试在同一无线频谱、同一通用区域和在完全相同的时间内进行通信。当发生这种情况时,数据包之间会发生空中冲突(in-air collisions),这可能会使接收设备无法读取数据包,造成丢包。

这一挑战在全球ISM频段等非许可频段尤为严重。在此类频段中,一种通信技术需要适应来自使用相同通信技术的其他设备以及在同一频段内使用其他通信技术的设备所产生的潜在干扰。

例如蓝牙技术和Wi-Fi与使用IEEE 802.15.4标准的技术都在2.4 GHz ISM频段运行。因此,如果两个蓝牙设备之间传输的数据包,与另一个在范围内的其他蓝牙、Wi-Fi或802.15.4设备之间传输,且传输时间和频段完全相同的数据包发生冲突,数据包就有可能损坏或丢失。其他使用2.4 GHz频段的设备(包括灯光、微波炉、婴儿监视器和车库门开启器等)也会在环境中造成不必要的电磁噪声。

有许多蓝牙技术可用于降低干扰。在本文中,我们将探讨蓝牙技术如何运用自适应跳频(Adaptive Frequency Hopping,AFH)和小而快的数据包两大功能克服潜在的干扰因素,进而实现可靠的无线数据通信。

小而快的数据包

如果想要避免冲突,最好选择小而快的数据包。例如与其他低功耗无线mesh网络技术相比,蓝牙数据包的大小通常只有一半,但速度是其他技术的四倍。小而快的数据包可以更高效地运用频谱,并大大降低发生冲突的概率。

正如Silvair首席技术官、蓝牙mesh网络工作组主席Szymon Slupik所说:秘诀很简单,数据包越小,冲突就越少,任何无线系统的可靠性都与频谱效率有关。Slupik认为,蓝牙mesh网络数据包的尺寸是蓝牙mesh网络成为“第一个满足物联网时代巨大期望的无线标准”的最大原因之一。

并不只有Slupik对蓝牙数据包的优秀特性赞赏有加。蓝牙技术联盟开发者关系经理Martin Woolley也提到了蓝牙mesh网络数据包在高密度设备网络可扩展性和容量方面的优势:“数据包所需的无线电空中传输时间越少,发生冲突的概率就越低。蓝牙mesh网络的小尺寸数据包和低功耗蓝牙无线电的高符号速率减少了数据包所需的空中传输时间,使得蓝牙mesh网络在这一方面具备出色的性能。”

但蓝牙数据包的优点并不仅仅在于尺寸和速度。它们还十分善于避免冲突。

自适应跳频

扩频技术可以提高无线技术在繁忙无线电环境中的弹性。在繁忙的无线电环境中,更容易发生冲突和干扰。自适应跳频(Adaptive Frequency Hopping,AFH)是蓝牙技术为避免干扰而运用的一项独特扩频技术。

为了解自适应跳频的工作原理,我们先来说明蓝牙技术如何划分2.4GHz ISM频段。首先,和许多无线通信协议一样,蓝牙技术使用多个无线电通道。低功耗蓝牙(Bluetooth LE)将2.4GHz ISM无线电频段分为40个通道,而蓝牙BR/EDR则将其分为80个通道。

蓝牙技术还可以在传输通道之间跳转,进一步降低与其他范围内传输的冲突概率。跳频释放了更多无线电信息容量,使通信变得更加可靠。跳频或许同样存在于其他技术之中,但以下功能肯定是蓝牙技术所独有的。

自适应跳频(Adaptive Frequency Hopping,AFH)提高了跳频的智能化,使蓝牙数据包能够根据情况避开活跃、繁忙、拥挤的通道。嘈杂和繁忙的通道会被标记出来且并不被使用。随着环境中其他无线通信设备的增加和删除,可靠的通道和繁忙的通道可能会逐渐改变。自适应跳频使蓝牙技术能够动态追踪运行状况最好的通道并找到最可靠的路径。

蓝牙技术,生来可靠

综上所述,蓝牙技术能够在最具挑战性的环境下实现高度可靠的通信。这两种方法让我们初步了解到蓝牙为帮助开发人员解决干扰问题所提供的技术和功能,蓝牙技术从设计上就注定是可靠的。

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