藍牙技術(shù)如何運用自適應跳頻和數(shù)據(jù)包實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信

干擾是任何無線技術(shù)實現(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，無線技術(shù)必須共享傳輸介質(zhì)，多個設備可能會嘗試在同一無線頻譜、同一通用區(qū)域和在完全相同的時間內(nèi)進行通信。當發(fā)生這種情況時，數(shù)據(jù)包之間會發(fā)生空中沖突（in-air collisions），這可能會使接收設備無法讀取數(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重。在此類頻段中，一種通信技術(shù)需要適應來自使用相同通信技術(shù)的其他設備以及在同一頻段內(nèi)使用其他通信技術(shù)的設備所產(chǎn)生的潛在干擾。

例如藍牙技術(shù)和Wi-Fi與使用IEEE 802.15.4標準的技術(shù)都在2.4 GHz ISM頻段運行。因此，如果兩個藍牙設備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，與另一個在范圍內(nèi)的其他藍牙、Wi-Fi或802.15.4設備之間傳輸，且傳輸時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頻段的設備（包括燈光、微波爐、嬰兒監(jiān)視器和車庫門開啟器等）也會在環(huán)境中造成不必要的電磁噪聲。

有許多藍牙技術(shù)可用于降低干擾。在本文中，我們將探討藍牙技術(shù)如何運用自適應跳頻（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，進而實現(xiàn)可靠的無線數(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線mesh網(wǎng)絡技術(shù)相比，藍牙數(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、藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡工作組主席Szymon Slupik所說：秘訣很簡單，數(shù)據(jù)包越小，沖突就越少，任何無線系統(tǒng)的可靠性都與頻譜效率有關(guān)。Slupik認為，藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的尺寸是藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡成為“第一個滿足物聯(lián)網(wǎng)時代巨大期望的無線標準”的最大原因之一。

并不只有Slupik對藍牙數(shù)據(jù)包的優(yōu)秀特性贊賞有加。藍牙技術(shù)聯(lián)盟開發(fā)者關(guān)系經(jīng)理Martin Woolley也提到了藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包在高密度設備網(wǎng)絡可擴展性和容量方面的優(yōu)勢：“數(shù)據(jù)包所需的無線電空中傳輸時間越少，發(fā)生沖突的概率就越低。藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡的小尺寸數(shù)據(jù)包和低功耗藍牙無線電的高符號速率減少了數(shù)據(jù)包所需的空中傳輸時間，使得藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡在這一方面具備出色的性能。”

但藍牙數(shù)據(jù)包的優(yōu)點并不僅僅在于尺寸和速度。它們還十分善于避免沖突。

自適應跳頻

擴頻技術(shù)可以提高無線技術(shù)在繁忙無線電環(huán)境中的彈性。在繁忙的無線電環(huán)境中，更容易發(fā)生沖突和干擾。自適應跳頻（Adaptive Frequency Hopping，AFH）是藍牙技術(shù)為避免干擾而運用的一項獨特擴頻技術(shù)。

為了解自適應跳頻的工作原理，我們先來說明藍牙技術(shù)如何劃分2.4GHz ISM頻段。首先，和許多無線通信協(xié)議一樣，藍牙技術(shù)使用多個無線電通道。低功耗藍牙（Bluetooth LE）將2.4GHz ISM無線電頻段分為40個通道，而藍牙BR/EDR則將其分為80個通道。

藍牙技術(shù)還可以在傳輸通道之間跳轉(zhuǎn)，進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牙技術(shù)所獨有的。

自適應跳頻（Adaptive Frequency Hopping，AFH）提高了跳頻的智能化，使藍牙數(shù)據(jù)包能夠根據(jù)情況避開活躍、繁忙、擁擠的通道。嘈雜和繁忙的通道會被標記出來且并不被使用。隨著環(huán)境中其他無線通信設備的增加和刪除，可靠的通道和繁忙的通道可能會逐漸改變。自適應跳頻使藍牙技術(shù)能夠動態(tài)追蹤運行狀況最好的通道并找到最可靠的路徑。

藍牙技術(shù)，生來可靠

綜上所述，藍牙技術(shù)能夠在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境下實現(xiàn)高度可靠的通信。這兩種方法讓我們初步了解到藍牙為幫助開發(fā)人員解決干擾問題所提供的技術(shù)和功能，藍牙技術(shù)從設計上就注定是可靠的。

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