红外协议学习笔记
红外协议学习笔记
一、 基本概念
红外线 ：在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。
红外通信：利用近红外线来传输信号的通信方式，主要是用来取代点对点的线缆连接，和蓝牙、WiFi（802.11）等一样，是一种无线数据传输技术。由于不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、PDA、移动电话之间或与电脑之间进行数据交换，电视机、空调器的遥控等。
红外特点：
1、小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；
2、传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布；
3、具有不透光材料的阻隔性，可分隔性；
4、无频道资源占用性；
5、无有害辐射，绿色产品特性：科学实验证明，红外线是一种对人体有益的光谱，所以红外 线产品是一种真正的绿色产品；
6、具有一定的安全性。短距离通信、窄的信号角度、同步时设备的位置固定、通信链路上不能有任何障碍物、只能是点到点的通信这些特点提供了一定的安全性；
7、低功耗，<40mW。
8、成本低廉、连接方便、简单易用。
红外通信的缺点 ：
1、短距离通信，受限于视距传输和最大1m的传输距离。由于它的波长较短，对障碍物的衍 射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行“点对点”的直线数据传输；
2、要求通信设备的位置固定；
3、其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络；
4、采用调幅进行传输，抗干扰能力差；
5、在发送数据时，输出的功率一定时，用于信号传输的功率小，接收到的数据的信噪比小，容易误判数据；
6、采用异步半双工的通讯方式。考虑到红外光反射，在全双工方式下发送的信号可能会被本身接收，因此红外通信采用异步半双工通讯方式（即通信某一方的发送和接口是交替进行的）。
二、 红外通信基本原理
红外通信是利用近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。 简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
三、 红外协议栈
自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA)，建立了统一的红外数据通信标准。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准——IrDA1.0发布，又称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps，适应于串行端口的速率。
1996年，该协会发布了IrDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。FIR采用了全新的4PPM调制解调技术，其最高通讯速率达到4Mbps，这个标准是目前运用得最普遍的标准，我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。继IRDA1.1之后，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)。不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地，而不仅是数据线缆的替代。红外线的传输距离为1~100CM，传输方向的定向角30度，点对点直线数据传输。
IrDA标准都包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范IrPHY（Infrared Physical Layer Link Specification）、红外连接访问协议IrLAP（Infrared Link Access Protoco1）和红外连接管理协议IrLMP（Infrared Link Management Protoco1）。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。
图1 IrDA协议栈
IrDA的协议堆可以划分成两部分：核心协议和可选协议。
IrDA的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的复用与流量控制。
IrPHY IrDA Physical Layer
在物理的连接上用红外线通讯的硬件规格。这个规定中制定IrDA通讯上的规格，通讯距离，角度，速度，数据的调制方式，脉冲宽度等。还有对光杂波等的周围环境的体制的指导路线。
IrLAP IrDA Link Access Protocol
关于通讯保护层的数据链路的规格。这项规格检索通讯对方，决定转发速度，数据容量，窗口尺寸。采用根据HDLC（High-level Data Link Control）框架的半双工。制定了底层连接建立的过程规范，描述了建立一个基本可靠连接的过程和要求。
IrLMP IrDA Link Management Protocol
提高各种上面阶层用IrLAP通讯的效率的管理保护层。是关于连接的多层化和部分信息，实行逻辑的廉洁，以免复数的程序互相干扰，实现同时的通讯。制定了在单位个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的规范和协议。
Tiny TP IrDA Transport Protocol
关于控制流程的规格。管理每个逻辑的接连点，控制流程。为了处理数据链路的容量以上的数据，分割发送的数据，构成收到的数据。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。
LSAPLocal Security Authority Process
链路服务接入点，定义在 IEEE 802.2中的逻辑链接控制(LLC)域，是标识符域来指定数据类型。LSAP包括目的地服务接入点(DSAP)和源地服务接入点。
IrCOMM Infrared Communication Protocol
关于串行通讯的程序保护层。仿真 Serial port（RS232C）和 Parallel port，允许已存在的使用串口/并口通信的应用（例如打印程序、通讯程序）象使用串口/并口那样使用红外进行通信。通过 IrComm，可以使用计算机和配置红外的移动电话连接到 Internet 服务提供商或发送传真，而无需使用其他设备。
IrOBEX Infrared Object Exchange Protocol
转送IrDA保护层上工作的对象（例如通讯簿vCard、日程/计划/事件vCalendar、邮件/短信vMessage、备忘录/铃声/图片vNote、URL/书签vBookmark、可执行程序触发vTrigger）的规格。用标头统一对象的属性，实现所有的机器之间的转送对象。
IrTran-P Infrared Transfer Protocol
用红外线通讯的图像通讯保护层。图像文件的格式采用UPF。IrTran-P 图像传输协议用于数字照相机和其他数字图像捕获设备。使用该功能可以通过 IrDA 连接将来自照相机或其他支持 IrTran-P 的设备的数字图像接收到计算机。IrTran-P 服务作为受理服务执行，它从不初始化 IrTran-P 连接。
IrMC Infrared Mobile Communication
可移动通讯终端器的交换对象功能的定义。
基于OBEX，可提供以下数据交换功能：
1、 转送地址薄，日历，电子邮件，笔记等，规定对象的格式；
2、 手机数据的备份和恢复；
3、 手机和PC间的数据同步功能。
基于IrComm可实现DialUp功能，例如通过GPRS实现手机的拨号上网。
HandsFree机能，支持在手机和PC或车载设备间实现call control和audio transfer机能。
IrFM Infrared Financial Messaging
采用IrDA的电子结账用的应用保护层。是获得IrDA认可的红外付费服务的全球标准，IrFM规定了现有信用卡及其他电子付费系统的兼容标准。
IrLAN Infraed LAN
决定红外线LAN连接的应用保护层。通过 IrLAN，可以在计算机与其他计算机或其他红外设备之间建立点对点的连接，也可以在计算机与网络访问点之间建立连接。允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备，实际远程摇控等功能。
IrSC Infrared Simple Connect
IrSimple是用红外技术实现高速通信、并通过简单和标准化的模块降低客户开发成本的国际协议。IrSimple可以实现静态图像和视频影像从手机到打印机或电视的瞬时传送，达到至少4到10倍更快的资料传输速率。