引領遠距醫療/自主照護市場 低功耗藍牙創新腳步加快

2010-02-05
眾所周知之藍牙技術,繼先後發表高頻寬版本後,亦於2009年12月推出新版超低功耗技術。推廣此項技術之藍牙技術聯盟認為,由於可順利與其他行動裝置互相介接,並且兼具低功耗特性,因而成為最適宜應用在遠距醫療與自主照護市場上之無線通訊技術。
隨著公共衛生和醫療的進步,人們的壽命越來越長,世界各國皆開始步入高齡化社會。因應市場上對居家照護、醫療保健的需求不斷增加,藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth SIG)在2009年12月推出新一代藍牙4.0版本低功耗無線技術,提供超低耗電量的無線解決方案,並藉由藍牙的普及與互通性,針對醫療保健及運動健身等應用,將傳統醫療帶進前所未見、超越想像的嶄新應用。  

遠距醫療/自助照護勢在必行 低功耗藍牙技術至關重要  

根據美國醫療照護資費顧問委員會(Medicare Payment Advisory Commission, MedPAC)的調查,全美九千萬名慢性病患的醫療資源支出,僅僅1年就須花費14億美元,此筆龐大的醫療費用,占美國整體醫療費用的七成五以上。因此,在慢性病日益普遍、而醫療人力嚴重短缺的情況下,遠距醫療和自助照護已成為醫療領域的一大新興市場。  

而低功耗藍牙的應用,則有助大幅減輕上述財政負擔。舉例來說,在醫療看護、健康管理領域,透過藍牙裝置,如血壓計,體重計或是血糖監控,使用者可定期取得健康資料,並將資料無線傳輸至其他藍牙裝置如手機、PDA等,同時也傳送至病人的遠端看護及健康管理系統。  

至於慢性病管理、病人復健領域,若透過藍牙感應器,慢性病患可以自行量測個人的健康指數,並透過藍牙裝置傳給照護者。如CNN便曾報導,一名在伊拉克戰爭中失去雙腿的美軍傷兵,已藉由「藍牙義肢」重溫昂首闊步的感覺。此藍牙義肢是在兩個踝關節處各裝有一個藍牙接收感應器,使雙腿可以無線傳輸溝通、知道彼此的運動狀態,模仿彼此的步幅與速度、控制力道,避免相互絆倒的意外發生,同時省去老式義肢須與電腦連線的不便,也讓大腿毋須太花費力氣。  

若關注藥物管理,則可透過藍牙給藥器,病人可以收到服用藥物的時間提醒。若病人在幾次提醒後還是未服用藥物,遠端的照護者將收到警示,並進而採取適當行動。  

運動健身追蹤的應用端,使用者可在運動健身的同時,透過具備藍牙感應器的卡路里量表、體重計或血壓計,監控健身目標。資料也可透過藍牙裝置如PDA、筆記型電腦、手機傳送至網路應用程式,回報使用者做為衡量運動成果的參考。

而在遠端生物感應量測領域,透過藍牙醫療設備連結到機上盒(STB)或電腦,讓病人在家即可進行身體檢查,同時與遠端的照護者進行電話、影像的訪查。

藍牙技術廣為人知 有助創造自主醫療環境  

透過網路技術所蒐集的個人健康資訊,可以分享給醫院、社群或家庭等,將可建構健全、有效的遠距醫療體系。然而,此處的前提是:一個能夠支援各種不同生活形態的網路技術,讓使用者無論是在家、工作場合、娛樂或是通勤中,都可以很容易地透過此技術連上網路,獲得各自所需的服務及支援。  

由於技術上的特性,讓低功耗藍牙技術成為最符合上述條件,且能滿足使用者需求的無線技術。目前全球已有超過三十億件的藍牙產品,應用於個人、家庭、企業端的各種行動裝置,如手機、個人電腦、PDA、耳機、相機、電視與錄影機等。

而藍牙技術聯盟於每個工作日平均要認證超過八款藍牙新產品,每週更有超過一千九百萬台藍牙設備被銷售。許多美國食品藥物管理局(FDA)核准的器材、運動大衣、救護車等,都已整合了藍牙無線技術。  

根據藍牙技術聯盟與市場研究機構Millward Brown的調查顯示,全球消費者對於藍牙無線技術的認知度高達85%,且在受訪的六個地區如台灣、中國大陸、德國、日本、美國與英國中的四個地區,有高達60%的受訪者宣稱擁有一個以上的藍牙裝置。因此,既然藍牙已為最廣為人知的無線技術品牌,自然頗有機會在遠距醫療中扮演關鍵角色。  

藍牙打通醫療設備任督二脈

傳統醫療器材的資料通常採取專屬規格,因此不同廠商的機器無法在一個應用程式上相互溝通。有鑑於此,藍牙技術聯盟於2007年與Continua健康聯盟、IEEE 11073個人醫療設備小組共同合作,推出醫療裝置協定Health Device Profile,這是弭平設備規格落差的第一步,促成平台互通性之餘,更進一步讓醫療或健身設備間得以透過無線技術傳遞資料。

而藍牙技術聯盟新推出的藍牙4.0低功耗技術,已獲得Continua健康聯盟選為下一個標準版本的低功耗無線傳輸技術,將進一步使新一代以鈕釦電池供電、具藍牙規格的醫療及健身設備,得以直接連上網路應用程式。藉由現行行動網路、手機製造商的規模及客戶基礎,低功耗藍牙技術將能帶動醫療監控應用的普及化。

