|
|
|
|
Инфракрасный интерфейс IrDA
Применение
излучателей и приемников инфракрасного (ИК)
диапазона позволяет осуществлять
беспроводную связь между парой устройств,
удаленных на расстояние до нескольких
метров. Инфракрасная связь — IR (Infra Red) Connection —
безопасна для здоровья, не создает помех в
радиочастотном диапазоне и обеспечивает
конфиденциальность передачи. ИК-лучи не
проходят через стены, поэтому зона приема
ограничивается небольшим, легко
контролируемым пространством.
Инфракрасная технология привлекательна
для связи портативных компьютеров со
стационарными компьютерами или док-станциями.
Инфракрасный интерфейс имеют некоторые
модели принтеров, им оснащают многие
современные малогабаритные устройства:
карманные компьютеры (PDA),
мобильные телефоны, цифровые фотокамеры и
т. п.
Различают
инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с),
средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с)
скорости. Низкоскоростные системы служат
для обмена короткими сообщениями,
высокоскоростные — для обмена файлами
между компьютерами, подключения к
компьютерной сети, вывода на принтер,
проекционный аппарат и т. п. Ожидаются
более высокие скорости обмена, которые
позволят передавать «живое видео». В 1993
году была создана ассоциация разработчиков
систем инфракрасной передачи данных IrDA
(Infrared
Data Association), призванная обеспечить
совместимость оборудования от различных
производителей. В настоящее время
действует стандарт IrDA
1.1.
Интерфейсы
стандарта обеспечивают следующие
скорости передачи:
|
IrDA SIR (Serial Infra Red), HP-SIR - 9,6-115,2 Кбит/с;
|
|
IrDA
HDLC,
известный и как IrDA MIR
(Middle
Infra Red) - 0,576 и 1,152 Мбит/с;
|
|
IrDA FIR (Fast Infra Red) - 4 Мбит/с;
|
Излучателем
для ИК-связи является светодиод, имеющий
пик спектральной характеристики мощности
880 нм;
светодиод дает конус эффективного
излучения с углом около 30°. В
качестве приемника используют PIN-диоды,
эффективно
принимающие
ИК-лучи в конусе 15°. Спецификация IrDA
определяет требования к мощности
передатчика и чувствительности приемника,
причем для приемника задается как
минимальная, так и максимальная мощность
ИК-лучей. Импульсы слишком малой
мощности приемник не «увидит», а слишком
большая мощность «ослепляет» приемник —
принимаемые импульсы сольются в
неразличимый сигнал. Кроме полезного
сигнала на приемник воздействуют помехи:
засветка солнечным освещением и лампами
накаливания, дающая постоянную
составляющую оптической мощности, и помехи
от люминесцентных ламп, дающие переменную (но
низкочастотную) составляющую. Эти помехи
приходится фильтровать. Спецификация
IrDA обеспечивает уровень битовых ошибок
(Bit
Error
Ratio,
BER)
более 10 -9 при
дальности до 1 м и дневном свете. Поскольку
передатчик почти неизбежно вызывает
засветку своего же приемника, вводя его в
насыщение, приходится задействовать
полудуплексную связь с
определенными временными зазорами при
смене направления обмена. Для передачи
сигналов используют двоичную модуляцию (есть
свет — нет света) и различные схемы
кодирования.
Спецификация
IrDA определяет многоуровневую систему
протоколов, которую рассмотрим снизу вверх.
Ниже
перечислены варианты, возможные на
физическом уровне IrDA.
|
IrDA
SIR —
для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется
стандартный асинхронный режим
передачи (как в СОМ-портах): старт-бит (нулевой),
8 бит данных и
стоп-бит (единичный). Нулевое значение
бита кодируется импульсом
длительностью 3/16 битового интервала,
единичное — отсутствием импульсов.
Таким образом, в паузе между посылками
передатчик не светит, а каждая посылка
начинается с импульса старт-бита.
|
|
ASK IR —
для
скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также
используется асинхронный режим, но
кодирование иное: нулевой бит
кодируется посылкой импульсов с частотой
500 кГц, единичный — отсутствием
импульсов.
|
|
IrDA HDLC
— для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с
используется синхронный режим
передачи и кодирование, аналогичное
протоколу SIR,
но с длительностью импульса 1/4-битового
интервала. Для контроля достоверности
кадр содержит 16-битный CRC-код.
|
|
IrDA
FIR
— для скорости 4 Мбит/с также
применяется синхронный режим, но
кодирование несколько сложнее. Здесь
каждая пара смежных битов кодируется
позиционно-импульсным кодом: 00 —> 1000, 01
—> 0100, 10 —> 0010,11 —>0001 (в четверках
символов «1» означает посылку импульса в
соответствующей четверти двухбитового
интервала). Такой способ кодирования
позволил вдвое снизить частоту
включения светодиода по сравнению с
предыдущим. Постоянство средней частоты
принимаемых импульсов облегчает
адаптацию к уровню внешней засветки. Для
повышения достоверности применяется 32-битный
CRC-код. |
Над
физическим уровнем расположен протокол
доступа IrLAP
(IrDA
Infrared Link Access
Protocol)
— модификация протокола HDLC,
отражающая нужды ИК-связи. Этот протокол
инкапсулирует данные в кадры и
предотвращает конфликты устройств: при
наличии более двух устройств, «видящих»
друг друга, одно из них назначается
первичным, а остальные — вторичными. Связь
всегда полудуплексная. IrLAP описывает
процедуру установления, нумерации и
закрытия соединений. Соединение
устанавливается на скорости 9600 бит/с, после
чего согласуется скорость обмена по
максиму из доступных обоим и
устанавливаются логические каналы (каждый
канал управляется одним ведущим
устройством).
