有許多藍(lán)牙技術(shù)可用于降低干擾。
干擾是任何無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)通信的最大挑戰(zhàn)之一。與有線數(shù)據(jù)通信技術(shù)不同的是,無(wú)線技術(shù)必須共享傳輸介質(zhì),多個(gè)設(shè)備可能會(huì)嘗試在同一無(wú)線頻譜、同一通用區(qū)域和在完全相同的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行通信。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí),數(shù)據(jù)包之間會(huì)發(fā)生空中沖突(in-air collisions),這可能會(huì)使接收設(shè)備無(wú)法讀取數(shù)據(jù)包,造成丟包。
這一挑戰(zhàn)在全球 ISM 頻段等非許可頻段尤為嚴(yán)重。在此類頻段中,一種通信技術(shù)需要適應(yīng)來(lái)自使用相同通信技術(shù)的其他設(shè)備以及在同一頻段內(nèi)使用其他通信技術(shù)的設(shè)備所產(chǎn)生的潛在干擾。
例如藍(lán)牙技術(shù)和Wi-Fi與使用 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)都在 2.4 GHz ISM 頻段運(yùn)行。因此,如果兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包,與另一個(gè)在范圍內(nèi)的其他藍(lán)牙、Wi-Fi 或 802.15.4 設(shè)備之間傳輸,且傳輸時(shí)間和頻段完全相同的數(shù)據(jù)包發(fā)生沖突,數(shù)據(jù)包就有可能損壞或丟失。其他使用 2.4 GHz 頻段的設(shè)備(包括燈光、微波爐、嬰兒監(jiān)視器和車庫(kù)門開(kāi)啟器等)也會(huì)在環(huán)境中造成不必要的電磁噪聲。
有許多藍(lán)牙技術(shù)可用于降低干擾。在本文中,我們將探討藍(lán)牙技術(shù)如何運(yùn)用自適應(yīng)跳頻(Adaptive Frequency Hopping,AFH)和小而快的數(shù)據(jù)包兩大功能克服潛在的干擾因素,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。
小而快的數(shù)據(jù)包
如果想要避免沖突,最好選擇小而快的數(shù)據(jù)包。例如與其他低功耗無(wú)線 mesh 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比,藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的大小通常只有一半,但速度是其他技術(shù)的四倍。小而快的數(shù)據(jù)包可以更高效地運(yùn)用頻譜,并大大降低發(fā)生沖突的概率。
正如 Silvair 首席技術(shù)官、藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)工作組主席 Szymon Slupik 所說(shuō):秘訣很簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)包越小,沖突就越少,任何無(wú)線系統(tǒng)的可靠性都與頻譜效率有關(guān)。Slupik 認(rèn)為,藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的尺寸是藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)成為“第一個(gè)滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代巨大期望的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)”的最大原因之一。
并不只有 Slupik 對(duì)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的優(yōu)秀特性贊賞有加。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)者關(guān)系經(jīng)理 Martin Woolley 也提到了藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在高密度設(shè)備網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和容量方面的優(yōu)勢(shì):“數(shù)據(jù)包所需的無(wú)線電空中傳輸時(shí)間越少,發(fā)生沖突的概率就越低。藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)的小尺寸數(shù)據(jù)包和低功耗藍(lán)牙無(wú)線電的高符號(hào)速率減少了數(shù)據(jù)包所需的空中傳輸時(shí)間,使得藍(lán)牙 mesh 網(wǎng)絡(luò)在這一方面具備出色的性能。”
但藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的優(yōu)點(diǎn)并不僅僅在于尺寸和速度。它們還十分善于避免沖突。
自適應(yīng)跳頻
擴(kuò)頻技術(shù)可以提高無(wú)線技術(shù)在繁忙無(wú)線電環(huán)境中的彈性。在繁忙的無(wú)線電環(huán)境中,更容易發(fā)生沖突和干擾。自適應(yīng)跳頻(Adaptive Frequency Hopping,AFH)是藍(lán)牙技術(shù)為避免干擾而運(yùn)用的一項(xiàng)獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)。
為了解自適應(yīng)跳頻的工作原理,我們先來(lái)說(shuō)明藍(lán)牙技術(shù)如何劃分 2.4GHz ISM 頻段。首先,和許多無(wú)線通信協(xié)議一樣,藍(lán)牙技術(shù)使用多個(gè)無(wú)線電通道。低功耗藍(lán)牙(Bluetooth LE)將 2.4GHz ISM 無(wú)線電頻段分為 40 個(gè)通道,而藍(lán)牙 BR/EDR 則將其分為 80 個(gè)通道。
藍(lán)牙技術(shù)還可以在傳輸通道之間跳轉(zhuǎn),進(jìn)一步降低與其他范圍內(nèi)傳輸?shù)臎_突概率。跳頻釋放了更多無(wú)線電信息容量,使通信變得更加可靠。跳頻或許同樣存在于其他技術(shù)之中,但以下功能肯定是藍(lán)牙技術(shù)所獨(dú)有的。
自適應(yīng)跳頻(Adaptive Frequency Hopping,AFH)提高了跳頻的智能化,使藍(lán)牙數(shù)據(jù)包能夠根據(jù)情況避開(kāi)活躍、繁忙、擁擠的通道。嘈雜和繁忙的通道會(huì)被標(biāo)記出來(lái)且并不被使用。隨著環(huán)境中其他無(wú)線通信設(shè)備的增加和刪除,可靠的通道和繁忙的通道可能會(huì)逐漸改變。自適應(yīng)跳頻使藍(lán)牙技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)追蹤運(yùn)行狀況最好的通道并找到最可靠的路徑。
藍(lán)牙技術(shù),生來(lái)可靠
綜上所述,藍(lán)牙技術(shù)能夠在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高度可靠的通信。這兩種方法讓我們初步了解到藍(lán)牙為幫助開(kāi)發(fā)人員解決干擾問(wèn)題所提供的技術(shù)和功能,藍(lán)牙技術(shù)從設(shè)計(jì)上就注定是可靠的。
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原文標(biāo)題:兩大藍(lán)牙功能增強(qiáng)無(wú)線通信的可靠性
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