Glava3 Беспроводные интерфейсы. Интерфейсы беспроводной связи

IrDA спецификации включают в себя:

• Спецификациюфизического уровня IrPHY (с разновидностями SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR)
• Протокольные спецификации IrLAP, IrLMP, IrCOMM, Tiny TP, IrOBEX, IrLAN, IrSimple и IrFM (находится в разработке)

Аппаратная реализация, как правило, представляет собой пару из излучателя, в виде инфракрасногосветодиода , и приемника, в видефотодиода расположенных на каждой из сторон линии связи. Наличие и передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов гарантированной доставки данных.

В ряде случаев, например при использовании в пультах дистанционного управления бытовой техникой, одна из сторон может быть оснащена только передатчиком а другая только приемником.

Иногда устройства оснащают несколькими приемниками, что позволяет одновременно поддерживать связь с несколькими устройствами. Использование при этом одного передатчика возможно благодаря тому, что протоколы логического уровня требуют лишь незначительного обратного трафика для обеспечения гарантированной доставки данных.

Наличие нескольких передатчиков встречается гораздо реже.

Большинство оптических сенсоров, используемых в фото и видео камерах, имеет диапазон чувствительности гораздо шире видимой части спектра. Благодаря этому работающий инфракрасный передатчик можно увидеть на экране или фотоснимке в виде яркого пятна.

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с ИК-портами.

Дистанционный пульт управления передает команды на телевизор или видеомагнитофон с помощью IrDA. До недавнего времени ИК-портами оснащалась большая частьмобильных телефонов ,ноутбуков икарманных компьютеров . ИК-портами оснащаются некоторыепринтеры ицифровые фотоаппараты . Большинство настольныхПК , напротив, не имеет инфракрасного порта в стандартной системной конфигурации, и для них необходим ИК-адаптер, который подключается к компьютеру черезUSB ,СОМ-порт или в специальный разъем наматеринской плате .

Через ИК-порт, с помощью протокола высокого уровня — IrOBEX можно, например, передатьцифровую визитную карточку , мелодию, картинку или файл на другоймобильник иликомпьютер , на котором также имеется ИК-порт. Этот же протокол позволяет организовыватьсинхронизацию данных .

Протокол IrCOMM позволяет использовать мобильный телефон как беспроводноймодем .

Протокол IrLAN позволяет подключить и связать устройства влокальную сеть , наподобиеEthernet .

Ввиду того, что пульты дистанционного управления используют этот же протокол, КПК, со встроенным ИК-портом, можно использовать как пульт для управления. Для этого, как правило, необходимо установить соответствующееПО .

Bluetooth илиблютус (/bluːtuːθ/ , переводится каксиний зуб , назван в честьХаральда I Синезубого ) — производственная спецификация беспроводныхперсональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN ). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Принцип действия основан на использованиирадиоволн . Радиосвязь Bluetooth осуществляется вISM -диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine ), который используется в различных бытовых приборах ибеспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835ГГц) . В Bluetooth применяетсяметод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS ). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а вЯпонии ,Франции иИспании полоса у́же — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.

WiUSB

Wireless Frequency	902 MHz to 928 MHz
Wireless Protocol	DTS
Interface Type	RS-232, RS-422, RS-485
Data Rate	152.34 kbps
Output Power	16 mW

Wi-Fi — торговая маркаWi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандартаIEEE 802.11 . Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Wi-Fi был создан в1991 году NCR Corporation /AT&T (впоследствии —Lucent Technologies иAgere Systems) вНьивегейн ,Нидерланды . Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Создатель Wi-Fi — Вик Хейз (Vic Hayes ) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, какIEEE 802.11b ,IEEE 802.11a иIEEE 802.11g . В2003 году Вик ушёл изAgere Systems . Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце2004 года .

СтандартIEEE 802.11n был утверждён 11 сентября2009 года . Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с .

WiMAX (англ. W orldwideI nteroperability forM icrowaveA ccess ) —телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальнойбеспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (отрабочих станций ипортативных компьютеров домобильных телефонов). Основана на стандартеIEEE 802.16 , который также называютWireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

Название «WiMAX» было созданоWiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне

Специальные интерфейсы.

Семейство последовательных интерфейсов PCI-Express.

IEEE 1394.

