Мы всегда вам рады


Стандарты ИК-связи: между прошлым и будущим Печать E-mail
Автор Пола   
 
Экспериментальный образец устройства с гигабитовым интерфейсом, разработанный японской KDDIАнализ спектра применяемых беспроводных интерфейсов ближнего действия в среде мобильных устройств свидетельствует, что рынок по-прежнему увлечен радиотехнологиями.

И одно из проявлений этого – тенденция замещения ИК-портов интерфейсом Bluetooth. Однако вполне возможно, что благодаря усилиям японских разработчиков и принятию спецификации Giga-IR оптическим технологиям удастся восстановить свое реноме.

Как ни парадоксально, но вытеснение оптики беспроводными радиотехнологиями началось не в последние несколько лет.

Ведь стандарт связи для локальных оптических беспроводных коммуникаций (IR-PHY) на дальность 10–20 м разрабатывался с 1993 г. и был утвержден еще в первоначальной версии хорошо известного IEEE 802.11 в 1997 г.

Им закреплено использование фазоимпульсной модуляции PPM (Pulse-position modulation), согласно которой кодирование передаваемой информации заключается в изменении позиции импульсов в группе (кадре).

 

Схема с 16PPM рекомендовалась для достижения скорости 1 Мб/с, а с кодированием по Грею (4PPM) – 2 Мб/с. Диапазон рабочих длин волн определен как 850–950 нм при импульсной мощности излучателя с диффузным рассеивателем до 2 Вт.

Спецификация не получила должной реакции со стороны рынка, и в дальнейшем атмосферная оптика специальными группами не сопровождалась.

Забегая несколько вперед, отметим, что создатели атмосферных оптических систем, напротив, неоднократно сверяли свои действия с различными стандартами, разработанными под эгидой IEEE.

Это касается не только документов семейства Ethernet (802.1), но и рекомендаций для радиотехнологий миллиметрового диапазона, в частности 802.15.3 (PHY для WPAN), ведь некоторые принципы распространения радиоволн на частотах 25–100 ГГц и света достаточно схожи.

Следующей ассоциацией, в чьих планах также декларировалось создание систем малой дальности, является Infrared Communication Systems Association (ICSA).

Результатом ее деятельности стал стандарт ARIB-Std-T50, поддержанный Ассоциацией радиовещательной индустрии и бизнеса Японии (по полномочиям аналогичной европейской ETSI).

Третья версия результирующего документа датируется концом 2006 г. и определяет построение систем в диапазоне от 680 до 1600 нм со скоростями 10, 100 и 1000 Мб/с, согласованными с соответствующими спецификациями Ethernet Base-T, включая разделение доступа к среде по CSMA/CD.

Согласно ей для работы внутри помещения допускается мощность (до диффузного рассеивателя) в соответствии с требованиями к излучателям Class 1, на приемной стороне оговаривается минимальная интенсивность 10 мкВт/см2, при которой вероятность ошибочного бита не превысит 10-8.

Для системы малого радиуса действия (1 м) могут применяться два типа устройств, включаемых в разрыв среды Ethernet на дальность порядка метра в пределах угла ±30° в горизонтальной и ±5° в вертикальной плоскостях: конвертер среды (подсоединяемый к MDI-разъему сетевой платы, выходная оптическая мощность 140 мВт) либо автономной карты ПК (35 мВт).

Стандарт, несмотря на его успешную гармонизацию с европейскими нормами, не получил существенного распространения в готовой продукции.

Однако известно, что его наработки не забыты – часть из них положена в основу деятельности консорциума VLCC (Visible Light Communication Consortium), занимающегося проблемами беспроводной передачи информации в видимом участке оптического диапазона.

Главный персонаж – IrDA


Однако наиболее значимый (по совокупному объему выпускаемых продуктов) вклад в развитие беспроводной персональной ИК-связи внесла некоммерческая ассоциация IrDA (Infrared Data Association), образованная еще в 1993 г.

Ее целью стало создание единых стандартов, объединенных двумя основным направлениями: управление (IrDA Control) и передача данных (IrDA Data). В рамках последней были разработаны спецификации на разные уровни модели OSI.

Самый нижний уровень закреплен в IrPHY (Infrared Physical Layer Specification).

Согласно последней версии документа (IrDA Data1.4) системы гарантируют дальность действия при стандартной мощности – 1 м (при малой – 20 см) и должны при минимальном телесном угле приемопередатчика, образуемом конусом с углом при вершине равном 15°, обеспечивать полудуплексную связь на скоростях от 2,4 Кб/с до 16 Мб/с.

Причем поддерживать весь диапазон скоростей от каждого устройства не требуется – только совместимость сверху вниз.

Им же определено применение конструктивного инфракрасного фильтра, рассчитанного на диапазон рабочих длин волн 875 ±30 нм.

