Infrared Data Association

USB-Infrarotport für PC

In der Infrared Data Association^[1] (IrDA) haben sich 1993 ca. 50 Unternehmen zusammengeschlossen, um ein Forum für die Diskussion und Standardisierung von Infrarottransceivern und Protokollspezifikationen zu etablieren. Mitglieder waren u. a. HP, IBM und Microsoft. IrDA spezifiziert Standards für die optische drahtlose Punkt-zu-Punkt Datenübertragung mittels infrarotem Licht (850 – 900 nm).^[2] Dabei steht die Übertragung im Nahbereich bei Reichweiten von kleiner 1 m und einer Line-of-Sight (LOS) Verbindung im Vordergrund. Angewendet wird IrDA beispielsweise im Bereich Personal Area Network (PAN). Große Verbreitung findet IrDA bei Laptops, Mobiltelefonen oder PDAs. Vorteile des IrDA-Standards sind der vergleichsweise hohe Datendurchsatz, die hohe Abhörsicherheit auf Grund der geringen maximalen Reichweite, der niedrige Energieverbrauch pro übertragenem Byte oder die hohe Zuverlässigkeit wegen der niedrigen Bitfehlerraten (BER).^[3] Nachteile ergeben sich vor allem durch die Sichtverbindung. Der Sichtkontakt zwischen beiden Endpunkten ist erforderlich und schränkt damit den Anwendungsbereich ein. Wichtige Applikation-Layer sind IrCOMM, IrOBEX, IrSimple, IrFM oder IrLAN.

Geschichte

Als sich die Infrarot-Technik immer mehr verbreitete, wuchs das Interesse, unterschiedliche, vom Hersteller unabhängige Geräte miteinander per Infrarot kommunizieren zu lassen. Um diesen Wunsch zu verwirklichen, schlossen sich im August 1993 ca. 50 Unternehmen (darunter HP, IBM, Digital) zusammen und gründeten die Infrared Data Association (IrDA). Ziel war es ein einheitliches Protokoll für die Datenübertragung per Infrarot zu schaffen. Damit sollte es möglich sein beispielsweise einen Drucker von HP mit einem Rechner von IBM mittels Infrarot kommunizieren zu lassen. HP war einer der Vorreiter bei der Entwicklung der infraroten Datenübertragung. Aus diesem Grund findet man auch heute noch die Bezeichnung HPSIR (HP-Serial-Infrared) für IrDA 1.0.

Spezifikationen

Übersicht

IrDA Protokollstack

IrPHY

Im IrPHY-Layer werden sowohl Modulator bzw. Codierer als auch Framer spezifiziert. Die wichtigsten Eigenschaften sind:

• Reichweite: Standard: 1 m; Low-Power: 0,2 m; Standard zu Low-Power: 0,3 m
• Öffnungswinkel: ±15°
• Datenraten: 2,4 kBit/s bis 1 GBit/s
• Modulation: keine (Basisband)
• Wellenlänge: 850 - 900 nm

Für unterschiedliche Datenraten gibt es unterschiedliche Codierer und Framer.

• SIR (Serial Infrared) mit 9,6 bis 115,2 kBit/s (analog zu UART-Datenraten)
  • analog zu UART-Datenraten, RZI, 3/16-Pulse
  • Die Datenrate von 2,4 kBit/s ist optional und wird nur sehr selten implementiert.
  • Für den Discovery-Prozess und den Verbindungsaufbau wird 9,6 kBit/s verwendet. Nach dem Aushandeln der entsprechenden Verbindungsparameter wird auf die Zieldatenrate umgeschaltet.
  • 16-Bit CRC-CCIT
• MIR (Medium Infrared) mit 0,576 MBit/s und 1,152 MBit/s
  • RZI, 1/4-Pulse, HDLC-Bit-Stuffing
  • 16-Bit CRC-CCIT
• FIR (Fast Infrared) mit 4 MBit/s
  • 4 Pulse Position Modulation (4PPM)
  • 32-Bit CRC (IEEE 802)
  • maximale Framegröße: 2 kB
• VFIR (Very Fast Infrared) mit 16 MBit/s
  • Non Return to Zero Inverted (NRZI), HHH(1,13), benannt nach Hirt, Hassner und Heise, den Entwicklern
  • 32-Bit CRC (IEEE 802)
  • maximale Framegröße: 2 kB
• UFIR (Ultra Fast Infrared) mit 96 MBit/s
  • NRZI, 8B10B-Code
  • 32-Bit CRC (IEEE 802)
  • maximale Framegröße: 32 kB
• Giga-IR mit 512 MBit/s und 1 GBit/s ^[4]
  • 2-ASK: 8B10B-Code, 512 MBit/s, 1 GBit/s, NRZI
  • 4-ASK: modifizierter 8B10B-Code, 1 GBit/s, NRZI
  • 32-Bit CRC (IEEE 802)
  • maximale Framegröße: 64 kB

IrCOMM

Mit IrCOMM werden serielle und parallele Schnittstellen emuliert. Es sind insgesamt vier verschiedene Modi definiert. Das sind 3-Wire-Raw, 3-Wire, 9-Wire und Centronics. Das oftmals bekannte IrLPT basiert auf 3-Wire-Raw. Für die Übertragung von Daten und Kontrollinformationen werden in IrCOMM zwei virtuelle Kanäle verwendet.