Это цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надёжностью и качеством передачи данных. Его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной информации (информация является критичной, если она зависит от времени – аудиосигнал, видеосигнал и т.д.), обеспечивая прохождение сигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений.

Плюсы технологии:

o подключение большого количества устройств Plug-and-Play в любой конфигурации (до 63 устройств на один порт)

o восьмижильный кабель

o пропускная способность – 100-400 Мбит/с, в будущем ожидается до 1600 Мбит/с

o можно подключать дисковводы, высокоскоростные внешние устройства, например, видеокамеры.

Интерфейсы данного семейства используют совокупность независимых последовательных каналов передачи данных, т.к. при передаче используется помехозащищённое кодирование. Каждый байт передаётся десятью битами. Т.е. на каждый байт передаётся 2 бита избыточной информации, которые содержат коды защиты от помех. Пример помехозащищающего кода – код Хемминга. По нему на каждые 11 символов основного кода добавляется 4 символа избыточной информации. Эти символы расставляются по степеням двойки, т.е. первым, вторым, четвёртым и восьмым по счёту. Каждый из этих защищающих символов вычисляется по формуле, выражаясь через рядом стоящие символы. И если принимающий компьютер замечает лишние символы, он по особой формуле вычисляет место ошибки.

Пропускная способность одного канала – 200 МБ/с. Лицензированы 1-, 2-, 3-, 8-, 16- и 32-канальные версии. Общая пропускная способность всех каналов – 6,4 ГБ/с. В режиме дуплексной передачи эти цифры удваиваются.

PCI-Express x1 – это одноканальный вариант. Может быть использован для любых шин и плат расширения. PCI-Express x8 и PCI-Express x16 могут использоваться только для видеокарт. Простейшая топология соединения с помощью PCI-Express:

ПРОЦЕССОР INTEL PENTIUM

КОНТРОЛЛЕР ПАМЯТИ

IrDA – один из первых беспроводных интерфейсов, стандарт которого был реализован в современных компьютерах. Связь осуществляется по инфракрасному каналу, диапазон которого используется в различных электронных системах для связи устройств между собой. Протокол IrDA был включён в операционную систему Windows 95. Длина волны – 980 нм, расстояние – до одного метра.

Стандарт имеет несколько режимов:

1. SIR (Slow Infrared). Скорость передачи данных: от 2,4 до 115,2 Кбит/с.

2. MIR (Medium Infrared). Скорость: от 576 до 1152 Кбит/с

3. FIR (Fast Infrared). Скорость: от 4 до 16 Мбит/с.

IrDA поддерживает связь по принципу точка-в-точку в пределах прямой видимости. Канал передачи данных узконаправленный.

Bluetooth – это технология передачи данных по радиоканалам в диапазоне 2,5 ГГц на небольшие расстояния даже в отсутствии прямой видимости. Первоначально этот стандарт рассматривался как замена IrDA, затем были попытки использовать его в локальных сетях как замену проводных технологий, но самое широкое распространение Bluetooth получил в мобильных телефонах. Разработчиками стандарта были Intel, Toshiba, Siemens, Nokia и многие другие. Первоначальная версия протокола предусматривала расстояние до 100 метров и скорость до 100 КБ/с. Для обеспечения безопасности частота передачи данных регулярно меняется. К одному каналу может быть подключено до 7 устройств. Скорость передачи по версии Bluetooth 2.0 достигает 1,5 МБ/с.

Фирма Intel разработала в качестве замены протоколов Bluetooth интерфейс wUSB (wireless USB). Основные характеристики: очень широкий диапазон широт – от 3х до 10 ГГц. Пиковая скорость может достигать 60 МБ/с на расстоянии 2 метра, а при расстоянии 10 метров – 12 МБ/с.

Д/з: самостоятельно о W-Fi и WiMAX.

Не останавливаясь на средствах организации беспроводных сетей (WLAN), ограничимся рассмотрением высокочастотных радио и оптических интерфейсов ограниченного радиуса действия.

IrDA. Ассоциация инфракрасной передачи данных (Infrared Data Association - IrDA), начиная с ее образования в 1993 году, работала над открытым стандартом инфракрасной передачи данных на короткие расстояния. Спецификации IrDA базируются на двух стандартах - протоколе физического уровня 115 Кбит/с (типа UART), который был развит Hewlett Packard, и первоначально предложенном IBM протоколе Link Access Protocol (IrLAP), основанном на HDLC.

