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从定位应用到智慧医疗 蓝牙持续扩大创新应用领域
蓝牙技术研讨会会後报导

【作者: 王岫晨】2024年10月02日 星期三

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蓝牙技术在近年来快速发展,预计到2028年,蓝牙设备的年出货量将达到75亿台。低功耗蓝牙技术的普及,促使蓝牙设备在消费性电子、医疗保健、资产追踪以及环境物联网等领域的应用越来越广泛。CTIMES透过这场研讨会,聚焦蓝牙技术的最新进展,并深入探讨如何利用这些技术创新和应用,共同推动蓝牙技术未来的发展及连接设备的普及。


使用蓝牙进行安全精准测距 Channel Sounding通道探测。

蓝牙技术联盟亚太暨中国市场总监李隹蓉

自1998年由蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group;SIG)成立以来,蓝牙技术经历了长久的发展。蓝牙最初是作为一种短距离无线通信标准,随着时间推移已经演变成支援多种应用场景的多功能技术,包括音讯串流、数据传输和设备网路。近期,蓝牙技术的一项重大创新是 Channel Sounding 技术的推出,这是一种精确范围测量功能,将为蓝牙连接设备带来更高的精确度与安全性。



图一 :   蓝牙技术联盟亚太暨中国市场总监李隹蓉
图一 : 蓝牙技术联盟亚太暨中国市场总监李隹蓉

蓝牙技术联盟亚太暨中国市场总监李隹蓉指出,蓝牙技术提供三大核心应用,包括音频串流(支援耳机、扬声器和助听器等无线音频设备的通信)、数据传输(促进智能手机、电脑和穿戴式设备之间的数据交换)与定位服务(使设备能够定位、追?并管理物件及环境)。


蓝牙技术的持续发展得益於其不断的技术创新,使其在不断变化的科技环境中始终保持竞争力。最新的突破便是 Channel Sounding 技术的推出,该技术是蓝牙在定位服务和精确范围测量方面的重大进步。


蓝牙Channel Sounding是蓝牙核心规范V6.0中导入的一项功能,用於提升蓝牙设备之间距离测量的精度。该技术基於相位测距(Phase-Based Ranging;PBR),并可实现??米级的精度,这相较於以往的蓝牙定位服务有了显着的提升。


Channel Sounding也提供一种安全且精确的范围测量机制,用以计算两个蓝牙设备之间的距离。该技术运作於一对一拓扑结构中,即通信仅在两个设备之间进行。这两个设备必须支援Channel Sounding功能,且具备低功耗(LE)控制器才能启用此功能。


蓝牙Channel Sounding的一大技术创新在於其采用了多重安全措施,能有效防范无线范围攻击,保证测距结果的准确性和安全性。这使得连接蓝牙的设备变得更加安全,尤其是在安全要求较高的应用场景中。


蓝牙Channel Sounding技术的核心包括相位测距(PBR)和往返时间(RTT) 测量。这两种方法相互结合,能提供高度精确且安全的设备间距离测量。相位测距是在相位测距过程中,发起设备会向反射设备发送信号,反射设备收到信号後将其返回给发起设备。发起设备通过测量发送与接收信号之间的相位差,即可计算出两个设备之间的距离。此过程会在多个频率上反覆进行,以提高测量的准确性。


至於往返时间测量则用於确保距离计算的安全性。发起设备与反射设备之间会交换加密数据包,这些数据包的往返时间可用於计算两个设备间的距离。此外,RTT还可用於验证PBR测量结果,确保测距过程的准确性和安全性。透过通过这两种方法的结合,蓝牙Channel Sounding就能实现??米级的精度,使其成为一种高度可靠的距离测量技术。


李隹蓉认为,蓝牙Channel Sounding的应用潜力极为广泛。随着蓝牙设备能够更准确地确定彼此之间的距离,许多新的使用场景将应运而生,提升用户在日常生活中的体验。例如物品寻找,配备蓝牙功能的物品追?器(如标签或智能钥匙扣)将能提供更精确的定位资讯,帮助用户更轻松地找到丢失的物品。藉由??米级的精确度,用户甚至可以精确定位丢失物品的具体位置,例如在房间内找回钥匙或钱包。


