車載藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用研究

□ 張 劍

一、引言

近年來，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線的通訊方式越來越不能滿足人們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，各種無線傳輸技術(shù)發(fā)展迅速。汽車工業(yè)同樣有無線通訊的需求，而由于紅外技術(shù)、802．11、HomeRF等無線通訊技術(shù)均有一定的局限性，并不適合在汽車工業(yè)中應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)作為一種短距離無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)在各行各業(yè)都有較為廣泛的應(yīng)用，在汽車行業(yè)藍(lán)牙技術(shù)憑借其優(yōu)勢更是有廣闊的應(yīng)用前景。

目前車載藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域包括車載無線通信，車載信息系統(tǒng)以及車輛狀態(tài)檢測三大領(lǐng)域。在汽車工業(yè)發(fā)展歷程中，移動通信和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域都有較強的提高信息傳輸快速性和便捷性的需求，藍(lán)牙技術(shù)以其在短距離無線通信方面的應(yīng)用優(yōu)勢在汽車工業(yè)中扮演了極其重要的角色。

二、藍(lán)牙技術(shù)

(一)藍(lán)牙技術(shù)簡介?！八{(lán)牙”(Bluetooth)是一種公開的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由 Ericsson，TOSHIBA，IBM，INTEL和NOKIA五家公司在1998年提出，作為一種窄帶寬傳輸技術(shù)，它工作在全球通用的2．45GHz頻段。

藍(lán)牙技術(shù)有以下幾個主要的特點:一是開放性，藍(lán)牙無線通信技術(shù)的規(guī)范完全是公開和共享的，因此不同行業(yè)有使用這一技術(shù)需求的廠家可以便捷地了解并應(yīng)用這一技術(shù);二是兼容性，不同公司的藍(lán)牙產(chǎn)品之間可以實現(xiàn)互操作和數(shù)據(jù)共享，為藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);三是可移植性，可應(yīng)用于多種場合，例如:WAP，GSM，DECT等，這一特點大大拓寬了藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?；谏鲜鲋饕攸c，藍(lán)牙技術(shù)成為了個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，同時，藍(lán)牙技術(shù)的開放性、兼容性和良好的可移植性，是藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提條件。

(二)藍(lán)牙技術(shù)相關(guān)協(xié)議。藍(lán)牙技術(shù)的各層協(xié)議和藍(lán)牙應(yīng)用規(guī)范是藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，完整的藍(lán)牙協(xié)議棧包括基帶協(xié)議，邏輯鏈路控制和適配協(xié)議，串口仿真協(xié)議，傳輸控制協(xié)議，服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，連接管理協(xié)議等。

基帶作為藍(lán)牙技術(shù)的物理層，其任務(wù)是物理信道和鏈路的管理?；鶐f(xié)議具有如下作用:在藍(lán)牙微微網(wǎng)中建立若干藍(lán)牙單元之間的物理RF連接，同時，微微網(wǎng)內(nèi)藍(lán)牙設(shè)備的跳頻頻點和本地時鐘的同步也由基帶協(xié)議完成。

邏輯鏈路控制和適配協(xié)議是基帶的上層協(xié)議，該層協(xié)議與鏈路管理協(xié)議并行工作，但是當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不經(jīng)過鏈路管理協(xié)議時，邏輯鏈路控制和適配協(xié)議向上層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，包括面向連接的和無連接的，同時，多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)以及群提取技術(shù)在該層協(xié)議中也被使用。邏輯鏈路控制和適配協(xié)議允許高層協(xié)議以64k字節(jié)長度收發(fā)數(shù)據(jù)分組。

串口仿真協(xié)議作為一種電纜替代協(xié)議，在藍(lán)牙基帶協(xié)議的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了RS-232控制和數(shù)據(jù)信號的仿真，為使用串行線傳送機制的上層協(xié)議(如OBEX)提供服務(wù)。在兩臺藍(lán)牙設(shè)備之間，可通過串口仿真協(xié)議實現(xiàn)60個并發(fā)連接。

