Перший стандарт IrDA, його архітектура і організація

Першим стандартом, прийнятим IrDA, був, так званий, Serial Infrared standart (SIR). Даний стандарт дозволяв забезпечення передачі інформації зі швидкістю 115,2 kb / s. У 1994 році IrDA опублікувала специфікацію на загальний стандарт, що отримав назву IrDA-standart, який включав в себе опис Serial Infrared Link (дослівно — Послідовна Інфрачервона лінія зв’язку), Link Access Protocol (IrLAP) (Протокол доступу) і Link Management Protocol (IrLMP) (Протокол управління). Вже в 1995 році кілька лідерів на ринку електроніки випустили серію продуктів, що використовували для передачі інформації по відкритому оптичному каналу IrDA-standart. І, нарешті, в листопаді 1995 року Microsoft Corporation заявила про внесення програмного забезпечення, що забезпечує інфрачервону зв’язок, який використовує IrDA-standart, в стандартний пакет операційної системи Windows'95. В даний час IrDA-standart — найпоширеніший стандарт для організації передачі інформації по відкритому інфрачервоному каналу [22].

Отже, протокол IrDA (Infra red Data Assotiation) дозволяє з’єднуватися з периферійним обладнанням без кабелю за допомогою ІЧ-випромінювання з довжиною хвилі 880 нм. Порт IrDA дозволяє встановлювати зв’язок на короткій відстані до 1 метра в режимі крапка-крапка. IrDA мав намір не намагатися створювати локальну мережу на основі ІЧ-випромінювання, оскільки мережеві інтерфейси дуже складні і вимагають великої потужності, а в цілі IrDA входили низьке споживання і економічність. Інтерфейс IrDA використовує вузький ІЧ-діапазон (850-900 нм з 880 нм "піком") з малою потужністю споживання, що дозволяє створити недорогу апаратуру і не вимагає сертифікації FCC (Федеральної Комісії зі Зв’язку) [22].

Пристрій інфрачервоного інтерфейсу підрозділяється на два основні блоки: перетворювач (модулі приймача-детектора і діода з керуючою електронікою) і кодер-декодер. Блоки обмінюються даними по електричному інтерфейсу, в якому в тому ж вигляді транслюються через оптичне з’єднання, за винятком того, що тут вони пакуються в кадри простого формату — дані передаються 10 bit символами, з 8 bit даних, одним старт-бітом на початку і одним стоп-бітом в кінці даних.

Сам порт IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який використовує універсальний асинхронний приймач-передавач UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) і працює зі швидкістю передачі даних 2400-115200 bps.

Зв’язок в IrDA напівдуплексний, тому що переданий ІЧ-промінь неминуче засвічує сусідній PIN-діодний підсилювач приймача. Повітряний проміжок між пристроями дозволяє прийняти ІЧ-енергію тільки від одного джерела в даний момент.

Рис. 8. Архітектура IrDa- порта

У загальному вигляді схема організації IrDA — каналу виглядає приблизно так, як показано на малюнку:

Рис. 9. Типова блок-схема організації IrDA-каналу

Канал передачі даних складається з двох основних елементів: мікросхеми, що забезпечує модуляцію і демодуляцію вступника двійкового сигналу згідно певного алгоритму, і інфрачервоного (ІЧ-) приймально-передавального модуля.

Розглянемо фізичні основи IrDA.

Передавальна частина. Байт, який потрібно передати, надсилається на блок UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter / універсальний асинхроний приймач/передавач) з CPU (Central Processing Unit / центральний оброблюючий пристрій) командою запису вводу-виводу. UART додає старт-стоп біти і передає символ послідовно, починаючи з молодшого значення біта. Стандарт IrDA вимагає, щоб всі послідовні біти кодувалися таким чином: логічний "0" передається одиночним ІЧ-імпульсом довжиною від 1.6 s до 3/16 періоду передачі бітової комірки, а логічна "1" передається як відсутність ІЧ-імпульсу. Мінімальна потужність споживання гарантується при фіксованій довжині імпульсу 1.6 s.