Уже в 1995 году несколько лидеров рынка электроники выпустили серию продуктов, использующих для передачи информации по открытому оптическому каналу IrDA стандарт, а в ноябре 1995 года Microsoft заявила о включении программного обеспечения, обеспечивающего инфракрасную связь, использующую IrDA стандарт, в стандартный пакет операционной системы Windows 95. В настоящее время IrDA стандарт - один из самых распространенных стандартов для организации передачи информации по открытому инфракрасному каналу. Это - протокол передачи данных связи «точка-точка» в узком коническом углу (30°), предназначенный для работы на расстоянии до 1 метра со скоростями между 9.6 Кбит/с и 16 Мбит/с.

• а - адаптер IRDA USB ;
• б - адаптер Bluetooth USB;
• в - мышь Bluetooth с 8-ю кнопками.

Предусмотрены также протоколы следующих нескольких уровней:

• IrLAP (Infrared Link Access Protocol) - обеспечивает управление доступом, установление надежного двустороннего соединения;
• IrLMP (Infrared Link Management Protocol) - обеспечивает многоканальный логический доступ, переключение устройств (активный/пассивный) и прочее;
• IrCOMM (Infrared Communications Protocol) - обеспечивает работу устройств в режиме как параллельного, так и последовательного портов;
• IrOBEX (Infrared Object Exchange) - обмен данными или объектами;
• IrLAN (Infrared Local Area Network) - обеспечивает соединение инфракрасных устройств в локальную сеть в вариантах - «клиент сервер» или «точка-точка» (peer to peer).

В области мобильных вычислений IrDA обычно используется Для подключения портативного компьютера к мобильному телефону и установления модемной связи с Internet. IrDA также определяет IrLAN протокол для подключения устройств, поддерживающих IrDA-связь со стационарной сетью.

Bluetooth

Названная по имени датского короля X столетия это спецификация для портативных устройств, обеспечивающая дешевую радиосвязь между мобильными компьютерами, мобильными телефонами, цифровыми камерами, принтерами, консолями видеоигр и другими переносными устройствами, возможность подсоединения к Internet (таблица 2.19). Связь устанавливается в безопасном, нелицензируемом диапазоне ультракоротких волн «Индустриальный научный и медицинский» (Industrial Scientific and Medical - ISM) - 2.4 ГГц (в интервале 2.4-2.4835 ГГц в США и Японии). Части этой полосы также доступны во Франции и Испании. По сути, это - тот же самый вид микроволновой радиотехнологии, которая обеспечивает беспроводной звонок входной двери и открывание гаража. Главное преимущество систем Bluetooth перед инфракрасными портами состоит в том, что здесь не требуется прямая оптическая видимость.

Устройства, связывающиеся по протоколу Bluetooth работают в режиме «клиент сервер» (master-slave). Устройство-клиент может вызывать до семи устройств серверов. Клиент и сервер в любой момент могут поменяться ролями. Эта «сеть», которую образуют восемь или менее устройств, получила название персональной сети (Personal Area Netork - PAN, или же «микросеть» - piconet).

Модули Bluetooth имеют приемопередатчики, которые сканируют пространство и обнаруживают другие устройства Bluetooth, чтобы установить связь. Прежде чем любые данные будут переданы между устройствами, должна быть установлена сессия сети. По соображениям безопасности пользователь должен предоставить подтверждение по входу в сеть устройствам, которые не были ранее идентифицированы как устройства, принадлежащие этой же PAN.

В любой момент времени данные могут передаваться между клиентом и серверами, причем первый может быстро переключаться между вторыми на манер «карусели». Спецификации Bluetooth допускают соединение двух или более PAN в «распределенную сеть» (scatternet), где выделяются устройства, которые в одной подсети играют роль клиента, а в другой - сервера.

Беспроводные (wireless) интерфейсы позволяют освободить устройства от связывающих их интерфейсных кабелей, что особенно привлекательно для малогабаритной периферии, по размеру и весу соизмеримой с кабелями. В беспроводных интерфейсах используются электромагнитные волны инфракрасного (IrDA) и радиочастотного (Bluetooth)

диапазонов. Кроме этих интерфейсов периферийных устройств существуют и беспроводные способы подключения к локальным сетям (см. ).

