Infravörös technológia
A legtöbben bizonyára találkoztak már infravörös porttal akár mobiltelefonon, akár laptopon, alaplapra integrálva, de legalábbis annak az újabb alaplapokon megtalálható csatlakozójával. Ugyan nem mondhatjuk, hogy a piros műanyag fedél alatt rejtőző infravörös LED-ek minden készüléken megtalálhatók lennének, de kétségtelen, hogy folyamatosan terjednek, s ha máshonnan nem is, a TV, videó távirányítójáról biztosan ismerősek.
Természetesen ez utóbbi alkalmazás sokkal nagyobb múltra tekint vissza, mint a számítógépes környezetben való használat. Az infravörös kommunikáció története a következőkben foglalható össze röviden:
- 1993 júniusa: 50 cég gyűlik össze, hogy lefektessék az infravörös kommunikáció alapjait
- 1994 júniusa: közzéteszik az első szabványokat
- 1995 november: a Microsoft bejelenti az infravörös kommunikáció Windows 95 rendszerben való támogatását
- 1997 november: megjelenik a mobil készülékek közti kommunikáció szabványa
- 1998 február: megjelenik a vezeték nélküli beviteli eszközök szabványa
- 1999 január: maximálisan 16 Mbites sebességű átvitel
Tehát az infravörös kommunikáció szabványai továbbra is folyamatosan fejlesztés alatt állnak, újabb és újabb alkalmazási területek, csoportok csatlakoznak az egyesüléshez. Ez nekünk, végfelhasználóknak csak előny, hiszen ennek révén szabványosított eszközökkel találkozhatunk, nem kell attól tartanunk, hogy a készülékek nem fogják érteni egymás nyelvét.
Más kérdés, hogy infravörös nyelv többféle is létezik, amint ez azonnal kiderül.
[oldal:Fizikai réteg]
Az IrDA egymást akadály nélkül "látó", rövid távolságokon belül történő, nagysebességű, jellemzően kétirányú átvitelre ajánlott kéziszámítógépekhez, mobil készülékekhez, digitális kamerákhoz - csak hogy néhány példát említsünk. Az átvitel két pont között, vagy egy pont felől több pont felé történhet, half duplex módon. A működésbeli előírásokat sugárzási ajánlások is kiegészítik, melyek például a felhasználót terhelő ultraviola, vagy látható sugárzásokat határolják be.
Az IrDA néhány kötelezően megvalósított alapprotokollt és több opcionális protokollt ajánl. Ezek rétegződése az ISO OSI rétegrendszerhez hasonló (mely egy későbbi cikk témája lesz). Alsó szintjén a fizikai tulajdonságokat előíró PHY (Phisical Signaling Layer) található, felette az IrLAP (Link Access Protocol), majd az IrLMP ((Link Management Protocol és Information Access Service (IAS)).
Néhány fizikai jellemző:
- átvitel távolsága: a folyamatos működés legalább egy méterig előírt, de általában két méteres távolság is áthidalható. Az alacsony energiafogyasztást megkövetelő alkalmazásoknál ez a távolság lecsökken 20 centiméterre, ha két kis fogyasztású készüléket használunk, illetve 30 centiméterre, ha egy alacsony fogyasztású és egy normál eszközünk van.
- kétirányú átvitel minden típusú alkalmazásnál
- 9600 bit/s alapsebesség, mely 115 kbit/s, 1.152 Mbit/s és maximálisan 4 Mbit/s sebességre növelhető
- 16 bites CRC 1.152 Mbit/s sebességig, afelett 32 bites CRC
A gyakorlatban ez azt jeleni, hogy a jellegzetes vörös színű fedél alatt egy infravörös jeleket kibocsátó LED lapul, mellette egy detektor, illetve mögöttük rejlik a kimenő és beérkező adatok kódolását-dekódolását, illetve a hibakezelést végző áramkör.
Egyes esetekben maga a hardver végzi a csomagok összeállítását és kezelését, fogadását is, más esetekben ezt szoftveres úton valósítják meg. Ennek a "framer" nevű köztes rétegnek még egy fontos feladata van: elkülöníti és függetleníti a szoftveres réteget a folytonosan változó, fejlődő hardverrétegtől.