1. 3-Wire-Raw: Diese Minimalvariante unterstützt nur einen Datenkanal und hat keinen separaten Steuerkanal. Zur Flusskontrolle wird IrLAP verwendet. Diese Schnittstelle kann sowohl am seriellen als auch am parallelen Port verwendet werden. Es wird kein Datenformat übertragen.
2. 3-Wire: Diese Variante besitzt einen eigenen Steuerkanal und kann daher eine eigene Flusskontrolle über TinyTP verwenden. Daher sind mehrere virtuelle Verbindungen möglich. Diese Schnittstelle kann sowohl am seriellen als auch am parallelen Port verwendet werden.
3. 9-Wire: Dieses ist die Standardvariante zur Emulation der seriellen Schnittstelle. Die Flusskontrolle wird über TinyTP durchgeführt. Eine separate Steuerleitung überträgt Information über das Datenformat, weitere Steuerdaten wie für eigene Sende- und Empfangsdaten, Request To Send, Clear To Send usw. werden ebenfalls entsprechend dem Standard für die serielle Schnittstelle übertragen.
4. Centronics: Dieses ist die Standardvariante zur Emulation der parallelen Schnittstelle. Centronics ist ein Industriestandard, der sich mittlerweile für parallele Schnittstellen allgemein durchgesetzt hat.

Die im Microsoft Windows verwendete virtuelle COM-Schnittstelle (z. B. verfügbar über HyperTerminal) nutzt den 3-Wire-Mode. Um IrDA über die virtuelle COM-Schnittstelle auf Microsoft Windows-Systemen seit Windows 2000 zu nutzen, ist IrCOMM2k^[5] notwendig.

IrOBEX

Mit IrOBEX (kurz OBEX für OBject EXchange) ist ein plattformunabhängiger Austausch von verschiedenen Objekten möglich. Objekte sind z. B. Telefon-, Kalender- und Adresseinträge sowie Bilder, Musikdateien u. v. m. IrOBEX arbeitet im klassischen Client-Server-Modell. Es enthält rudimentäre Sessionverwaltung sowie die "PUT"- und "GET"-Methoden zur Datenübertragung. Somit ist das OBEX-Protokoll entfernt vergleichbar mit dem File Transfer Protocol. IrOBEX wurde von Bluetooth übernommen und ist dort als OBEX-Profil eingeführt. Die aktuelle IrOBEX-Version ist 1.5.^[6]

IrSimple/IrSimpleShot

IrSimple wurde im Jahr 2005 eingeführt und stellt eine zusätzliche Beschleunigung des bekannten IrDA-Protokollstacks dar. Es wurde ein beschleunigter Discovery-Prozess eingeführt. Außerdem wurde der Verbindungsaufbau und die eigentliche Datenübertragung weiter optimiert. IrSimple ist als bidirektionale und unidirektionale Übertragung standardisiert. Anwendungsgebiete sind zum Beispiel das schnelle Übertragen von Fotos an ein Anzeigegerät wie einem Fernseher. Geräte mit implementiertem IrSimple-Protokoll sind z. B. Kameras^[7][8]. Es gibt auch IrSimple-fähige USB-Adapter^[9] mit Datenraten von bis zu 16 MBit/s (VFIR).

IrUSB

IrLAN

IrFM

IrMC

Infrared Mobile Communications (IrMC 1.1) beschreibt und standardisiert den allgemeinen Ablauf für die Synchronisierung von mobilen Endgeräten wie Handys, Kameras oder Tabletes. Typische Handydaten wie Adressen, Telefonnummern, Terminen oder Bilder können damit zwischen Geräten verschiedenster Hersteller ausgetauscht werden. Dazu verwendet es tieferliegende Dienste wie IrOBEX oder IrCOMM und gibt vor wie diese zu verwenden sind. ^[10] Die Anwendung dieses Standards beschränkt sich nicht nur auf die reine Infrarotkommunikation, sondern auch auf verschiedene andere Übertragungswege wie Bluetooth oder USB.

IrWW

Anwendungen

Consumer-Bereich

• Drucker
• Kameras
• Mobiltelefone
• Multifunktionsuhren
• PDAs

Industrie

• Datenlogger
• Wartung von Bordcomputern/Industrie-PCs

Medizintechnik

• Telemedizinische Geräte

IrDA-Hardware

Infrarotports für den PC gibt es mit verschiedenen Anschlüssen:

Serielle Schnittstelle (RS-232)

Infrarotports mit Anschluss an der seriellen Schnittstelle (RS-232) eines PC sind auf Grund deren Maximalgeschwindigkeit nur mit SIR-Mode erhältlich.