傳輸控制協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議情況下，在傳輸層建立不同設(shè)備之間的可靠連接。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議的功能是提供發(fā)現(xiàn)服務(wù)，這一服務(wù)是藍(lán)牙技術(shù)中所有用戶模式的基礎(chǔ)。使用服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議可以查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型，從而在藍(lán)牙設(shè)備間建立相應(yīng)的連接。

連接管理協(xié)議建立了藍(lán)牙設(shè)備間的連接。在連接的發(fā)起、交換、核實，進行身份認(rèn)證和加密過程中，通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組大小。通過連接管理協(xié)議，還可以對無線設(shè)備的電源模式和工作周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備單元的連接狀態(tài)進行控制。

無線應(yīng)用協(xié)議為無線終端提供Internet通信和高級電話服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)。

三、車載藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用

(一)基于藍(lán)牙技術(shù)的車載無線通信系統(tǒng)。車載無線通信是目前車載藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。由于移動通信的便捷性，在駕駛中使用移動通信工具的需求越來越強烈，手持移動終端接聽電話有很大的安全隱患。為保證駕駛過程中的安全，傳統(tǒng)的解決辦法主要有兩種，一是把聲頻信號用線纜引出，二是把信號調(diào)制發(fā)射后，利用車上的調(diào)頻廣播接收放大，相較于這兩種方法，采用藍(lán)牙技術(shù)從而實現(xiàn)無線接聽電話是一種更為便捷的解決方案，車載設(shè)備連接到駕駛者的手機，可以用來撥打和接聽電話，更常見的是連接到移動電話來撥打和接聽電話，使用無線耳機，這一過程的數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1 基于藍(lán)牙的車載無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

這一技術(shù)采用了藍(lán)牙協(xié)議中的Hands-Free Profile(HFP)應(yīng)用模型，HFP描述了在手機和免提設(shè)備之間進行語音數(shù)據(jù)交互的過程，基于這一過程建立了車內(nèi)的移動終端、車內(nèi)控制臺、車外移動網(wǎng)絡(luò)三者之間的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)。在車內(nèi)有機座的情況下，通過耳機在機座上插拔或耳機按鈕遙控兩種方式實現(xiàn)音頻輸出的切換。HFP定義了兩個角色，音頻網(wǎng)關(guān)(AG)和免提設(shè)備(HF)。比較常見的應(yīng)用模式是一部手機作為網(wǎng)關(guān)，用于音頻的輸入和輸出。免提設(shè)備(HF)作為音頻網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程音頻輸入和輸出載體。

同時，藍(lán)牙技術(shù)為了克服周圍環(huán)境中的干擾，采用了1600跳/秒的跳頻擴頻技術(shù)。這一跳頻擴頻技術(shù)為良好的語音通信信號奠定了基礎(chǔ)，因此藍(lán)牙技術(shù)較適合于在車載移動通信領(lǐng)域中應(yīng)用。

(二)基于藍(lán)牙技術(shù)的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。利用GPS(全球定位系統(tǒng))進行汽車的導(dǎo)航定位是目前汽車導(dǎo)航領(lǐng)域較為常見的解決方案，但在有些情況下，GPS信號受到干擾甚至無信號，這樣就無法利用GPS進行正常的導(dǎo)航定位，為了解決這一問題，基于藍(lán)牙技術(shù)的路標(biāo)定位解決方案應(yīng)運而生。當(dāng)無GPS信號時，利用路標(biāo)通過藍(lán)牙將當(dāng)前汽車所處位置信息傳送給汽車，利用這些信息再進行導(dǎo)航定位。在實際中，如果遇到由于街道狹窄，GPS信號被嚴(yán)重遮擋的情況，該導(dǎo)航定位方案可以充分發(fā)揮導(dǎo)航定位效果。具體的實現(xiàn)原理示意圖如2所示。

圖2 基于藍(lán)牙的汽車導(dǎo)航定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該定位解決方案由GPS、航位推算、路標(biāo)三個主要部分構(gòu)成，而藍(lán)牙技術(shù)則充當(dāng)了路標(biāo)與車內(nèi)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵橋梁。當(dāng)由于環(huán)境情況以及干擾等其他原因汽車無法利用GPS定位時，路標(biāo)通過藍(lán)牙技術(shù)將位置等汽車導(dǎo)航需要的數(shù)據(jù)傳送給車內(nèi)控制系統(tǒng)，從而完成汽車的定位以及精確行駛。這一方案擴展了基于GPS與航位推算的汽車導(dǎo)航定位方案，它的應(yīng)用將會使得車載導(dǎo)航定位系統(tǒng)更加完善。

