Estandar - IrDa

El estándar de comunicaciones por infrarrojos IrDA

1. Resumen

2. Introducción

3. El estándar de comunicaciones IrDA

4. Estrategias de implementación

5. Análisis prospectivo

6. Acrónimos

7. Conclusión

8. Referencias

Resumen

En este artículo se realiza una descripción de la tecnología IrDA como sistema de comunicación entre dispositivos móviles o portátiles, se analiza en detalle su arquitectura de protocolos para construir luego una comparación con las tecnologías homologas existentes de manera que se identifiquen las ventajas y desventajas que conduzcan a la formulación de tendencias de desarrollo y mercado.

Abstract — In this article an IrDA technology description is realized as a communication system between mobile or portable devices, its protocol architecture is in detail analyzed for building a comparison with existing homologue technologies, aiming to identify advantages and disadvantages to formulate market and developing trends.

Index Terms — IrDA, Infrared Communications, IrDA protocol Stack, IrDA trends.

I. INTRODUCCIÓN

L

a necesidad de intercambiar información de manera rápida y confiable entre dispositivos como cámaras digitales, agendas electrónicas, teléfonos móviles, relojes, equipo médico, computadores y equipos de red, fue en sus inicios, sinónimo de sistemas que implicaban una limitación para maniobrar los elementos y el requisito de emplear incómodos cables de interfaz serial, centronics (paralelo) y más recientemente USB.

No obstante, la evolución en las interfaces de aire en términos de eficientes esquemas de modulación y reducido requerimiento de potencias de transmisión, sumados a la miniaturización de la electrónica representada en crecientes capacidades de almacenamiento y procesamiento de datos, han permitido a la industria reemplazar los cables por sistemas de interconexión inalámbricos en búsqueda de verdadera flexibilidad y comodidad para el usuario final, originando al mismo tiempo, el concepto de redes de área personal, el cual es empleado para representar a todas las comunicaciones inalámbricas punto a punto o punto a multipunto que se producen en un espacio no mayor a cinco metros y entre dispositivos móviles y/o portátiles.

Teniendo en cuenta las condiciones de muy cortas distancias y la posibilidad de línea de vista, es posible considerar que la migración de sistemas cableados hacia sistemas inalámbricos de comunicaciones en dispositivos como los mencionados anteriormente, se ha desarrollado a través de diferentes tecnologías de interfaz aérea, esto es, tanto en el espectro de radiofrecuencia, como en el de luz infrarroja.

Actualmente este hecho representa dos tendencias, cada una hereda del espectro de radiofrecuencia o infrarrojo respectivamente, todas sus restricciones y fortalezas, lo cual hace que sea cada propuesta apta para diferentes escenarios y aplicaciones. Dentro de las comunicaciones por infrarrojo se considera el estándar IrDA, que es el objeto de estudio de este documento.

II. EL ESTANDAR DE COMUNICACIONES IRDA

El conjunto de especificaciones que actualmente constituyen el estándar internacional para el desarrollo de sistemas de comunicaciones a través de rayos infrarrojos adopta el mismo nombre de la asociación que los produce: IrDA, del ingles “Infrared Data Association, IrDA”, la cuál está patrocinada por más de 160 industrias y fue establecida en 1993 con el objetivo de crear las especificaciones y estándares para los equipos y protocolos empleados en este tipo de enlaces.

Los estándares de IrDA definen comunicaciones bidireccionales punto a punto empleando un haz de luz infrarroja que requiere línea de vista, un ángulo no mayor de 30 grados y una distancia que no excede un metro para obtener tasas de transmisión de datos entre 9.6Kbps y 16Mbps dependiendo del entorno [1], Este escenario se expone en la Figura 1. No obstante, es oportuno aclarar que estos estándares están divididos en dos segmentos diferentes para satisfacer las necesidades del mercado:

Figura 1: Especificación del Enlace (R = 1metro, Halg Angle = 15o)

IrDA-Data: Empleado básicamente para transferencias bidireccionales de información en forma inalámbrica y con altas tasas de transmisión entre dispositivos portátiles. En lo sucesivo, cuando se mencione IrDA se hará referencia a IrDA-Data, que es el objetivo de este documento.