Над
IrLAP располагается протокол
управления соединением IrLMP
(IrDA
Infrared Link Management
Protocol).
С его помощью устройство сообщает
остальным о своем присутствии в зоне охвата
(конфигурация устройств IrDA может
изменяться динамически: для ее изменения
достаточно поднести новое устройство или
отнести его подальше). Протокол IrLMP
позволяет обнаруживать сервисы,
предоставляемые устройством, проверять
потоки данных и выступать в роли
мультиплексора для конфигураций с
множеством доступных устройств. Приложения
с помощью IrLMP могут узнать, присутствует ли
требуемое им устройства в зоне охвата.
Транспортный
уровень обеспечивается протоколом Tiny
TP
(IrDA
Transport Protocols) — здесь обслуживаются
виртуальные каналы между устройствами, обрабатываются
ошибки (потерянные пакеты, ошибки данных и т.
п.), производится упаковка данных в пакеты
и сборка исходных данных из пакетов (протокол
напоминает TCP).
На транспортном уровне может работать и
протокол IrTP.
Протокол IrCOMM
позволяет через ИК-связь эмулировать
обычное проводное подключение:
|
3-проводное
по RS-232C (TXD, RXD и GND);
|
|
9-проводное
по RS-232C (весь набор сигналов СОМ-порта);
|
|
Centronics
(эмуляция параллельного интерфейса).
|
Протокол IrLAN
обеспечивает доступ к локальным сетям,
позволяя передавать кадры сетей Ethernet
и Token Ring.
Для ИК-подключения к локальной сети требуется
устройство-провайдер с интерфейсом IrDA,
подключенное обычным (проводным) способом
к локальной сети, и соответствующая
программная поддержка в клиентском
устройстве (которое должно войти в сеть).
Протокол объектного обмена IrOBEX (Object
Exchange Protocol) — простой протокол,
определяющий команды PUT и GET
для обмена «полезными» двоичными данными
между устройствами. Этот протокол
располагается над протоколом Tiny
ТР. У
протокола IrOBEX есть расширение для
мобильных коммуникаций, которое
определяет передачу информации,
относящуюся к сетям GSM (записная книжка, календарь,
управление вызовом, цифровая передача
голоса и т. п.), между телефоном и
компьютерами разных размеров (от
настольного до PDA).
Этими
протоколами не исчерпывается весь список
протоколов, имеющих отношение к ИК-связи.
Заметим, что для дистанционного управления
бытовой техникой (телевизоры,
видеомагнитофоны и т. п.) используется тот
же диапазон 880 нм, но иные частоты и методы
физического кодирования.
Приемопередатчик
IrDA может быть подключен к компьютеру
различными способами; по отношению к
системному блоку он может быть как
внутренним (размещаемым на лицевой панели),
так и внешним, размещаемым в произвольном
месте. Размещать приемопередатчик следует
с учетом угла «зрения» (30° у передатчика и 15°
у приемника) и расстояния до требуемого
устройства (до 1 м).
Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR, ASK
IR)
подключаются через обычные микросхемы
асинхронных приемопередатчиков UART,
совместимые с 16450/ 16550, через сравнительно
несложные схемы ИК- модуляторов/демодуляторов.
В ряде современных системных плат на
использование инфракрасной связи (до 115,2
Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2. Для
этого в дополнение к UART чипсет содержит
схемы модулятора и демодулятора,
обеспечивающие один или несколько
протоколов инфракрасной связи. Чтобы порт
COM2 использовать для инфракрасной связи, в CMOS Setup
требуется выбрать соответствующий режим (запрет
инфракрасной связи означает обычное
использование COM2). Существуют внутренние
адаптеры и в виде карт расширения (для шин ISA, PCI,
PC
Card);
для системы они выглядят как
дополнительные СОМ-порты.
На
средних и высоких скоростях обмена
применяются специализированные
контроллеры IrDA, ориентированные на
интенсивный программно-управляемый обмен
или DMA, с
возможностью прямого управления шиной.
Здесь обычный приемопередатчик UART
непригоден, поскольку он не поддерживает
синхронный режим и высокую скорость.
Контроллер IrDA FIR
выполняется в виде карты расширения или
интегрируется в системную плату; как
правило, такой контроллер поддерживает и
режимы SIR.
Существуют
внешние ИК-адаптеры с интерфейсом RS-232C (для
подключения к СОМ-порту) и с интерфейсом USB.
Пропускной способности USB
достаточно даже для FIR, СОМ-порт пригоден только
для SIR.
Для
прикладного использования IrDA кроме
физического подключения адаптера и
трансивера требуется установка и настройка
соответствующих драйверов. В ОС Windows 9x/ME/2000 контроллер IrDA попадает в
группу Сетевое окружение.
Сконфигурированное ПО позволяет
устанавливать соединение с локальной сетью
(для выхода в Интернет, использования
сетевых ресурсов); передавать файлы между
парой компьютеров; выводить данные на
печать; синхронизировать данные PDA,
мобильного телефона и настольного
компьютера; загружать отснятые изображения
из фотокамеры в компьютер и выполнять ряд
других полезных действий, не заботясь ни о
каком кабельном хозяйстве.
|
|
|