(三)基于藍(lán)牙技術(shù)的四輪定位系統(tǒng)。汽車狀態(tài)的檢測有多種多樣的方式，從安全性的考慮，狀態(tài)檢測的實時性和快速性是一種必要的需求，而檢測過程中的數(shù)據(jù)傳輸方式則是較為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。

四輪定位儀是汽車狀態(tài)檢測的一個重要部分，它可以完成對車輛四個輪胎的位置參數(shù)檢測。傳統(tǒng)的拉線式和無線測量有線傳輸式四輪定位儀的弊端較為明顯，接線繁瑣，數(shù)據(jù)傳輸便捷性差，因此在環(huán)境條件復(fù)雜且對數(shù)據(jù)傳輸快速性要求較高的車輛檢測場所的適用性需要提高。利用藍(lán)牙技術(shù)實現(xiàn)四輪定位數(shù)據(jù)的無線傳輸可以大大提高汽車四輪定位的便捷性和快速性。

作為藍(lán)牙技術(shù)點對多點的典型解決方案，汽車的四輪定位系統(tǒng)主要由安裝在汽車四個車輪上的傳感器和控制計算機組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了實現(xiàn)車輪位置參數(shù)的無線傳輸，分別為控制計算機和四個機頭配置藍(lán)牙模塊，控制計算機連接藍(lán)牙模塊的方式主要有兩種，一是通過RS232串口，二是通過USB接口。在傳感器完成對車輪位置參數(shù)如前束，外傾角，主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的采集后，通過藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)實時傳送到控制計算機，在控制計算機上可以比對由藍(lán)牙模塊接收到的數(shù)據(jù)與該車輛的標(biāo)準(zhǔn)四輪參數(shù)，從而完成汽車的四輪檢測定位任務(wù)。這一應(yīng)用將會大大提高車輛四輪定位系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪浴?/p>

圖3 基于藍(lán)牙的四輪定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

四、結(jié)語

藍(lán)牙技術(shù)作為一種低成本、便捷的無線傳輸技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，藍(lán)牙設(shè)備之間互操作性強，所需空間小，具有成本優(yōu)勢。因此，在車載系統(tǒng)中藍(lán)牙技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)傳輸，該技術(shù)在車載無線通信、汽車導(dǎo)航定位以及汽車狀態(tài)檢測方面體現(xiàn)了良好的應(yīng)用價值，推動了汽車工業(yè)向智能化方向發(fā)展。同時，藍(lán)牙技術(shù)在應(yīng)用上也存在一些弊端，藍(lán)牙技術(shù)并不支持漫游功能，這一特點限制了藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用。雖然藍(lán)牙技術(shù)可以實現(xiàn)微網(wǎng)絡(luò)與擴大網(wǎng)之間的切換，但是每次切換當(dāng)前PAN連接必須斷開，這一點對于某些應(yīng)用場合是可以接受的，但對于實時通話、數(shù)據(jù)同步傳輸和信息提取等需要穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用來說，連接斷開傳輸就中斷。因此，移動IP技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)的結(jié)合，是藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用的一個發(fā)展方向。隨著車載藍(lán)牙應(yīng)用對藍(lán)牙技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性、傳輸速率和抗干擾能力等方面要求的提高，車載藍(lán)牙技術(shù)仍有較大的提升空間。

［1］孫炎森．基于藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的點到多點音視頻傳輸技術(shù)的研究與設(shè)計［D］．北京工業(yè)大學(xué)，2009

［2］劉國巍，梁釗，沈連豐等．基于藍(lán)牙技術(shù)的車載免提系統(tǒng)研究［J］．電聲技術(shù)，2003

［3］張國．藍(lán)牙技術(shù)在車載信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［D］．大連理工大學(xué)，2008

［4］熊慧，劉建業(yè)，孫永榮等．藍(lán)牙技術(shù)在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］．工業(yè)控制計算機，2003