另外,Channel Sounding的安全性与便利性也能大大提升数位钥匙的使用体验,如用於开启汽车、房屋或办公室的智能钥匙。配备此功能的设备可以准确测量手机或智能钥匙扣与门锁之间的距离,实现无缝且安全的进出控制。Channel Sounding还可以用於提升零售、物流和医疗等领域的室内定位服务。例如在零售环境中,企业可以利用蓝牙Channel Sounding技术追?顾客的移动路径,并根据顾客的位置提供个性化促销优惠。


探索低功耗蓝牙在穿戴式智慧医疗的安全传输和定位应用

Silicon Labs台湾资深应用工程师黄金评

医疗产业面临着诸多挑战,如高昂的医疗成本、数据分散无法充分利用、以及人为操作导致的错误或效率低下等问题。为了应对这些挑战,低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy;BLE)技术逐渐成为智慧医疗领域的重要解决方案,尤其是在穿戴式装置和物联网(IoMT)应用中,BLE不仅提供了稳定的数据传输,还能实现设备间精确的定位与安全互联。



图二 :   Silicon Labs台湾资深应用工程师黄金评
图二 : Silicon Labs台湾资深应用工程师黄金评

Silicon Labs台湾资深应用工程师黄金评表示,传统医疗服务通常依赖於医疗机构的面对面诊疗,这不仅增加了人力成本,也带来了诊断和治疗流程上的低效。此外,医疗数据往往是离散的,医疗人员难以透过单一数据点识别长期趋势或预测慢性疾病的发展。因此,如何提升数据收集和分析的效率,并同时降低成本,成为了医疗产业中的一大挑战。


然而,随着智慧医疗设备的普及,尤其是穿戴式装置和物联网技术的发展,这些挑战正在逐步被克服。BLE技术作为一种低成本、低功耗且具备良好扩展性的无线通信技术,正逐渐成为智慧医疗解决方案的核心之一。这种技术不仅能够提供高效、精确的数据传输,还能为医疗设备提供可靠的安全保护和定位功能。


低功耗蓝牙技术广泛应用於穿戴式智慧医疗设备中,从简单的健康追?器到复杂的医疗设备,如血糖监测仪、心电图(ECG)和持续葡萄糖监测系统(CGM)。这些设备能够实时监控使用者的各项生理指标,如心率、血氧浓度、体温、活动量等,并将数据通过BLE传输至云端或其他医疗系统进行分析。此外,BLE技术还用於远端病患监控,特别是在慢性疾病管理中,如糖尿病和心脏病。这些穿戴式装置能够持续监测患者的生理数据,并在必要时及时通知医疗人员或家属,提高了疾病的早期发现率和处理效率。


实际应用案例包括在智能医疗设备上,心率监测器、血氧浓度计等穿戴式装置能够通过BLE技术,实现数据的低功耗、高效传输,并确保设备间通信的稳定性。而智能药盒与跌倒监测器则能够透过BLE实现精确的室内定位,提供跌倒预警和服药提醒,适合年长者或患有慢性疾病的使用者。另外远端病患监控设备例如远端心电监测器和胃肠镜胶囊等设备,透过BLE进行无线连接,可实现即时监控和数据传输,帮助医疗人员进行远程诊断与治疗。


在医疗设备的互联与数据传输中,安全性是一个重要考量。BLE技术在其最新版本中加入了多重安全功能,尤其是针对大规模星状网路的需求,BLE 5.4版本进一步强化了数据加密与存取控制。


BLE技术支持对广播加密广告数据(Encrypted Advertisement Data;EAD),确保在设备之间交换的敏感数据能够得到有效保护,防止数据在传输过程中被窃取或篡改。另外周期性广播回应(Periodic Advertising with Responses;PAwR)功能也允许众多BLE设备在一个同步的时间中进行通信,适用於需要实现大规模低功耗星状网路的应用场景,这对於实时资产追?和患者定位等应用至关重要。蓝牙6.0也导入了Channel Sounding技术,利用相位测距(PBR)和往返时间(RTT)来测量设备间的距离,还能够与到达角度(AoA)及出发角度(AoD)相结合,实现精确的室内定位,有助於提高智慧医疗设备在医疗场景中的应用效能。


黄金评进一步介绍,Silicon Labs(芯科科技)推出的BLE系统单晶片,为穿戴式智慧医疗设备提供了硬体支援。这些SoC产品不仅具备强大的通信能力,还能确保在制造过程中的安全性。通过芯科科技的CPMS(Customizable Provisioning Management Service),设备制造商可以在生产阶段进行设备个性化设置与安全性认证,如公私钥注入、加密启动、调试锁定等。这样的设计确保医疗设备在出厂时,便具备了符合产业安全标准的身份认证与数据保护功能,防止设备被伪造、数据被窃取等安全风险,并有助於保护厂商的智慧财产权。


