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红外协议学习笔记

2013年02月06日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3953字 ⁄ 字号 评论关闭

 红外协议学习笔记

 

一、 基本概念

红外线 :在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线,红外线是不可见光线。所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。

红外通信:利用近红外线来传输信号的通信方式,主要是用来取代点对点的线缆连接,和蓝牙、WiFi(802.11)等一样,是一种无线数据传输技术。由于不需要实体连线,简单易用且实现成本较低,因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中,例如笔记本电脑、PDA、移动电话之间或与电脑之间进行数据交换,电视机、空调器的遥控等。

红外特点:

1、小角度(30度锥角以内),短距离,点对点直线数据传输,保密性强;

2、传输速率较高,4M速率的FIR技术已被广泛使用,16M速率的VFIR技术已经发布;

3、具有不透光材料的阻隔性,可分隔性;

4、无频道资源占用性;

5、无有害辐射,绿色产品特性:科学实验证明,红外线是一种对人体有益的光谱,所以红外     线产品是一种真正的绿色产品; 

6、具有一定的安全性。短距离通信、窄的信号角度、同步时设备的位置固定、通信链路上不能有任何障碍物、只能是点到点的通信这些特点提供了一定的安全性;

7、低功耗,<40mW。

8、成本低廉、连接方便、简单易用。

 

红外通信的缺点 :

1、短距离通信,受限于视距传输和最大1m的传输距离。由于它的波长较短,对障碍物的衍   射能力差,所以只适合于短距离无线通讯的场合,进行“点对点”的直线数据传输;

2、要求通信设备的位置固定;

3、其点对点的传输连接,无法灵活地组成网络;

4、采用调幅进行传输,抗干扰能力差;

5、在发送数据时,输出的功率一定时,用于信号传输的功率小,接收到的数据的信噪比小,容易误判数据;

6、采用异步半双工的通讯方式。考虑到红外光反射,在全双工方式下发送的信号可能会被本身接收,因此红外通信采用异步半双工通讯方式(即通信某一方的发送和接口是交替进行的)。

 

二、 红外通信基本原理

红外通信是利用近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。
简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器

 

三、 红外协议栈

      自1993年起,由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA),建立了统一的红外数据通信标准。红外数据协会(IRDA)成立后,为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果,红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。一年以后,第一个IRDA的红外数据通讯标准——IrDA1.0发布,又称为SIR(Serial InfraRed),它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps,适应于串行端口的速率。

      1996年,该协会发布了IrDA1.1标准,即Fast InfraRed,简称为FIR。FIR采用了全新的4PPM调制解调技术,其最高通讯速率达到4Mbps,这个标准是目前运用得最普遍的标准,我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。继IRDA1.1之后,IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)。不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地,而不仅是数据线缆的替代。红外线的传输距离为1~100CM,传输方向的定向角30度,点对点直线数据传输。

IrDA标准都包括三个基本的规范和协议:红外物理层连接规范IrPHY(Infrared Physical Layer Link Specification)、红外连接访问协议IrLAP(Infrared Link Access Protoco1)和红外连接管理协议IrLMP(Infrared Link Management Protoco1)。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求;IrLAP和IrLMP为两个软件层,负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议,如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。      

图1  IrDA协议栈

IrDA的协议堆可以划分成两部分:核心协议和可选协议。

IrDA的核心协议包括:物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制,发现设备,可靠的数据链路的建立与维持,高层数据包的适配,不同协议数据的复用与流量控制。

IrPHY   IrDA Physical Layer

在物理的连接上用红外线通讯的硬件规格。这个规定中制定IrDA通讯上的规格,通讯距离,角度,速度,数据的调制方式,脉冲宽度等。还有对光杂波等的周围环境的体制的指导路线。

IrLAP   IrDA Link Access Protocol

关于通讯保护层的数据链路的规格。这项规格检索通讯对方,决定转发速度,数据容量,窗口尺寸。采用根据HDLC(High-level Data Link Control)框架的半双工。制定了底层连接建立的过程规范,描述了建立一个基本可靠连接的过程和要求。

IrLMP   IrDA Link Management Protocol

提高各种上面阶层用IrLAP通讯的效率的管理保护层。是关于连接的多层化和部分信息,实行逻辑的廉洁,以免复数的程序互相干扰,实现同时的通讯。制定了在单位个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的规范和协议。

Tiny TP   IrDA Transport Protocol

关于控制流程的规格。管理每个逻辑的接连点,控制流程。为了处理数据链路的容量以上的数据,分割发送的数据,构成收到的数据。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。

 

LSAPLocal Security Authority Process

链路服务接入点,定义在 IEEE 802.2中的逻辑链接控制(LLC)域,是标识符域来指定数据类型。LSAP包括目的地服务接入点(DSAP)和源地服务接入点。

IrCOMM   Infrared Communication Protocol

关于串行通讯的程序保护层。仿真 Serial  port(RS232C)和 Parallel port,允许已存在的使用串口/并口通信的应用(例如打印程序、通讯程序)象使用串口/并口那样使用红外进行通信。通过 IrComm,可以使用计算机和配置红外的移动电话连接到 Internet 服务提供商或发送传真,而无需使用其他设备。

IrOBEX   Infrared Object Exchange Protocol

转送IrDA保护层上工作的对象(例如通讯簿vCard、日程/计划/事件vCalendar、邮件/短信vMessage、备忘录/铃声/图片vNote、URL/书签vBookmark、可执行程序触发vTrigger)的规格。用标头统一对象的属性,实现所有的机器之间的转送对象。

IrTran-P   Infrared Transfer Protocol

用红外线通讯的图像通讯保护层。图像文件的格式采用UPF。IrTran-P 图像传输协议用于数字照相机和其他数字图像捕获设备。使用该功能可以通过 IrDA 连接将来自照相机或其他支持 IrTran-P 的设备的数字图像接收到计算机。IrTran-P 服务作为受理服务执行,它从不初始化 IrTran-P 连接。

IrMC   Infrared Mobile Communication

可移动通讯终端器的交换对象功能的定义。

       基于OBEX,可提供以下数据交换功能:

1、      转送地址薄,日历,电子邮件,笔记等,规定对象的格式;

2、      手机数据的备份和恢复;

3、      手机和PC间的数据同步功能。

       基于IrComm可实现DialUp功能,例如通过GPRS实现手机的拨号上网。

       HandsFree机能,支持在手机和PC或车载设备间实现call control和audio transfer机能。

IrFM   Infrared Financial Messaging

采用IrDA的电子结账用的应用保护层。是获得IrDA认可的红外付费服务的全球标准,IrFM规定了现有信用卡及其他电子付费系统的兼容标准。

 

IrLAN   Infraed LAN

决定红外线LAN连接的应用保护层。通过 IrLAN,可以在计算机与其他计算机或其他红外设备之间建立点对点的连接,也可以在计算机与网络访问点之间建立连接。允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备,实际远程摇控等功能。

IrSC   Infrared Simple Connect

IrSimple是用红外技术实现高速通信、并通过简单和标准化的模块降低客户开发成本的国际协议。IrSimple可以实现静态图像和视频影像从手机到打印机或电视的瞬时传送,达到至少4到10倍更快的资料传输速率。

 

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