По закінченні кодування бітів необхідно «возбудить» один або кілька ІЧ-світлодіодів струмом відповідного рівня, щоб виробити ІЧ-імпульс необхідної інтенсивності. Стандарт IrDA вимагає, щоб інтенсивність випромінювання в конусі 30 ° була в діапазоні 40-50 W (Вт) / Sr (Sr—стерадіан (одиниця виміру тілесних кутів)), причому інфрачервоний світлодіод повинен мати довжину хвилі 880 нм, як вже зазначалося раніше. Радіальна чутливість приймача і довжини зв’язку диктуються, виходячи з вимог самої специфікації IrDA.

Приймальна частина. Надіслані ІЧ-імпульси надходять на PIN-діод, що перетворює імпульси світла в струмові імпульси, які посилюються, фільтруються і порівнюються з пороговим рівнем для перетворення в логічні рівні. ІЧ-імпульс в активному стані генерує "0", за відсутності світла генерується логічна "1". Протокол IrDA вимагає, щоб приймач точно вловлював ІЧ-імпульси потужністю від 4 W/ () до 500 mW (міліВТ)/ в кутовому діапазоні 15 °.

Рис. 10. Формат даних IrDa

Для ІЧ-випромінювання існує два джерела інтерференції (перешкод), основним з яких є сонячне світло, але на щастя в ньому переважає постійна складова. Правильно спроектовані приймачі повинні компенсувати великі постійні струми через PIN-діод. Інше джерело перешкод — флоурисцентні лампи — часто застосовуються для загального освітлення. Добре спроектовані приймачі повинні мати смуговий фільтр для зниження впливу таких джерел-перешкод. Ймовірність помилок зв’язку буде залежати від правильного вибору потужності передавача і чутливості приймача. У IrDA обрані значення, які гарантують, що описані вище перешкоди не впливатимуть на якість зв’язку.

Стандарт IrDA включає в себе стек протоколів трьох узгоджених обов’язкових рівнів: IrPL (Physical Layer) [20], IrLAP (Link Access Protocol) [21] і IrLMP (Link Management Protocol) [18].

Фізичний рівень (Physical Layer). Специфікація цього протоколу встановлює стандарти для Ir-трансиверів, методів модуляції і схеми кодування / декодування, а також ряд фізичних параметрів. Стандарт передбачає використання довжини хвилі в діапазоні 850-900 нм. Мінімальна і максимальна інтенсивність передавача (як уже говорилося) становить 40-50 W / Sr відповідно всередині 30 ° конуса. Для стандарту IrDA (швидкість передачі даних 115.2 Kbps (Kbit/s)) схема кодування аналогічна використовуваної в традиційній UART: біт старту ("0") і стоп-біт ("1") додаються перед і після кожного байта відповідно. Але замість схеми NZR (Non-Return to Zero) використовується кодування, подібна RZ (Return to Zero), тобто двійковий "0" кодується одиничним імпульсом, а "1" — його відсутністю. Кадри відокремлюються один від одного байтами Escape-послідовності, що містяться в тілі самого кадру. Для визначення помилок (EDt — Error Detection) використовується 16 bit циклічна контрольна сума. Наприклад, вже в стандарті IrDA 1.1 для протоколу обміну 1.152 Mbps (синхронізація виконується як в протоколі HDLP — High-level Data Link Protocol високого рівня) і 4 Mbps (використання 4-PPM — Pulse-Phase Modulation) старт-біт і стоп-біт НЕ застосовуються. Так, фрейми, одержувані від більш високорівневого протоколу IrLAP, вкладаються в поле даних фреймів SIR, згідно використовуваному методом кодування. Стандарт не містить обов’язкових варіантів реалізації цієї процедури і допускає варіювання алгоритмів залежно від можливостей конкретного обладнання. Залежно від швидкості з’єднання пропонуються методи кодування: асинхронний (ASYNC, 9600-115200 bps), синхронний (HDLC, 0.576-1.152 Mbps) і 4-PPM (4Mbps).

Дата добавления: 2015-05-09