浅析基于蓝牙协议的生理电信号传输的实现

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摘 要：蓝牙协议是面向个人领域近距离传输需要的一种无线通信协议。文章主要对蓝牙协议的网络通信过程与生理电信号传输要求展开分析，并且提出了一种适于生理电信号测量的蓝牙网络模型，通过蓝牙网络通信协议库的应用，对蓝牙应用软件进行编写，并且对该种模型的有效性与实用性进行了成功验证。
关键词：生理电信号；蓝牙协议；传输；实现
如今，蓝牙技术已经被多个领域所应用，并且已经取得了一定的成效。蓝牙技术由多个世界著名多家通信公司与计算机公司联合提出的，用于计算机上的、以分层网络协议为基础的无线通信技术。蓝牙属于一种短距离无线连接技术，该种技术拥有全开放性、低成本与面向个人半径空间的特点。该种技术受到蓝牙共同利益组织推动发展，在带动计算机行业与通信行业等多方面发展中有着积极意义。
1 蓝牙协议的组成与通信过程研究
1.1 蓝牙协议的组成
作为开放性的近距离高速通信标准，蓝牙协议内容主要有：蓝牙核心协议、电缆替代协议、电话控制协议以及选用协议这四个方面。依据具体的应用，蓝牙协议栈能够进行灵活配置，并且鼓励尽量应用各种高层协议，确保现有网络技术和蓝牙技术能够融合在一起[1]。为此，除蓝牙核心协议意外，其他三方面的协议都需要依据实际需要来确定。
1.2 蓝牙通信过程
蓝牙在ISO/OSI模型网络协议与消费交换的基础之上进行了定义，主要完成了OSI模型的物理层、数据链路层、网络层以及传输层等各个方面的功能。蓝牙上层应用实体则通过HCI接口实现上层服务通蓝牙协议栈的消息交换与数据传输方面的功能。一般而言，蓝牙通信过程主要包括查询、应答、监理连接以及连接协商等内容。其中，查询与应答表现为：通过查询工作的实施，来发现并且建立较为固定的微微网，同时为监理更好的配对机制做相应的信息准备。由于蓝牙应用了TDMA进行信息传输，在时隙对数据量与响应速度限制影响之下，任何一个蓝牙设备和另一个新的蓝牙设备在相互识别期间，都需要建立较为稳定的连接，但是该种连接往往需要较长的时间，该种特性又会给实时监测带来不利的影响。为了能够有效避免使用初期出现长时间无法连接的问题，便需要在应用前仔细检查蓝牙设备，并且实施相应的应答操作，从而确保能够相互的对对方信息地址进行存储，这便能够在连接范围之内，短时间的完成信道激活操作。作为数据链路层的主要功能查询与应答是不可缺少的。
而建立连接的目的在于：对蓝牙设备间的数据链路进行固化，其过程表现为：首先需要对无特定连接的异步链路实施有效建立。通常，异步链路可简称为ACL类型的物理连接，在建立期间往往需要展开连接设置与鉴权等方面的操作，在完成物理链接以后，在L2CAP层上两个蓝牙设备进行蓝牙信道的建立，之后通过进一步的请求与协商建立蓝牙连接。在连接蓝牙的基础之上，还能够进行附加连接的建立。其中附加连接主要将ACL链路作为主要的形式，其数据将帧作为单位，包括帧的类型、数据长度以及数据的内容等。在连接建立期间，蓝牙之间的协商数据经L2CAP层截获，并且对所截获的信息数据进行处理[2]，同时在芯片内嵌处理器上执行相应的命令。
在连接协商方面，建立ACL连接以后，往往还需要对连接类型进行选择。在连接协商中，能够将服务对象之间的交互数据类型、编码方案与传输时隙的分配确定下来。在处于关闭连接与休眠模式的时候，需在建立蓝牙连接以后，尽管缺少数据传输的时候，也会在一定程度上增加设备的耗电量，这在电池支持系统方面是一种无意义的消耗。为此，针对所建立起来的连接，往往需要利用周期休眠的模式来降低功耗，同时也可以在较长时间无数据传输的时候，将连接关闭，这便能够减少耗电量，避免出现无意义的消耗。