[oldal:Logikai rétegek]
Ezzel megvan a fizikai jeltovábbítást végző rendszerünk. A kapcsolatok kezelését az IrLAP végzi, melynek szolgáltatásai:
- eszköz-eszköz kapcsolatok létrehozása
- eszközfelismerő eljárások, dinamikus címzés és címütközés-feloldás
- optimális, a mindkét oldal által ismert leggyorsabb kapcsolati mód kiválasztása
- parancscsomagok küldése, vezérlés: az IrDA alkalmazásánál mindig van egy elsődleges állomás és egy másodlagos. Az elsődleges az, amelyik az átviteleket kezdeményezheti, felelős az adatok áramlásáért és szervezéséért. Fontos, hogy az elsődleges-másodlagos szereposztás csak ezen a szinten érvényesül, tehát például a másodlagos számítógépen futó alkalmazás is kezdeményezhet adatátvitelt. Ajánlott, hogy minden készülék képes legyen nemcsak a másodlagos, de az elsődleges szerep betöltésére is.
Lépjünk feljebb, az IrLMP réteg a következő. Ennek szolgáltatásai:
- az IrLAP réteg multiplexelése, azaz több csatorna is létrehozható egy IrLAP kapcsolat felett. Így egyetlen infravörös kapcsolatot több program, szolgáltatás is használhat, ezek versengenek a kapcsolatért. Lehetőség van arra is, hogy egy-egy alkalmazás kisajátítsa a kapcsolatot, ha például alacsony késleltetésre van szüksége.
- a túloldali szolgáltatás kiválasztásából, a kapcsolat létrehozásából, adatküldésből és a kapcsolat felbontásából álló folyamat levezetése.
- protokollok és szolgáltatások felismerése az Information Acsess Service (IAS) segítségével. Az infravörös eszközök mindegyike karbantart egy kisebb adatbázist arról, hogy saját maga milyen szolgáltatásokat tud nyújtani. Ezeket az adatokat a többi eszköz lekérdezheti.
Az IrLMP Plug and Play kiterjesztéssel is rendelkezik. A kiterjesztés nem foglalkozik a fizikai kapcsolat létrehozásával, de a kapcsolat felépítése után például egy perifériának meg kell jelennie az azt használó rendszerben. Microsoft Windows 98 esetében ez azt jelenti, hogy az eszköz telepítésre kerül, megjelenik a registryben, és ettől kezdve mint egy hagyományosan, vezetékkel csatlakoztatott periféria használható.
E felett a három réteg felett további opcionális protokollok találhatók, melyek a konkrét felhasználási területtől függően kerülnek alkalmazásra.
[oldal:További protokollok]
Az LM-IAS és a Tiny TP helyezkednek el a következő szinten. A Tiny TP a folyamatvezérlést végzi az IrLMP kapcsolat felett - ugyanis az IrLMP önmagában nem elegendő: ha például több alkalmazással egy időben való használatkor el akarjuk kerülni a holtpontok kialakulását, szükség van a Tiny TP szolgáltatásaira is. A Tiny TP feladata az, hogy megfelelő pufferelést biztosítson az egyes IrLMP csatornákhoz anélkül, hogy azok egymást zavarnák az adatok folyamatos áramlásában. Szükség esetén - opcionálisan - a Tiny TP végzi az adatok szegmentálását és összeállítását is.
A legfelső szinten működnek a következő protokollok:
IrCOMM - COM és LPT emulációt biztosít hagyományos portokat igénylő alkalmazásokhoz. Így hagyományos soros vagy párhuzamos portokat ismerő programokat is használhatunk infravörös porttal. Az IrCOMM további négy specifikációra bomlik, de ezek ismerete felhasználói szinten szükségtelen. Fontos lehet viszont, hogy egyes alkalmazások, melyek nagyon gyors válaszidőket igényelnek, nem fognak működni, ugyanis míg a hagyományos vezetékes változatnál azonnal érkezhetett válaszjel, az infravörös kommunikációnál bizonyos - maximálisan 500 milliszekundumos - késleltetéssel mindig kell számolni. Ennek oka az, hogy infravörös módszerrel nem lehet egyszerre adni és fogadni, így a készülékek felváltva adják a saját, és fogadják a másik fél csomagjait.
Az IrOBEX neve beszédes, objektumok átvitelére szolgál, az Internetről jól ismert HTTP protokollhoz hasonlítható. Célja nem túl bonyolult, objektumok egyszerű küldése anélkül, hogy az alsóbb rétegek működésének megértésébe kellene belebonyolódni. Az objektum sok mindent jelenthet, akár fájlokat, akár elektronikus névjegykártyákat, bankszámlakivonatot, esetleg egy parancsot a TV-készüléknek.
