【E課堂】紅外通信協(xié)議及原理精講

　　紅外通信基本原理

　　紅外通信是利用近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制(PWM)和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制(PPM)兩種方法。 簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進制數(shù)字信號進行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進行傳輸;紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。

　　紅外協(xié)議棧

　　自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(Infrared Data Association,簡稱IRDA)，建立了統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IRDA)成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長的范圍限定在850至900nm之內(nèi)。一年以后，第一個IRDA的紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)——IrDA1.0發(fā)布，又稱為SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP開發(fā)出來的一種異步的、半雙工的紅外通信方式。通過對串行數(shù)據(jù)脈沖和光信號脈沖編解碼實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。IrDA1.0的最高通訊速率只有115.2Kbps，適應(yīng)于串行端口的速率。

　　1996年，該協(xié)會發(fā)布了IrDA1.1標(biāo)準(zhǔn)，即Fast InfraRed，簡稱為FIR。FIR采用了全新的4PPM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高通訊速率達到4Mbps，這個標(biāo)準(zhǔn)是目前運用得最普遍的標(biāo)準(zhǔn)，我們在采購紅外產(chǎn)品時也應(yīng)注意這標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。繼IRDA1.1之后，IRDA又發(fā)布了通訊速率高達16Mbps的VFIR技術(shù)(Very Fast InfraRed)。不斷提高的速率使紅外線使它在短距無線通信領(lǐng)域占有一席之地，而不僅是數(shù)據(jù)線纜的替代。紅外線的傳輸距離為1~100CM，傳輸方向的定向角30度，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸。

　　IrDA標(biāo)準(zhǔn)都包括三個基本的規(guī)范和協(xié)議：紅外物理層連接規(guī)范IrPHY(Infrared Physical Layer Link Specification)、紅外連接訪問協(xié)議IrLAP(Infrared Link Access Protoco1)和紅外連接管理協(xié)議IrLMP(Infrared Link Management Protoco1)。IrPHY規(guī)范制訂了紅外通信硬件設(shè)計上的目標(biāo)和要求;IrLAP和IrLMP為兩個軟件層，負責(zé)對連接進行設(shè)置、管理和維護。在IrLAP和IrLMP基礎(chǔ)上，針對一些特定的紅外通信應(yīng)用領(lǐng)域，IrDA還陸續(xù)發(fā)布了一些更高級別的紅外協(xié)議，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。

　　IrDA的協(xié)議堆可以劃分成兩部分：核心協(xié)議和可選協(xié)議。

　　IrDA的核心協(xié)議包括：物理層協(xié)議、鏈路接入?yún)f(xié)議、鏈路管理協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。核心協(xié)議完成對物理傳輸媒介的監(jiān)測與控制，發(fā)現(xiàn)設(shè)備，可靠的數(shù)據(jù)鏈路的建立與維持，高層數(shù)據(jù)包的適配，不同協(xié)議數(shù)據(jù)的復(fù)用與流量控制。

　　IrPHY IrDA Physical Layer

　　在物理的連接上用紅外線通訊的硬件規(guī)格。這個規(guī)定中制定IrDA通訊上的規(guī)格，通訊距離，角度，速度，數(shù)據(jù)的調(diào)制方式，脈沖寬度等。還有對光雜波等的周圍環(huán)境的體制的指導(dǎo)路線。

　　IrLAP IrDA Link Access Protocol

　　關(guān)于通訊保護層的數(shù)據(jù)鏈路的規(guī)格。這項規(guī)格檢索通訊對方，決定轉(zhuǎn)發(fā)速度，數(shù)據(jù)容量，窗口尺寸。采用根據(jù)HDLC(High-level Data Link Control)框架的半雙工。制定了底層連接建立的過程規(guī)范，描述了建立一個基本可靠連接的過程和要求。

　　IrLMP IrDA Link Management Protocol

　　提高各種上面階層用IrLAP通訊的效率的管理保護層。是關(guān)于連接的多層化和部分信息，實行邏輯的廉潔，以免復(fù)數(shù)的程序互相干擾，實現(xiàn)同時的通訊。制定了在單位個IrLAP連接的基礎(chǔ)上復(fù)用多個服務(wù)和應(yīng)用的規(guī)范。在IrLMP協(xié)議上層的協(xié)議都屬于特定應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)范和協(xié)議。