UART-ориентированный SIR-интерфейс (Serial Infrared), наиболее давний (1994 г.) и до сих хорошо известный владельцам мобильных устройств, обеспечивает связь на стандартных дискретных скоростях до 115,2 Кб/с, специфицированных для COM-порта.

Старт соединения (поиск, оповещение и сопряжение) производится на 9600 бит/с. Время, затрачиваемое на установление связи, составляет от 250 до 650 мс, причем процедуры инициализации соединения достаточно сложны, так как делались, по-видимому, «на вырост»: не только для связи «точка-точка», но и для работы нескольких устройств в единой среде.

В дальнейшем появилось расширение диапазона скоростей до 0,576 и 1,152 Мб/с в синхронном (в отличие от предыдущего) режиме обмена, получившее неофициальное название MIR (Medium Infra-red).

В обеих перечисленных спецификациях использована амплитудная манипуляция RZI (Return-to-zero, inverted).

Логический 0 модулируется световым импульсом длительностью 3/16 либо 1/4 битового интервала, логической 1 соответствует его отсутствие.

Более высокую скорость обеспечивал принятый практически одновременно с SIR интерфейсный протокол AIR (Advance Infra-red), более известный как FIR (Fast IrDA, 1995 г.).

C его помощью можно обеспечить до 4 Mб/с на расстоянии 1 м. Этой же спецификацией оговаривалось LAN-соединение на дальность до 10 м при соответствующем снижении скорости.

FIR использовал уже более сложную структуру пакета и манипуляцию PPM (Pulse-position modulation) по четырем позициям. Он также применяется в сравнительно широком спектре устройств, в том числе и мобильных.

С помощь опционального модуля, подключаемого к специальным разъемам некоторых материнских плат того времени, интерфейс мог быть реализован и в стандартном ПК.

Вопрос скорости оставался на острие борьбы с «всепроникающим радио», и уже в 1997 г. в ходе экспериментов были установлены соединения на скорости до 50 Mб/с.

Однако нацеленность разработчиков на предыдущих этапах на минимизацию стоимости интерфейса не преминула сыграть злую шутку – желание «ускорить» этот протокол привело к необходимости существенно усилить требования к аппаратной и алгоритмической поддержке интерфейса.

Заметим, что к этому на тот момент также не был готов рынок, привыкший относиться к плодам данной технологии как к решению «доллар за пару».

Большая часть производителей чипов и оптических модулей уже успела вкусить прелести прибыльности от разработки и расширяющегося по объемам выпуска компонентов для пользующихся всяческими преференциями радиотехнологий, либо переориентировалась на изготовление оптоустройств для ВОЛС.

Поэтому созданный в 1998 г. VFIr (Very Fast Infra-red) с обещанным максимумом в 16 Mб/с имеет для нашего обзора скорее теоретический, чем практический аспект.

По отношению к данной спецификации высказывался ряд мнений со стороны разработчиков устройств и драйверов для ОС о том, что что IrLAP (Infrared Link Access Protocol,

второй уровень протоколов стандарта IrDA), обеспечивающий необходимые для установления и поддержки соединения между устройствами служебные функции,

и IrLMP (Infrared Link Management Protocol, протокол третьего уровня, описывающий высокоуровневые операции с соединением) для данной высокоскоростной спецификации недостаточно оптимальны.

А успешность имплементации в готовый продукт напрямую зависит от качества аппаратной реализации интерфейса.

Низкая популярность VFIr подтверждается и анализом текущих предложений чипмейкеров: из 12 оптомодулей и чипов, выпускаемых ROHM, лишь четыре поддерживают FIR и ни один – Very Fast Infra-red. Комплектующие для данного интерфейса удалось найти лишь у одного производителя, близкого к группе его разработчиков, – Vishay Siliconix.

Известно, что Ассоциацией с привлечением дополнительных инициативных групп проводились достаточно активные работы по созданию нового интерфейса с производительностью 100 Mб/с (так называемый UFIR), однако практически значимых для массового рынка упоминаний по его применению не имеется.

Свет в конце тоннеля


Некоторый просвет в череде отвергнутых рынком предложений появился лишь в прошлом году после демонстрации на региональной выставке «ЭкспоКомм» японской KDDI-lab гигабитовой экспериментальной системы с излучателем на основе лазерного диода и дальностью в пару сантиметров.

Разработчик стал активно продвигать свое решение, указывая на его место в экосистеме беспроводных технологий. И уже в апреле описание технологии Giga-IR было утверждено IrDA в качестве стандарта.

Полный текст спецификации пока широко не распространяется, однако некоторые технические подробности все же стали известны.

Giga-IR, по мнению исследователей, уже в скором времени может быть предложен в виде готовых внешних либо встраиваемых в устройства модулей (обратносовместимых с FIR),
 
работающих на двух основных скоростях: 512 Мб/с и с использованием двухуровневой ASK, а также двух- и четырехуровневой ASK на скорости 1024 Мб/с.