Motherboard-Infrarot-Anschluss

Infrarotports können auch direkt am PC-Motherboard angeschlossen werden. Oft wird vom BIOS der Chipsatz angewiesen, statt einer seriellen Schnittstelle den Infrarotport-Anschluss zu bedienen. Hierdurch ist nur SIR möglich. Nur wenige Motherboards bieten eine höhere Geschwindigkeit.

USB

Infrarot-Adapter für den USB-Anschluss gibt es in Geschwindigkeiten von SIR, MIR, FIR und VFIR. Viele FIR-Infrarot-Adapter unterstützen nur den SIR- und FIR-Mode. Der MIR-Mode wird seltener unterstützt. Seit etwa 2007 wird der Markt mit Fälschungen überschwemmt, die bestenfalls in der Lage sind 115,2 kBit pro Sekunde zu übertragen.^[11][12]

Die meisten Hersteller von USB-nach-IrDA-Chipsätzen bieten auch eine Version an, die nur SIR beherrscht:

USB-IrDA-Chipsätze

Hersteller	Chipsatz	Geschwindigkeit	Besonderheiten
SigmaTel	STIr4200	SIR, MIR, FIR	nur Windows-Treiber verfügbar, wird nicht mehr produziert
	STIr4116	SIR	Treiber für Mac OS, Linux und Windows verfügbar
	STIr4210	SIR, MIR, FIR	Treiber für Mac OS, Linux und Windows verfügbar
	STIr4220	SIR, MIR, FIR, VFIR	Treiber für Mac OS, Linux und Windows verfügbar
KC Technology	IRXpress KC82C180	SIR, MIR, FIR	nur Windows-Treiber verfügbar, wird nicht mehr produziert
MosChip	MCS7784	SIR	kompatibel zu Uhren von Polar Electro
	MCS7780	SIR, MIR, FIR
	MCS7781	SIR, MIR, FIR

Fest eingebaute Infrarotports

Fest eingebaute Infrarotports in Geräten sind oft FIR-Infrarotports, denn zum Beispiel in Laptops sind diese über einen eigenen Chip angebunden, der die schnellere Übertragung unterstützt. Bei anderen Geräten mit fest eingebautem Infrarotport (z. B. Mobiltelefone oder PDA) kann auch ein SIR-Infrarotport eingebaut sein.

Quellen

1. ↑ [1] Infrared Data Association
2. ↑ Infrared Data Association: Serial Infrared Physical Layer Specification, Version 1.4, 2001
3. ↑ Charles D. Knutson, Jeffrey M. Brown: IrDA Principles and Protocols. MCL Press, Salem UT 2004. ISBN 0-9753892-0-3
4. ↑ [2] IrDA Announced New Infrared Wireless Communication of 1 Gigabit/s Speed as Part of Their International Standard Specifications
5. ↑ [3] IrCOMM2k
6. ↑ [4] IrDA Releases OBEX 1.5 Specification for the Next Generation of Wireless Communication
7. ↑ [5] Fujifilm Finepix Kameras
8. ↑ [6]fotoMagazin | News | Pentax K-r
9. ↑ [7] Actisys IrSimple/VFIR USB-Adapter
10. ↑ [8]Vishay: Infrared Data Communication According the IrDA Standard Part 2: Protocol
11. ↑ Fälschungen von USB-Infrarotports
12. ↑ Christof Windeck: Gefälschte USB-IrDA-Adapter. in: c't. Hannover 2007,17, S.17. ISSN 0724-8679

Siehe auch

• Fernbedienungen arbeiten ebenfalls mit Infrarot-Licht. Das Protokoll unterscheidet sich jedoch vom IrDA-Protokoll.
• DECT
• Wireless Personal Area Network (WPAN)
  • Bluetooth
  • IEEE 802.15.7
  • VLC
• Wireless Local Area Network (WLAN)
  • IEEE 802.11
  • HIPERLAN
  • HomeRF

Literatur

• Jörg Roth: Mobile Computing. Grundlagen, Technik, Konzepte. dpunkt, Heidelberg 2002. ISBN 3-89864-165-1
• Charles D. Knutson, Jeffrey M. Brown: IrDA Principles and Protocols. MCL Press, Salem UT 2004. ISBN 0-9753892-0-3
• Thomas Hofmann: Entwurf und Untersuchung eines Giga-IR Framers in Hardware VDM Verlag, ISBN 978-3-639-31626-1

Weblinks

• Infrared Data Association Webseite
• Linux Infrared HowTo
• Microsoft und IrDA
• Infrarotport-Bauanleitung und Informationssammlung
• Informationen über den IrDA-Standard