基於藍牙產品的普及和互通性,能讓消費者無縫隙地悠遊於個人區域網路(Personal Area Network, PAN)及局部區域網(Local Area Network, LAN)間,故藍牙技術已成為醫療及健身裝置「實際上」的無線網路標準,無論是去纖顫器、體重器、心律帶、血糖機或Wii Fit的平衡板,都可以透過藍牙技術進行資料傳輸。

如今,消費者可以使用藍牙手機作為傳遞橋樑,將消費者身上藍牙低功耗感應器的資訊,搭配高省電、低功耗的特性,讓這些裝置能延長使用時間,以及減少更換電池的次數,並透過藍牙行動電話傳輸至網路上,完成加值應用程序,例如遠距醫療或健身監控。行動電話可以成為各式各樣的藍牙低功耗產品如手表、醫療器材、運動器材的統一出入口,並成為遊戲、小工具,消費性產品及家庭設備的控制器。

藍牙4.0低功耗技術粉墨登場

低功耗藍牙無線技術主要源自於藍牙技術聯盟在2007年宣布納入Wibree超低耗電量無線技術的協議,透過Wibree專為超低電量裝置的設計,擴大藍牙產品應用,使各種小型裝置亦能具備無線連結的能力。  

低功耗藍牙無線技術將應用在個人端的各種感應裝置,透過鈕釦電池提供長達數年的持久無線連結,使得裝置配件和人機介面裝置(HID)具備超低成本和輕巧的特性,更能使手機及個人電腦相關配件的成本降至最低、體積更小。  

其主要功能特色包括超低峰值(Peak)、平均值與待機功耗、標準鈕扣電池足以使用數年、低成本的無線標準、多種設備之間的相容性與加強射程等。  

另外,此一規格有雙模、單模兩種應用。在雙模應用中,低功耗藍牙的功能會整合至現有的傳統藍牙控制器中,共享傳統藍牙技術既有的射頻和功能,相較於傳統的藍牙技術,增加的成本更小。除此之外,製造商可利用升級版低功耗藍牙技術的堆疊,整合目前的藍牙3.0高速版本、或2.1+EDR等傳統藍牙晶片組,增進傳統藍牙裝置的新效能。  

至於低功耗的單模晶片組,則是一個高度整合的裝置,具備輕量的鏈路層(Link Layer),能在最低成本的前提下,支援低功耗的待機模式、簡易的互相連結、可靠的點對多點資料傳輸、安全的加密連結等;位於上述控制器中的鏈路層,適用於網絡連接傳感器,並確保在無線傳輸中,皆能透過低功耗藍牙傳輸。其他低功耗藍牙無線技術之細節如表1。

表1 低功耗藍牙技術特性

數據傳輸

藍牙低功耗技術支持很短的資料封包,其傳輸速度高達1Mbit/s。所有連接均採用先進的嗅探性次額定(Sniff-subrating)功能模式,以實現超低的負載循環(Duty Cycle)。

跳頻

藍牙低功耗技術和其他版本的藍牙技術一樣都是使用調節性跳頻,以盡量減少2.4 GHz ISM波段其他技術的干擾。此技術還允許高效的多路徑優勢增加鏈路預算,從而加大射程。
主機控制 藍牙低功耗技術設計的高智慧控制器,讓主機長時間處於休眠狀態,並只在主機需要運作時由控制器來啟動。因主機較控制器消耗更多的能源,因此這樣的設計也節省了最多的能源。
延遲 藍牙低功耗技術的連線建立僅需3毫秒(ms)即可完成;同時能以應用程式迅速啟動連結器,並以數毫秒的傳輸速度完成經認可的資料傳遞後並立即關閉連結。
射程 調變指數的增大可使低功耗無線技術的射程加大,射程將可超過100公尺。
穩定度 藍牙低功耗技術使用24位元的循環重複檢環(CRC),能確保所有封包在受干擾時的最大穩定度
高度安全 使用CCM的AES-128完全加密,為數據封包提供高度加密性及認證度。
拓撲
藍牙低功耗技術在每個從裝置及每個封包上,使用32位元的存取地址,讓數十億個裝置能被同時連結。此技術不但將一對一的連結最佳化,同時也利用星狀拓撲來完成一對多點的連結。在連線和斷線切換迅速的情況下,資料能夠在網狀拓撲之間移動,但不至於為了維持此網絡而顯得過於複雜。

藍牙產品數量龐大 互通互聯變化多端  

市調單位ABI Research預測,低功耗藍牙技術產品將在2010年成長至四億二千八百萬件。同時,由意法半導體(ST)與易利信(Ericsson)合資成立的無線通訊晶片廠商ST-Ericsson,也宣布將率先支援藍牙4.0低功耗技術。其他包括日前德州儀器(TI)和劍橋無線半導體(CSR)都已經推出晶片與解決方案。  

多年來,藍牙技術無論在效能、穩定及產品互控性的發展,已被證明可支援非常廣泛的應用,同時更組織成一個非常健全的生態體系,讓未來的演進方向變得更為明確。從藍牙3.0+HS高速技術可望應用於手機、相機、錄影機、PC及電視等,傳輸視訊、音樂及圖片等,一直到藍牙4.0低功耗技術將版圖延伸至手錶、醫療、運動感應器等個人醫療保健設備、汽車及自動化工業等低功率傳輸感應設備。未來只要透過藍牙無線技術,即可讓個人端的資訊得以藉由共通的標準,連接至網路上豐富的雲端應用資源。  

面對全球醫療業的新需求及轉變,藍牙技術展現出開放性、彈性和迅速滿足業界需求的優勢。期待透過藍牙的消費者高度認知、廣泛的製造商資源,加上業界的鼎力合作,為即將來到的高齡社會及醫療應用,創造嶄新的用戶體驗。  

(本文作者為藍牙技術聯盟執行董事)

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