К сожалению, информация о наличии промежуточных значений производительности, кроме оговоренных в FIR, а также возможности «обмена скорости на дальность» пока недоступна.

Для обоих значений скорости обмена используется предкодирование по правилу 8B/10B. Как известно, четырехуровневая ASK более чувствительна к различного рода шумам и искажениям. Тем не менее на дальности от 1 до 5 см гарантированное значение битовых ошибок не превысит 10-10.

Еще одна интересная подробность. Известно, что если с быстродействием ИК-фотоприемников вопрос не возникал – достаточно дешевые диоды освоены практически всеми занимающимися ими вендорами, то прогресс в области подходящих для ИК-связи светодиодов менее динамичен.

Переход на типовой ИК-лазер затруднен, так как требуется обеспечить достаточно широкий луч (конус с расхождением в десятки градусов) с необходимой плотностью потока мощности при умеренной цене интерфейса в целом.

Недорогой LED-кристалл (а именно таким представляется передатчик для интерфейса, претендующего на сравнение с USB и Bluetooth) – не слишком быстродействующий прибор с относительно высокой паразитной электрической емкостью и оптической «инерционностью».

Поэтому он довольно сильно «заваливает» фронты и спады излучаемых импульсов. Для борьбы с этим явлением и получения требуемой крутизны электрооптической характеристики излучающего светодиода на передающей стороне предлагается использовать предкоррекцию аналогично применяемому решению для повышения в ЖК-панелях скорости переключения («овердрайва»).

В заключение

Коль уж данная тема нечасто поднимается в прессе, нам остается обратить внимание на ряд принципиальных аспектов, связанных с общими вопросами развития персональных оптических беспроводных коммуникаций.

И мы предлагаем взглянуть на упомянутую в начале статьи тенденцию немного шире и попытаться разобраться в причинах происходящего. Упомянем несколько ключевых моментов.

Прежде всего это объективные научные и особенно технологические сложности на пути практического освоения атмосферных оптических коммуникаций.

Другой носит довольно философский характер (и может восприниматься в развитие предыдущего). Он указывает на некоторую однобокость ключевой линии прогресса в информационных технологиях, в частности на приоритетное развитие «электрических» технологий в противовес «оптическим».

Наконец, очень важная составляющая относится скорее к сфере экономической и свидетельствует о ряде промахов, в том числе и маркетинговых, на пути продвижения технологий по мере их совершенствования.

Можно возразить, что в отличие от беспроводной, волоконная оптика продолжает успешно развиваться и вскоре обещает сделать обыденным обмен со скоростью 10 Гб/с.

И хотя основы техники приемопередачи и концепция построения у них почти те же самые, не следует забывать, что философия их реализации существенно разнится.

ВОЛС в противовес атмосферной оптике функционирует в волокне, представляющем собой относительно стабильную ограниченную среду.

Исходя из ее параметров достаточно легко оценить энергетический бюджет всей протяженной линии и гарантировать параметры канала, в частности дальность и скорость обмена.

Кроме того, в ней по определению не должно возникнуть вопроса, насколько точно сориентировал пользователь связываемые устройства между собой.

Возвращаясь же к главному поводу появления данного материала, остается добавить, что в IrDA, по-видимому, со всей серьезностью отнеслись к анализу своей деятельности.

В частности, есть все основания предполагать, что находящийся в разработке еще один стандарт, получивший название IrUSB, как симбиоз нового инфракрасного интерфейса Giga-IR и протокола USB, будет готов в черновике к апрелю 2010 г.
 
Публикация данной статьи возможна только при наличии ссылки на источник: http://ko-online.com.ua
 
« Пред.   След. »

Мысли и слова великих людей

 
Без труда талант - это фейерверк: на мгновение ослепляет, а потом ничего не остается. /Р. Мартен дю Гар/

Самое интересное на сайте


Богатство
Психовирус
Радость
Концепция
Фриланс
Мудрость
Шоубизнес
Форекс
Безопасность

Полезно знать


Онлайн бизнес

Онлайн бизнес Данный раздел сайта посвящён именно онлайн бизнесу. Только здесь вы получите быстрый доступ к последним и наиболее эффективным способам заработка в сети Интернет.

Бизнес идеи

Бизнес идеи Здесь вы сможете найти самые важные статьи о том как начать и развить свой бизнес в сети Интернет. Создание  бизнеса приносящего стабильный доход станет реальностью.

Оптимизация сайта

Оптимизация сайта SEO оптимизация – это определенный тип создания и редактирования текстов для web - сайтов. И знание этих секретов крайне важно для ведения бизнеса в интернете.

Удалённая работа

Удалённая работа Этот раздел сайта призван помочь тем, кто решил научиться вести бизнес в сети самостоятельно. А вот от того, как вы распорядитесь этими знаниями, будет зависеть ваш заработок.