IrDA-Control: fue establecido para cursar comunicaciones de control entre dispositivos periféricos como teclados, ratones, joysticks o controles remotos. La distancia máxima se amplia hasta garantizar un mínimo de 5 metros con tasas de transmisión alrededor de 75Kbps. [8]

Similar al modelo OSI, la tecnología IrDA se encuentra también estratificada en bloques funcionales con responsabilidades específicas. Cada uno de estos, define protocolos esenciales (color claro), que son necesarios en todas la implementaciones de IrDA y otros que se incluyen solo en algunas implementaciones dependiendo del tipo de aplicaciones (color oscuro), como muestra la figura 2.

Figura 2: Pila de Protocolos de IrDA

A. Nivel Fisico

Al nivel físico le corresponde el envió y recepción de cadenas de bits a través del aire, así que, está involucrado primeramente con la generación y detección de los destellos de luz infrarroja con la debida protección para los ojos humanos, por otro lado, con las formas de codificación de la información, esquemas de modulación y las características generales de los pulsos. Se encarga además de algunas tareas de entramado de los datos como el chequeo de redundancia cíclica y la adicción de las banderas de inicio y final de trama.

Este nivel puede ser implementado completamente en hardware, no obstante, debido a sus constantes mejoras y actualizaciones, se ha incluido un componente software para aislarlo del resto de la pila de protocolos y permitirle su evolución sin afectar en gran medida la estructura total.

Este componente recibe el nombre “entramador” y se encarga de la presentación de la información recibida por el puerto infrarrojo a la capa superior en formato compatible, de igual forma, construye tramas con la información de la capa superior para posteriormente transmitirlas hacia el destino. Este procedimiento incluye la compensación de la diferencia de tasas de transmisión entre el receptor y el transmisor empleando memorias elásticas para garantizar comunicaciones confiables.

Esquemas de Modulación

Para las tasas de transmisión de datos hasta 1.152Mbps incluido este valor, se usa la modulación RZI (Return to Zero Inverted), donde un cero se representa por un pulso de luz cuya duración es normalmente 3/16 de la duración de un bit para tasas menores o iguales a 115.2 kbps, para 576 kbps y 1.152 Mbps, la duración nominal del pulso óptico es 1/4 de la duración del bit de la trama.

Para los sistemas operando a velocidades de 4 Mbps, el esquema de modulación es 4PPM (4 Pulse Position Modulation), es decir, un par de bits se toman juntos y representan un símbolo, el cuál es dividido luego en 4 “chips” donde solo uno de ellos contiene un pulso óptico. En ese sentido, la duración del chip es 125 ns y una marca (1 lógico) es representada por un pulso óptico. [2]

B. Nivel de Acceso al Enlace

La capa que se encuentra encima del nivel físico recibe el nombre de IrLAP por el ingles “IrDa Link Access Protocol” y está relacionada con los procesos de control de flujo de datos de bajo nivel, detección de errores y petición de retransmisiones, por lo cual, comparada con el modelo de referencia OSI, es el equivalente de la capa de enlace.

IrLAP está basada principalmente sobre los protocolos HDLC (High Data Link Control) y SDLC (Synchronous Data Link Control), con adaptaciones para las características que se requieren en las transmisiones por Infrarrojos y factores del entorno [9], como los siguientes:

Las conexiones son Punto a Punto: Los dispositivos que se encuentran comunicándose debe estar cara a cara dentro de un margen de mas o menos un metro de distancia para realizar un intercambio de información que los involucra exclusivamente a ellos, es decir, no puede existir un tercer elemento participando en el evento.

Comunicaciones Half-Duplex: el destello de luz infrarroja, es decir, los datos son enviados en uno de los dos sentidos alternándose el turno para transmitir entre los dos extremos, sin embargo, la interacción puede ser tan rápida que en algún momento puede confundirse con una comunicación full-duplex si las aplicaciones no son suficientemente sensibles para este efecto.

Cono Angosto de Infrarrojos: La transmisión de infrarrojos es direccional dentro de un ángulo sólido medio de 15 grados, con el objetivo de minimizar las interferencias con dispositivos que se encuentran cercanos.

Interferencia: Además de los otros dispositivos alrededor de los dos que participan en una comunicación la transmisión es sensible de las componentes infrarrojas contenidas en luces fluorescentes, el sol e inclusive la luna.

No Detección de Colisiones: El diseño del hardware es tal, que las colisiones no pueden detectarse, así que es el software empleado para cada aplicación es quien debe realizar el control de estos inconvenientes.

Las dos componentes de IrLAP que interactúan en una comunicación, una en el transmisor y otra en el receptor, tienen una relación con responsabilidades definidas que puede compararse a la de maestro – esclavo. El lenguaje

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