Az IrTran-P digitális kamerákhoz, képkezelő eszközökhöz készült képküldő protokoll. Az IrCOMM, a soros port emuláció fölé épül, ahol a képek univerzális formátumba kerülnek, majd átvitelük egyszerű, bináris ftp protokollal történik. Rövid példa a használatára: a digitális kamerán kijelölünk egy képet, a kamera azt elküldi egy másik kamerának, esetleg egy nyomtatónak, mely azonnal ki is nyomtathatja azt.
Az IrMC mobil eszközökhöz lett kifejlesztve. Segítségével lehetővé válik, hogy mobiltelefonok, autókba épített eszközök, hordozható számítógépek, kalkulátorok, személyhívók kommunikáljanak egymással. A protokoll alapvetően szöveges üzenetek, elektronikus névjegyek, naptári adatok, határidőnapló-bejegyzések vezeték nélküli utaztatására készült, de általános adatokat, sőt, valósidejű hangot, beszédet is lehet vele továbbítani. A protokoll magába foglalja például PIN kód kérésével az adatok védelmét is, bár jelszavakat, kódokat nem továbbít infravörös kapcsolaton keresztül, annak kevésbé biztonságos jellege miatt. Itt érdemes megemlíteni az IrUT protokollt, mely kimondottan valósidejű alkalmazásokhoz készült. Lehetővé teszi a folyamatos videókép továbbítását, vele például a videokonferenciát. Magába foglalja a különféle adatformátumok, mint például ISDN, Ethernet és az infravörös formátum közötti átalakítást, illetve szükség esetén a valósidejű adatok mellett egyéb, nem valósidejű adatok, objektumok is továbbíthatók.
Az IrLAN alapvetően a helyi hálózatok infravörös elérésére szolgál. Ezt háromféle módon teszi lehetővé:
- egy külön elérési ponton keresztül - mely a hálózathoz csatlakozik - az infravörös kapcsolatot használó eszköz úgy működik, mintha közvetlenül a hálózatra csatlakozna
- kettő vagy több számítógépet infravörös eszközzel köthetünk össze, a kapcsolatot úgy használhatják, mintha normál hálózati kapcsolat lenne
- egy, a hálózatra csatlakoztatott számítógép infravörös kapcsolaton keresztül elérési pontként szolgálhat egy vagy több másik számítógép számára, ez esetben mindegyik számítógép úgy érzékeli, mintha mindannyian egy közös hálózatra lennének kötve, azaz kölcsönösen látják egymást.
JetSend: a protokoll létrehozásának célja az, hogy a felhasználónak ne kelljen különféle paramétereket állítgatnia, mielőtt szóra tudja bírni infravörös eszközeit. Használatával lehetővé válik, hogy például egy lapolvasó és egy nyomtató önállóan egyeztessék egymással a használni kívánt felbontást, majd a lapolvasóról azonnal a nyomtatóra, majd papíron a kezünkbe kerüljön a kép. A HP kínál is a JetSendet támogató fotó- és lézernyomtatót, illetve digitális kamerát.
Nem maradhat ki az IrWW, a jellemzően a karórákhoz készült protokoll sem. Egyszerű szolgáltatásokkal bír, jellemzően ez is objektumok forgalmazását végzi, mint például pontosidő-adatok, nevek és telefonszámok.
IrDA Lite létjogosultságát az infravörös kód méretének csökkentésére irányuló igények igazolják. Célja tehát alapvető, kis méretű ROM vagy RAM memóriában tárolható kódú kommunikációs módszer biztosítása a meglévő eszközökkel való kompatibilitás fenntartása mellett. Az ajánlás tulajdonképpen javaslatokat tartalmaz az IrLAP és IrLMP minimalizálására.
Érdekesség az IrTA protokoll, mely hagyományos terminálok mintájára infravörös terminálok létesítését teszi lehetővé.
[oldal:Irda control]
Az IrDA control olyan infravörös kommunikációs szabvány, mely vezeték nélküli perifériák, például billentyűzetek, egerek, játékvezérlők, botkormányok együttműködését teszik lehetővé számítógépekkel, háztartási gépekkel, játékgépekkel, TV-vel, vagy set-top-boxokkal. Az USB HID előírásoknak megfelelő eszközökkel is együtt tud működni.