3.1. 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, наряду с которым существуют и собственные системы фирм Hewlett Packard - HPSIR (Hewlett Packard Slow Infra Red) и Sharp - ASK IR (Amplitude Shifted Keyed IR). Эти интерфейсы 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

IrDA FIR (Fast Infra Red) - 4 Мбит/с;

ASK IR - 9,6-57,6 Кбит/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 ИКлучи 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) не более 10"9 при дальности до 1 м и дневном свете (освещенность до 10 клюке). 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 асин хронный режим передачи (как в СОМ-портах): старт-бит (нулевой), 8 бит данных и стопбит (единичный). Нулевое значение бита кодируется импульсом длительностью 3/16 битового интервала (1,63 мкс на скорости 115,2 Кбит/с), единичное - отсутствием импульсов (режим IrDA SIR-А). Таким образом, в паузе между посылками передатчик не светит, а каждая посылка начинается с импульса старт-бита. В спецификации 1.1 предусмотрен и иной режим -IrDA SIR-B, с фиксированной длительностью импульса 1,63 мкс для всех этих скоростей.

♦ 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. Формат кадра соответствует протоколу HDLC, начало и конец кадра отмечаются флагами 01111110, внутри кадра эта битовая последовательность исключается путем вставки битов (bit stuffing). Для контроля достоверности кадр содержит 16-битный

♦ IrDA FIR (IrDA4PPM) - 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 импульсовоблегчает адаптацию к уровню внешнейзасветки. Дляповышениядостоверностиприменяется 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 (9,6,19,2,38,4,57,6 или 115,2 Кбит/с) 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. Однако гарантированной доставки данных этот протокол не обеспечивает.

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 устройствопровайдер 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, HP-SIR, ASK IR) подключаются через обычные микросхемы UART, совместимые с 16450/ 16550 через сравнительно несложные схемы 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 микросхемы контроллеров 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.

Приемопередатчик подключается к разъему IR-Connector системной платы напрямую (если он устанавливается на лицевую панель компьютера) или через промежуточный разъем (mini-DIN), расположенный на скобе-заглушке задней стенки корпуса. К сожалению, единой раскладки цепей на внутреннем коннекторе нет, и для большей гибкости приемопередатчик (или промежуточный разъем) снабжают кабелем с отдельными контактами разъема. Собрать их в должном порядке предоставляют пользователю; варианты назначения контактов коннектора инфракрасного приемопередатчика приведены в табл. 3.1. Некоторые приемопередатчики, поддерживающие режимы FIR и SIR, имеют раздельные выходы приемников - IRRX

(для SIR) и FIRRX (для FIR). Если контроллер поддерживает только один из режимов, один из контактов останется неподключенным.

Таблица 3.1. Коннектор инфракрасного приемопередатчика

	Назначение	Контакт/вариант
	Входсприемника
	Вход с приемника FIR
	Выходнапередатчик
	Свободный

Внешние ИК-адаптеры выпускают с интерфейсом RS-232C для подключ ения к СОМпорту или же с шиной USB. Пропускной способности USB достаточно даже для FIR, СОМ-порт пригоден только для SIR. Внешний ИК-адаптер IrDA SIR для СОМ-порта не так прост, как казалось бы: для работы модулятора-демодулятора требуется сигнал синхронизации с частотой, равной 16-кратной частоте передачи данных (этот сигнал поступает на синхровход микросхемы UART СОМ-порта). Такого сигнала на выходе СОМ-порта нет и его приходится восстанавливать из асинхронного битового потока. Адаптер ASK IR в этом плане проще - передатчик должен передавать высокочастотные импульсы все время, пока выход TXD находится в высоком состоянии; приемник должен формировать огибающую принятых импульсов.

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.