深入探讨蓝牙技术与认证 资格认证计画更新与影响

德国莱因电子电气产品服务经理林明锋

德国莱因(TUV Rheinland)是测试、检验、认证和认可服务供应商,总部位於德国,成立於1872年,拥有超过150年的历史。其服务涵盖产品安全、品质管理、可持续发展等多个领域。德国莱因在全球超过60个国家拥有20,000多名员工,致力於保障企业产品及服务符合国际标准,提升市场竞争力。


德国莱因的认证服务对於电子电气产业的发展极为关键,特别是在蓝牙技术(Bluetooth)的发展中,德国莱因为企业提供了完整的测试与认证服务,确保产品在市场上的合规性与性能优势。



图三 :   德国莱因电子电气产品服务经理林明锋
图三 : 德国莱因电子电气产品服务经理林明锋

德国莱因电子电气产品服务经理林明锋表示,随着物联网和无线技术的兴起,蓝牙技术成为连接智能设备的关键技术之一。蓝牙技术联盟(SIG)针对蓝牙产品制定了严格的资格认证要求,以确保设备之间的互通性和技术一致性。企业在推出蓝牙产品前,必须通过这些认证,方可合法销售。


蓝牙技术联盟对所有希??在市场上推出蓝牙产品的公司徵收会费(Bluetooth Membership Fee)。企业成为蓝牙技术联盟成员後,才能叁与产品的设计与认证过程,并获取蓝牙技术规范与更新信息。成员等级主要分为以下三类:使用者(适合仅需推出少量蓝牙产品的公司,年费较低);合夥人(适合需要更多技术资源和更大设计灵活性的公司,年费较高,享有更多技术文件和工具支持);推动者(通常是市场领导企业,享有最多的叁与权限,并能影响蓝牙技术标准的制定)。


蓝牙技术涵盖多层次的功能模组,每一层都有不同的技术要求。在进行蓝牙认证时,必须检验各层功能是否合规。这些层次包括核心协议层(控制数据传输的主要协议)以及(应用层)控制设备如何互动的功能。蓝牙技术联盟的认证过程会涵盖所有这些层级,确保产品能够稳定运作,并与其他蓝牙设备互通。


蓝牙技术联盟的清单分类则包括了Qualified Design和End Product两类。Qualified Design Listing(QDL)适用於设计和技术架构已完成的蓝牙模组。End Product Listing(EPL)则针对最终产品进行的认证,包括整个产品的蓝牙功能测试。企业可根据产品特性选择适合的清单类型,并确保通过认证後才能合法上市。


TCRL(Test Case Reference List)是蓝牙资格认证中重要的叁考文件,列出了各种蓝牙功能的测试案例。每一版 TCRL 都会根据蓝牙技术的更新进行修订,并规范产品在测试中的合规标准。企业必须根据最新的TCRL文件进行测试,这能确保其产品符合当前的技术标准并保持市场竞争力。


另外必须要进一步了解QDID(Qualified Design ID)与DID(Declaration ID)的区别。QDID是一个设计编号(Design Number),代表蓝牙技术联盟对特定设计的认可。QDID则是首次完成蓝牙资格认证後获得的叁考号码,通常用於模组设计的合规认证。


至於DID(Declaration ID)是完成蓝牙资格认证过程後收到的唯一叁考编号,用以证明成员已支付行政费用。DID是产品完成最终资格认证并通过支付的标记,并作为该产品合法性的证明。


随着蓝牙技术的发展,部分功能可能会被淘汰或撤回。这通常称为Deprecation(功能弃用)和Withdrawal(功能撤回)。当某个蓝牙功能被弃用时,产品必须进行升级,以满足新的技术要求;而当功能被撤回时,企业需要停止使用该功能并更新技术规范。德国莱因提供技术支持,协助企业了解蓝牙技术的弃用和撤回过程,并确保产品合规。


蓝牙资格认证要求企业提供样品以进行测试。测试样品必须能代表最终产品的蓝牙功能,并经过严格的测试以确保性能符合标准。测试项目通常包括无线性能、互通性和能效等方面,企业必须确保提供的样品能真实反映产品最终的技术规范。