Az IrDA control szintén három kötelező réteggel rendelkezik:
PHY - Physical Layer (fizikai réteg)
MAC - Media Access Control (adathordozó hozzáférés-vezérlés)
LLC - Logical Link Control (logikai kapcsolatvezérlés)
Ezek jellemzői a következők:
Fizikai réteg:
- minimum 5 méteres hatótáv, mely megegyezik a jelenlegi távirányítókéval
- kétirányú átvitel
- maximum 75 kbit/s
- rövid csomagok 8, hosszú csomagok 16 bites CRC-vel védve
- alacsony energiafogyasztás, alacsony megvalósítási költség
Adathordozó hozzáférés-vezérlés:
- egy eszköz több perifériával is kommunikálhat, ebből 8 darabbal egyszerre
- alacsony késleltetési idő, gyors válasz
Aszimmetrikus adathordozó hozzáférés-vezérlés:
- perifériacímek dinamikus hozzárendelése és újrafelhasználása
- időzítések és adathordozó elérés a HID LLC-ben
Logikai kapcsolatvezérlés:
- a megbízhatóságot növelő szolgáltatások, adatok felosztása, csomagolása és újraküldése hiba esetén
- HID-IrDA control bridge-en keresztül az USB-HID funkciói is megvalósíthatók
(Az USB-HID az USB szabvány kiterjesztése, mely a felhasználóval folytatott interaktív kapcsolattartásra lett kifejlesztve.)
[oldal:Jövőbeni lehetőségek]
A tájékozottabbakban bizonyára felvetődhet a kérdés, hogy a Bluetooth, a rádióhullámokkal működő vezeték nélküli kommunikációs szabvány vajon elsöpri-e az infravörös eszközöket? A kérdést csak a jövő döntheti el, annyi azonban biztos, hogy a Bluetooth fejlesztését végző csoport (Bluetooth Special Interest Group) átvette az IrOBEX protokollt, mely így az első közös API alkalmazási réteg a két vezeték nélküli szabványban. Tehát remélhetőleg valamilyen szinten kompatibilisek maradnak egymással.
Az infravörös kapcsolatokkal elérhető sebesség a becslések szerint körülbelül 50 Mbps. A legmagasabb, jelenleg elfogadott sebesség a 4 Mbps, de a legutóbbi dokumentációkban már fellelhetők a 16 Mbps sebesség használatához szükséges kiegészítések - így valószínűleg hamarosan kézbe vehetjük az új sebességet használó eszközöket.
Jelenleg a SIR, a Serial Infrared maximálisan 115 kbps képes, a FIR, a Fast Infrared pedig a nagyobb sebességeket támogatja.
Akik kételkednének az infravörös egyesület erejében, azokat talán meggyőzi, hogy annak olyan cégek a tagjai - csak mazsolázgatva közülük -, mint a 3Com, Apple, Canon, Compaq, Dell, Ericsson, HP, IBM, Sony, Philips, Motorola, Nec, Microsoft; összesen mintegy 160 résztvevőt sorolhatnánk fel. Az infravörös szabványok jó úton haladnak az ISO szabvánnyá való előlépés felé.
A bővebb információra vágyók letölthetik a következő dokumentumokat, melyek legfrissebb verziói mindig az egyesület honlapján találhatók meg.