2 生理电信号传输要求与实现
生理电信号的组成，主要有生物体在生命活动中机体、组织以及器官等各级系统所产生的特定表征，所转化成的一种电信号所构成，这能够将特定的生命活动细节充分的反应出来[3]。这与蒋建文，韩江洪，何 等在《基于蓝牙协议的家庭信息网解决方案》一文中的观点有着相似之处。如果按照信号频率的范围进行划分，可以将其分为：低频信号、中高频信号以及宽带高频信号。其中，低频信号的最高频率在250Hz以下，其代表便是心电；中高频信号代是心音；宽带高频信号主要指肌电。一般而言，在ACL中蓝牙存在7种分组，其中能够适合生理信号的带有2种校验机制的是，DM1、DM3以及DM5分组。
3 问题与改进建议
蓝牙连接期间，存在首次連接耗时较长的问题。一般而言，蓝牙设备首次建立连接期间，所耗时间比较长，一般都需要在十几秒以上才能够完成连接，在试验中，距离如果小于5m便能够顺利的完成连接。但是这在实时监护中是不允许的。可如果两个蓝牙设备预先相互认证并且绑定在一起以后，那么信道激活时间所耗时间便较短。为此，没有绑定的设备不适合立即应用的。
另外，在设备位移速度方面的影响。实践表明，在蓝牙建立连接过程中，对于高速运动物体并不适用[4]，例如高速运动的汽车。只有已经建立连接的双方，才能够在一定速度相对运动中不出现连接丢失的情况。对于人体而言，由于运动速度不高，能够保持充分运动的同时，蓝牙依旧处于连接的状态。
其次，空间阻碍会给传输率带来一定的影响。当数据通路在实现范围以内遇到空间阻碍的时候，那么数据传输率便会出现明显降低的情况，而导致出现该种情况的原因在于，蓝牙功率调节命令字并没有依据实际的阻碍状态实施设置工作。在无障碍的时候，信号便能够稳定传输[5]，这与李莉在《新型蓝牙无线文件传输协议RBTFT的研究与实现》一文中的观点有着相似之处。经过相应的校验以后，由于误码率比较低，这便导致蓝牙发射功率维持正常传输水平也比较低，可这又能够在极大程度上降低给周围环境带来的干扰与辐射。如果存在障碍，那么要保证数据拥有正确性的特点，便需要不断的提升发射率。在此期间，如果没有实施功率调整工作，那么便会导致数据出现丢失的情况，甚至引发频繁数据重发现象的出现，为此，传输速率大幅度下降。只有在功率配合的背景之下，才能够将固定的空间障碍有效解决，降低对数据传输的不利影响。而通过数据重传，便能够将随机空间阻隔问题解决。
4 结束语
作为一种开放性的近距离通信标准，蓝牙不仅涉及了无线射频技术，同时网络与计算机技术等领域也广泛的应用蓝牙技术，在这些领域中，不仅存在较为成熟体系化的协议机制与标准，同时还处于一定的修正与改造当中，从而使其能够适应现代环境，并且能够更好的发展。这种小范围的篮网优势在于：能够实现区域标定与个性化数据传输目标，这在无线网络定位和保障数据安全方面有着积极作用。为此，不断提升蓝牙技术水平，已经成为相关领域需高度重视的问题。
参考文献
[1]刘晓东，郭兴明，肖守中，等.基于蓝牙协议的生理电信号传输的实现[J].医疗卫生装备，2004，25（7）：7-9.
[2]祁飞，须德.蓝牙协议一致性测试技术的研究[J].铁路计算机应用，2006，15（9）：4-7.
[3]蒋建文，韩江洪，何 ，等.基于蓝牙协议的家庭信息网解决方案[J].计算机工程与应用，2002，38（15）：200-202.
[4]余群，王群生.蓝牙协议体系和蓝牙协议的实现方法[J].陕西工学院学报（自然科学版），2004，20（1）：36-40.
[5]李莉.新型蓝牙无线文件传输协议RBTFT的研究与实现[J].计算机光盘软件与应用，2014（2）：286-287.