　　Tiny TP IrDA Transport Protocol

　　關(guān)于控制流程的規(guī)格。管理每個邏輯的接連點，控制流程。為了處理數(shù)據(jù)鏈路的容量以上的數(shù)據(jù)，分割發(fā)送的數(shù)據(jù)，構(gòu)成收到的數(shù)據(jù)。制定把數(shù)據(jù)進行拆分、重組、重傳等的機制。

　　LSAPLocal Security Authority Process

　　鏈路服務(wù)接入點，定義在 IEEE 802.2中的邏輯鏈接控制(LLC)域，是標(biāo)識符域來指定數(shù)據(jù)類型。LSAP包括目的地服務(wù)接入點(DSAP)和源地服務(wù)接入點。

　　IrCOMM Infrared Communication Protocol

　　關(guān)于串行通訊的程序保護層。仿真 Serial port(RS232C)和 Parallel port，允許已存在的使用串口/并口通信的應(yīng)用(例如打印程序、通訊程序)象使用串口/并口那樣使用紅外進行通信。通過 IrComm，可以使用計算機和配置紅外的移動電話連接到 Internet 服務(wù)提供商或發(fā)送傳真，而無需使用其他設(shè)備。

　　IrOBEX Infrared Object Exchange Protocol

　　轉(zhuǎn)送IrDA保護層上工作的對象(例如通訊簿vCard、日程/計劃/事件vCalendar、郵件/短信vMessage、備忘錄/鈴聲/圖片vNote、URL/書簽vBookmark、可執(zhí)行程序觸發(fā)vTrigger)的規(guī)格。用標(biāo)頭統(tǒng)一對象的屬性，實現(xiàn)所有的機器之間的轉(zhuǎn)送對象。

　　IrTran-P Infrared Transfer Protocol

　　用紅外線通訊的圖像通訊保護層。圖像文件的格式采用UPF。IrTran-P 圖像傳輸協(xié)議用于數(shù)字照相機和其他數(shù)字圖像捕獲設(shè)備。使用該功能可以通過 IrDA 連接將來自照相機或其他支持 IrTran-P 的設(shè)備的數(shù)字圖像接收到計算機。IrTran-P 服務(wù)作為受理服務(wù)執(zhí)行，它從不初始化 IrTran-P 連接。

　　IrMC Infrared Mobile Communication

　　可移動通訊終端器的交換對象功能的定義。

　　基于OBEX，可提供以下數(shù)據(jù)交換功能：

　　1、轉(zhuǎn)送地址薄，日歷，電子郵件，筆記等，規(guī)定對象的格式;

　　2、手機數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù);

　　3、手機和PC間的數(shù)據(jù)同步功能。

　　基于IrComm可實現(xiàn)DialUp功能，例如通過GPRS實現(xiàn)手機的撥號上網(wǎng)。

　　HandsFree機能，支持在手機和PC或車載設(shè)備間實現(xiàn)call control和audio transfer機能。

　　IrFM Infrared Financial Messaging

　　采用IrDA的電子結(jié)賬用的應(yīng)用保護層。是獲得IrDA認可的紅外付費服務(wù)的全球標(biāo)準(zhǔn)，IrFM規(guī)定了現(xiàn)有信用卡及其他電子付費系統(tǒng)的兼容標(biāo)準(zhǔn)。

　　IrLAN Infraed LAN

　　決定紅外線LAN連接的應(yīng)用保護層。通過 IrLAN，可以在計算機與其他計算機或其他紅外設(shè)備之間建立點對點的連接，也可以在計算機與網(wǎng)絡(luò)訪問點之間建立連接。允許通過紅外局域網(wǎng)絡(luò)喚醒筆記本電腦等移動設(shè)備，實際遠程搖控等功能。

　　IrSC Infrared Simple Connect

　　IrSimple是用紅外技術(shù)實現(xiàn)高速通信、并通過簡單和標(biāo)準(zhǔn)化的模塊降低客戶開發(fā)成本的國際協(xié)議。IrSimple可以實現(xiàn)靜態(tài)圖像和視頻影像從手機到打印機或電視的瞬時傳送，達到至少4到10倍更快的資料傳輸速率。