3.2. Радиоинтерфейс Bluetooth

Bluetooth (синий зуб) - это фактический стандарт на миниатюрные недорогие средства передачи информации с помощью радиосвязи между мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими портативными устройствами на небольшие расстояния. Разработкой спецификации занимается группа лидирующих фирм в областях телекоммуникаций, компьютеров и сетей - 3Com, Agere Systems, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba. Эта группа, образовавшая

Bluetooth Special Interest Group, и вывела данную технологию на рынок. Спецификация Bluetooth свободно доступна в Сети (www.bluetooth.com), правда, она весьма объемна (около 15 Мбайт PDF-файлов). Открытость спецификации должна способствовать ее быстрому распространению, что уже и наблюдается на практике. Здесь позволим себе сократить название технологии до «ВТ» (это не официальное сокращение). Само название представляет собой прозвище датского короля, объединившего Данию и Норвегию, - намек на всеобщую объединяющую роль технологии.

Каждое устройство ВТ имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. Для ВТ используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F=2402+k (МГц), где k=0 77. Для нескольких стран (например, Франции, где в этом диапазоне работают военные) возможен сокращенный вариант с F-2454+k (k-0 22). Кодирование простое - логической единице

соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии. Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть «знающих» одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосетъ (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими. При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому-то он и временный). Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя раз деление времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков). Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 икс, слоты последовательно нумеруются с цикличностью 227. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте, несущей в последовательности перескоков (1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Если пакет длинный, то он весь передается на одной частоте несущей, но отсчет слотов по 625 мкс продолжается, и после длинного пакета следующая частота будет соответствовать очередному номеру слота (то есть несколько перескоков будут пропущены). Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство (если ему есть что «сказать»).

Между ведущим и ведомыми устройствами могут устанавливаться физические связи двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. Ведущее устройство может установить до трех связей SCO с одним или разными ведомыми устройствами. Ведомое устройство может иметь до трех связей с одним ведущим устройством или иметь по одной связи SCO с двумя различными ведущими устройствами. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей.

Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous ConnectionLess), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу,

только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети. С каждым из своих ведомых устройств ведущее устройство может установить лишь одну связь ACL.

Информация передается пакетами, в которых поле данных может иметь длину 0-2745 бит. Для связей ACL предусмотрено несколько типов пакетов с защитой CRC-кодом (в случае обнаружения ошибки предусматривается повторная передача) и 1 беззащитный (без повторных передач). Для связей SCO данные не защищаются CRC-кодом, и следовательно, повторные передачи по ошибке приема не предусмотрены.

Защита данных от искажения и контроль достоверности производится несколькими способами. Данные некоторых типов пакетов защищаются CRC-кодом, и приемник информации должен подтверждать прием правильного пакета или сообщить об ошибке приема. Для сокращения числа повторов применяется избыточное кодирование FEC (Forward Error Correction code). В схеме FEC 1/3 каждый полезный бит передается трижды, что позволяет выбрать наиболее правдоподобный вариант мажорированием. Схема FEC 2/3 несколько сложнее, здесь используется код Хэмминга, что позволяет исправлять все однократные и обнаруживать все двукратные ошибки в каждом 10-битном блоке.

Каждый голосовой канал обеспечивает скорость по 64 Кбит/с в обоих направлениях. В канале может использоваться кодирование в формате РСМ (импульсно-кодовая модуляция) или CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation - вариант адаптивной дельта импульсно-кодовой модуляции). Кодирование РСМ допускает компрессию по G.711; оно обеспечивает лишь сугубо «телефонное» качество сигнала (имеется в виду цифровая телефония, 8-битные выборки с частотой 8 Кбит/с). Кодер CVSD обеспечивает более высокое качество - он упаковывает входной РСМ-сигнал с частотой выборок 64 Кбит/с, однако и при этом спектральная плотность сигнала в полосе частот 4-32 кГц должна быть незначительной. Для передачи высококачественного аудиосигнала голосовые (речевые) каналы ВТ непригодны, однако сжатый сигнал (например, поток МРЗ) вполне можно передавать по асинхронному каналу передачи данных. Асинхронный канал может обеспечивать максимальную скорость 723,2 Кбит/с в асимметричной конфигурации (оставляя для обратного канала полосу 57,6 Кбит/с) или же 433,9 Кбит/с в каждую сторону в симметричной конфигурации.

Для обеспечения безопасности в ВТ применяется аутентификация и шифрование данных на уровне связи (link layer), которые, конечно же, могут дополняться и средствами верхних протокольных уровней.

Важной частью ВТ является протокол обнаружения сервисов SDP (Service Discovery Protocol), позволяющий устройству найти «интересного собеседника». В дальнейшем, установив с ним соединение, устройство сможет воспользоваться требуемыми сервисами (например, выводить документы на печать, подключиться к Сети и т. п.).

Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9-провод-ного RS232) через L2CAP. С его помощью традиционные кабельные соединения устройств (в том числе и нуль-модемные) могут быть легко заменены на радиосвязь, без каких-либо модификаций ПО верхних уровней. Протокол позволяет устанавливать и множественные связи (одного.устройства с несколькими), и радиосвязь заменит громоздкие и дорогие мультиплексоры и кабели. Через протокол RFCOMM может работать протокол ОВЕХ, используемый в инфракрасных беспроводных соединениях (в иерархии протоколов IrDA), Через RFCOMM может работать и протокол РРР, над которым стоят протоколы стека TCP/IP, - это открывает дорогу во все приложения для Интернета. Через RFCOMM работают и АТ-команды, управляющие телефонными соединениями и сервисами передачи факсов (эти же команды используются в модемах для коммутируемых линий).

Специальный бит-ориентированный телефонный протокол TCS BIN (Telephony Control protocol - Binary), определяющий сигнализацию вызова для связи устройств ВТ (речевой связи и обмена данными), тоже работает через L2CAP. В протоколе имеются и средства управления группами устройств TCS.

Интерфейс хост-контроллера HCI (Host Controller Interface) - это единообразный метод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней ВТ. Он предоставляет набор команд для управления радиосвязью, получения информации о состоянии и собственно передачи данных. Через этот интерфейс происходит взаимодействие протокола L2CAP с аппаратурой ВТ. Физически аппаратура ВТ может подключаться к различным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card), шине USB, СОМ-порту. Для каждого из этих подключений имеете.» соответствующий протокол транспортного уровня HCI - прослойка, обеспечивающая независимость HCI от способа подключения.