Interop_Chart.pdf - együttműködési diagramircomm10.pdf - soros és párhuzamos port emuláció
IrData.zip - IrLAP, IrLMP, IrPHY, Tiny TP dokumentáció
Irda_ControlV1p0E.zip - IrDA control
IrDA_Dongle_V1p2.pdf - adó-vevő megvalósítása
IrJetSendAppNoteV1.1.pdf - JetSend kiegészítések
IrLAN.pdf - helyi hálózat elérése
IrMC_v1p1_Specs&Errata_pdfs_Oct99.zip - mobil eszközök szabványa
IrOBEX12.pdf - objektumok küldése és fogadása
irpnp1_1.pdf - Plug and Play kiterjesztés
IrTran-P_10.pdf - képtovábbítás
irwwfinaldocuments.zip - karórák szabványa
litever10.pdf - minimális megvalósítás
Overview.pdf - általános áttekintés
Point and Shoot v1p0.pdf - Point and Shoot előírások
Serial Interface 1p0.pdf.pdf - soros interfész
Tinytp11.pdf - Tiny TP dokumentáció
[oldal:Rövidítések és linkek]
Az infravörös technológia legfontosabb rövidítései, fogalmai:
IrDA - Infrared Data Association
IrLAP - Protocol Stack Link Access Protocol
IrLMP - Link Management Protocol
IrTran-P - Infrared Picture Transfer
IrMC - mobilkészülékek protokollja
IrWW - karórák protokollja (wristwatch)
IrOBEX - IrDA Object Exchange Protocol
AirMAC - Advanced Infrared Wireless Office megalkotásához szükséges
IrTA - Ir Terminal Adapter
FIR - Fast Infrared - 4 Mbps
SIR - Serial Infrared - 115 kbps
IrUT - Infrared Universal Translator
IrWW - Infrared WristWatch
HID - Human Interface Devices
A Hewlett-Packard Jetsend oldala: www.jetsend.hp.com
Az Infrared Data Assotiation oldala: www.irda.org
[oldal:Megvalósítások]
Ha mindezek után valaki nem elriadt, hanem kedvet kapott ahhoz, hogy fénysugarakkal lövöldözzön a szobájában, felmerülhet a kérdés, hogyan teheti ezt meg.
Az újabb alaplapokon megtalálhatók azok az alaplapi csatlakozók, melyekre infravörös portot tudunk csatlakoztatni. Az infravörös átvitelt a számítógép BIOS menüjében is engedélyezni kell. Portnak használhatjuk a Redlink 101-es modellt, mely tartalmazza az alaplapra csatlakoztatható vezetéket, a számítógép készülékházának hátlapjára felcsavarozható, soros porthoz hasonlító csatlakozót, illetve az ehhez egy másik, kb. egy méteres vezetékkel csatlakozó adó-vevő egységet.
Telepítése egyszerű, feltéve, hogy az Windows 98 alatt végezzük. A Windows NT 4.0-ás verziója nem támogatja az infravörös kommunikációt, bár a porthoz adott dokumentációban ez szerepel. A hírek szerint a megfelelő driver készítése folyamatban van.
Akinek az alaplapja nem támogatja az infravörös portokat, a Redlink 105 modellt válassza. Használatához egy szabványos soros portra van szükség, majd az infravörös portot telepíteni kell. Sajnos ez már nehezebb ügy, ugyanis - mint megtapasztaltam -, ha a Windows 98-nak rosszul adjuk meg azt a portot, ahova az infravörös adó-vevőt csatlakoztattuk, utána nem tudjuk megváltoztatni a beállítást, illetve nem lehet rendesen eltávolítani sem az eszközt.
Ha ügyesek vagyunk, és sikeresen elvégezzük a telepítést, két gép között a Windows beépített közvetlen kábelkapcsolatának segítségével létesíthetünk kapcsolatot, illetve a portot használhatjuk pl. mobiltelefonnal való kommunikációra is.
Sokkal érdekesebb a Redlink sorozat legújabb, 105 TV névre hallgató példánya. Segítségével pl. a TV távirányítójával kezelhetjük kényelmesen a fotelből a gépet. Telepítése rendkívül egyszerű: rá kell dugni egy szabad soros portra.
A többi már a kezelőszoftver dolga, mely esetemben a PC Remote Control 4.0 beta változata volt. Sajnos a beta állapot egyik következménye az volt, hogy a programhoz nem tartozott help, így a működését nem sikerült tökéletesen megérteni. Némi kattintgatás után azonban eljutottam odáig, hogy a Winampot tudtam indítani és leállítani a TV-m távirányítójával. A port használata kényelmesnek tűnt, ebben segített a tetején elhelyezett LED, mely szorgalmas villogással jelezte, ha a jelet kapott.
A soros portról érkező jelek figyelése a PC Remote Control segítségével.
A PC Remote Control minden igényt kielégít. A távirányító egyes gombjai megnyomásakor kibocsátott jelet megtanulja, majd a jelhez, ezáltal a gombokhoz különféle funkciókat rendelhetünk hozzá. A funkciók jelenthetnek billentyűparancsokat egy-egy előre megadott programnak vagy ablaknak, de speciálisan az egérkurzor mozgatását, vagy a hangerőszabályzó állítását is.
Az infravörös portokat a Macroda Kft. bocsátotta rendelkezésünkre, oldalaikról többek közt a PC Remote Control is letölthető.