蓝牙创意应用案例分享

益登科技技术经理苗延骏

蓝牙技术凭藉着低功耗、稳定性及广泛的应用场景,在现代智能设备中发挥了重要的作用。益登科技技术经理苗延骏分享了多种蓝牙应用,涵盖了携带式医疗设备、电池供电工具机、智能家电、智慧城市农业、智慧零售、室内定位等领域,展现了蓝牙技术的多功能性与市场潜力。



图四 :   益登科技技术经理苗延骏
图四 : 益登科技技术经理苗延骏

益登科技技术经理苗延骏指出,蓝牙在携带式医疗设备中极具优势,尤其在无线监控和数据传输上。例如,血糖监测仪、血压计等设备透过蓝牙将实时数据传送至手机或其他设备进行分析与监控。这些应用特别依赖蓝牙技术的低功耗和稳定的连接性,以保证设备能够持续运作并提供可靠的数据传输。


对於电池供电的工具机应用,蓝牙技术能提供方便的无线控制与数据传输。使用者可以透过手机或平板控制工具的操作叁数,并进行设备状态的实时监控。蓝牙的低功耗特性在这类应用中尤为重要,因为它能延长工具的电池寿命,减少频繁充电的需求。


智能家电系统中,蓝牙提供了灵活且节能的连接方式,用户可以透过手机轻松操作家中的电器设备,如灯光、空调和家用安防系统。蓝牙技术的快速连接和低延迟,保证了用户体验的流畅性,同时也降低了系统功耗,使得智能家电产品更加节能。


在智慧农业系统中,蓝牙技术被应用於监控农田中的环境叁数,如土壤湿度、温度等,帮助农民实现精准农业。蓝牙装置不仅低功耗,还能通过无线网络将数据传输至中央系统,帮助决策者进行更有效的农业管理。


商业照明系统应用蓝牙技术进行集中控制,商家可以通过蓝牙无线网络调整灯光的亮度和色温,并根据客流动态实现智能照明管理。这不仅提高了能效,还能营造舒适的购物环境,提升客户体验。


蓝牙技术在室内定位系统中的应用越来越广泛,特别是在大型购物中心、医院和机场等场景。利用蓝牙信标(Beacon),系统可以精确定位并提供导航服务,甚至可以进行客流分析,提升管理效率。


智慧吸入器透过蓝牙连接手机,能够监控患者的吸入次数、时间和剂量,并将数据同步到医疗平台上。这对於患有慢性疾病的患者来说非常实用,因为医生可以远程监控并调整治疗计划。


蓝牙电子标签广泛应用於智慧零售和仓储物流领域,能实时更新产品信息并提供追踪功能,方便管理者随时获取产品位置和状态。这些标签因为蓝牙的低功耗设计,可以在长时间内保持稳定运行。


智能瓦斯表使用蓝牙技术可实现家用燃气泄漏监控。当瓦斯表检测到气体泄漏,会发出声光警报并关闭瓦斯阀门,防止事故发生。此外,透过蓝牙的无线通信功能,瓦斯表还能实现远端监控,为家庭安全提供额外保障。


智能水表藉由蓝牙技术传输数据,透过监测水表的脉冲值来判断水表是否正常运作。与 NB-IoT 相比,蓝牙技术在水表中的功耗更低,使得整体运行更加高效和节能。


蓝牙在GPS追踪器中扮演重要角色,特别是Silicon Labs的BG22晶片,它的低功耗和高接收灵敏度使得追踪器能够在不牺牲电池寿命的前提下提供稳定的定位服务。


现代电动牙刷透过蓝牙与手机连接,使用者可以查看刷牙时间和清洁效果,特别适合家长监控孩子的囗腔健康。蓝牙的高效能和低功耗使这类设备在市场上备受欢迎。


益登科技技术经理苗延骏说,Silicon Labs的BG22和MG22系统单晶片与模组是专为低功耗蓝牙应用而设计的产品。BG22以其极低的待机功耗(低至1.2μA)和高效能的蓝牙 5.2标准支援,在各种便携式设备中发挥了至关重要的作用。MG22则提供了对Zigbee和蓝牙的双模支持,使其在物联网应用中更具灵活性。这两款SoC皆支持高灵敏度接收,确保在各种环境下提供稳定的连接和优异的通信距离,并且其小巧的尺寸和低成本结构,使其成为广泛应用於医疗、工业、智能家居等领域的理想解决方案。


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