Bluetooth (синий зуб) - это фактический стандарт на миниатюрные недорогие средства передачи информации с помощью радиосвязи между мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими портативными устройствами на небольшие расстояния. Разработкой спецификации занимается группа лидирующих фирм в областях телекоммуникаций, компьютеров и сетей - 3Com, Agere Systems, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba. Эта группа, образовавшая Bluetooth Special Interest Group, и вывела данную технологию на рынок. Спецификация Bluetooth свободно доступна в Сети (www.bluetooth.com), правда, она весьма объемна (около 15 Мбайт РDF файлов). Открытость спецификации должна способствовать ее быстрому распространению, что уже и наблюдается на практике. Здесь позволим себе сократить название технологии до «ВТ» (это не официальное сокращение). Само название представляет собой прозвище датского короля, объединившего Данию и Норвегию, - намек на всеобщую объединяющую роль технологии.
Каждое устройство ВТ имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. Для ВТ используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущаячастота каналов F=2402+k (МГц), где k=0, ..., 78. Для нескольких стран (например, Франции, где в этом диапазоне работают военные) возможен сокращенный вариант с F=2454+k (k=0,..., 22). Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю -отрицательная. Передатчики могутбыть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью-экономии энергии.
Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть «знающих» одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосетъ (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные » ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могуг обменивагься данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое yстройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими. При последующей акгивизации оно уже может получить иной номер (потому-то oн и временный). Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети. Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков).
Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс, слоты последовательно нумеруются с цикличностью 2". Каждый тайм-слот соответствует одной частоте, несущей в последовательности перескоков (1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Если пакет длинный, то он весь передается на одной частоте несущей, но отсчет слотов по 625 мкс продолжается, и после длинного пакета следующая частота будет соответствовать очередному номеру слота (то есть несколько перескоков будут пропущены). Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство (если ему есть что «сказать»).
Между ведущим и ведомыми устройствами могут устанавливаться физические связи двух типов: синхронные и асинхронные.
Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. Ведущее устройство может установить до трех связей SCO с одним или разными ведомыми устройствами. Ведомое устройство может иметь до трех связей с одним ведущим устройством или иметь по одной связи SCO с двумя различными ведущими устройствами. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей .
. Асинхронные связи без установления соединения, ACLlink (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу, только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети. С каждым из своих ведомых устройств ведущее устройство может установить лишь одну связь ACL.
Информация передается пакетами, в которых поле данных может иметь длину 0-2745 бит. Для связей ACL предусмотрено несколько типов пакетов с защитой CRC-кодом (в случае обнаружения ошибки предусматривается повторная передача) и 1 беззащитный (без повторных передач). Для связей SCO данные не защищаются CRC-кодом, и следовательно, повторные передачи по ошибке приема не предусмотрены.
Защита данных от искажения и контроль достоверности производится несколькими способами. Данные некоторых типов пакетов защищаются CRC-кодом, и приемник информации должен подтверждать прием правильного пакета или сообщить об ошибке приема. Для сокращения числа повторов применяется избыточное кодирование FEC (Forward Error Correction code). В схеме EEC 1/3 каждый по лезиый бит передается трижды, что позволяет выбрать наиболее правдоподобный вариант мажорированием. Схема FEC 2/3 несколько сложнее, здесь используется код Хэмминга, что позволяет исправлять все однократные и обнаруживать все двукратные ошибки в каждом 10-битном блоке.
Каждый голосовой канал обеспечивает скорость по 64 Кбит/с в обоих направлениях. В канале может использоваться кодирование в формате РСМ (импульсно-кодовая модуляция) или CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation - вариант адаптивной дельта импульсно-кодовой модуляции). Кодирование РСМ допускает компрессию по G.711; оно обеспечивает лишь сугубо «телефонное» качество сигна ла (имеется в виду цифровая телефония, 8-битные выборки с частотой 8 Кбит/с). Кодер CVSD обеспечивает более высокое качество - он упаковывает входной РСМ-сигнал с частотой выборок 64 Кбит/с, однако и при этом спектральная плот ность сигнала в полосе частот 4-32 кГц должна быть незначительной. Для пере дачи высококачественного аудиосигнала голосовые (речевые) каналы ВТ непри годны, однако сжатый сигнал (например, поток МРЗ) вполне можно передать по асинхронному каналу передачи данных.
Асинхронный канал может обеспечивать максимальную скорость 723,2 Кбит/с в асим метричной конфигурации (оставляя для обратного канала полосу 57,6 Кбит/с) или же 433,9 Кбит/с в каждую сторону в симметричной конфигурации.
Для обеспечения безопасности в ВТ применяется аутентификация и шифрование данных на уровне связи (link layer), которые, конечно же, могут дополняться и средствами верхних протокольных уровней.
Важной частью ВТ является протокол обнаружения сервисов SDP (Service Disсоvery Protocol), позволяющий устройству найти «интересного собеседника«. В дальнейшем, установив с ним соединение, устройство сможет восgользоватmcz требуемыми сервисами (например, выводить документы на печать, подключиться к Сети и т.п.).
Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9-проводного RS-232) через L2CAP. С его помощью традиционные кабельные соединения устройств (в том числе и нуль-модемные) могут быть легко заменены на радио связь, без каких-либо модификаций ПО верхних уровней. Протокол позволяет устанавливать и множественные связи (одного устройства с несколькими), и ра диосвязь заменит громоздкие и дорогие мультиплексоры и кабели. Через прото кол RFCOMM может работать протокол ОВЕХ, используемый в инфракрасных беспроводных соединениях (в иерархии протоколов IrDA). Через RFCOMM мо жет работать и протокол РРР, над которым стоят протоколы стека TCP/IP, -это открывает дорогу во все приложения для Интернета. Через RFCOMM работают и АТ-команды, управляющие телефонными соединениями и сервисами передачи факсов (эти же команды используются в модемах для коммутируемых линий).
Специальный бит-ориентированный телефонный протокол TCS BIN (Telephony Control protocol - Binary), определяющий сигнализацию вызова для связи ycтройств ВТ (речевой связи и обмена данными), тоже работает через L2CAP. В протоколе имеются и средства управления группами устройств TCS.
Интерфейс хост-коитромера HCI (Host Controller Interface) - это единообразный метод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней ВТ. Он предоставляет набор команд для управления радиосвязью, получения информации о состоянии и собственно передачи данных. Через этот интерфейс происходит взаимодействие протокола L2CAP с аппаратурой ВТ. Физически аппаратура ВТ может подключаться к различным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card), шине USB, CQM-порту. Для каждого из этих подключений имеется соответствующий протокол транспортного уровня HCI - прослойка, обеспечивающая независимость HCI от способа подключения.