Paulina TEODOROWICZ, Arkadiusz RYNGWELSKI IRDA czy

Paulina TEODOROWICZ
Arkadiusz RYNGWELSKI
Politechnika KoszaliĔska
IRDA CZY BLUETOOTH,
OTO JEST PYTANIE
1. WstĊp
Gwaátowny rozwój telefonii komórkowej zmusiá producentów telefonów do
znalezienia i wdroĪenia nowych rozwiązaĔ w dziedzinie bezprzewodowej
transmisji danych. Jednym z gáównych powodów uĪycia bezprzewodowych
poáączeĔ krótkiego zasiĊgu jest pozbycie siĊ kabli miĊdzy dwoma urządzeniami.
ChociaĪ záącza są stosunkowo tanie, a okablowanie nawet taĔsze, poáączenie
kablem zuĪywa siĊ, ulega rozrywaniu i wymaga od uĪytkowników ciągáego
poprawnego dbania, co jest zwyczajnie niewygodne.
2. Czym jest IrDA ?
W 1993 roku, 50 firm spotkaáo siĊ, by stworzyü IrDA (Infrared Data Association,
www.irda.com). W 1994 stowarzyszenie opublikowaáo pierwsze specyfikacje
dotyczące IrDA, które definiowaáy niĪsze warstwy protokoáów podczerwieni.
Niestety, IrDA zaáoĪyáo, Īe dostarczenie produktu z gáównymi, podstawowymi
zasadami do budowania urządzeĔ podczerwieni jest wystarczające i stowarzyszenie pozostawiáo górne warstwy protokoáu oraz górne warstwy aplikacji dla
sprzedawców. Ta strategia byáa dobra dla firm, które budowaáy obydwa koĔce
systemu i mogáy kontrolowaü obie strony poáączenia. Ale bez standardów np. do
przesáania terminarza czy wymiany wizytówek, producenci nie mogli zagwarantowaü, Īe ich urządzenia bĊdą pracowaü z urządzeniami innych producentów.
Ten brak standaryzacji górnych warstw protokoáów spowolniáy przyjĊcie technologii IrDA. WiĊkszoĞü notebooków zawiera port IrDA, tylko skrajni producenci nie przyjĊli tej technologii.
Stowarzyszenie IrDA wkrótce zdaáo sobie sprawĊ z tego co siĊ staáo i odtąd
zajĊli siĊ zdefiniowaniem protokoáów do uĪytkowania w pewnych modelach.
Obecnie stowarzyszenie IrDA opublikowaáo specyfikacje do uĪywania podczerwieni w poáączeniach LAN, wymiany kalendarza i ksiąĪki adresowej, Ğciągania zdjĊü z aparatów cyfrowych.
NajniĪsza warstwa IrPHY (Infrared Physical Layer) reprezentuje urządzenie
nadawczo – odbiorcze IR. IrPHY jest zawsze urządzeniem hardware i zwykle
86
Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski
skáada siĊ z fotodiody dla odbiornika, nadajnika poczerwieni dla nadajnika. NastĊpną warstwą jest IrLAP (Infrared Link Access Protocol).
Rys. 1. Uproszczony diagram warstw protokoáów IrDA
IrLAP nawiązuje i utrzymuje solidne (niezawodne) poáączenie pomiĊdzy
dwoma urządzeniami IrDA. DomyĞlny stan niepoáączonego urządzenia jest nazywane NDM (Normal Disconnected Mode). Podczas NDM urządzenie nasáuchuje
innych transmisji. JeĞli urządzenie chce nadawaü, to zanim zacznie nadawaü,
musi wykryü 500-milisekundowy okres braku aktywnoĞci. Wszystkie poáączenia
IrDA zaczynają nadawaü z prĊdkoĞcią od 9600 b/s. Gdy oba urządzenia poáączą
siĊ, wymieniają siĊ moĪliwymi informacjami i negocjują optymalne parametry
komunikacji. IrLAP jest odpowiedzialna za niezawodnoĞü poáączenia, najpierw
bada najbliĪszą przestrzeĔ w poszukiwaniu wáaĞciwego partnera do poáączenia,
nastĊpnie áączy, przesyáa dane i rozáącza. Trzecia warstwa protokoáu nazywa siĊ
IrLMP (Infrared Link Management Protocol) i zaleĪy od poáączeĔ nawiązywanych przez IrLAP. IrLMP jest odpowiedzialny za usáugi i aplikacje, wyszukuje
urządzenia o tym samym adresie i nakazuje im generowanie nowego oraz pozwala klientowi uĪyü tego samego fizycznego portu IrDA. IrLMP zawiera równieĪ IAS (Information Access Service), który sáuĪy jako „Īóáte strony” i okreĞla
usáugi dostĊpne dla urządzenia. Zacienione okienka (jaĞniejsze) na rysunku 1
reprezentują protokoáy opcjonalne. TinyTP (Tiny Transport Protocol) jest odpowiedzialny za sterowanie strumieniem w kanale, kontroluje przepáyw danych
przez poáączenie, które jest utrzymywane przez IrLMP. IrOBEX (Infrared Object Exchange Protocol) utrzymuje rejestr i cel transferu. Grupa Bluetooth SIG
przyjĊáa ten protokóá dla swojej specyfikacji. IrCOMM (Infrared Communication Protocol) jest odpowiedzialna za emulowanie szeregowego i równolegáego
portu, definiuje kanaá sterujący. IrLAN (Infrared Local Area Network) umoĪliwia dostĊp do LAN przez punkt dostĊpowy IrDA, pozwalający dwóm urządzeniom na poáączenie, jeĞli oba są poáączone do LAN, i pozwalają urządzeniu na
dostĊp do LAN przez komputer, który jest wáaĞnie poáączony do LAN.
IRDA czy BLUETOOTH oto jest pytanie
87
3. Czym jest BLUETOOTH?
Projektanci z Ericsson w 1994 roku wymyĞlili Bluetooth, aby zastąpiü kable áączące
przenoĞne urządzenia w firmie. Jedną z pierwszych koncepcji produktu byá zestaw
sáuchawkowy, który áączy siĊ przez Bluetooth z telefonem komórkowym znajdującym siĊ w kieszeni uĪytkownika. Ericsson chwytliwą i áatwą do zapamiĊtania nazwĊ
Bluetooth zapoĪyczyá z historii Skandynawii. Bluetooth byá królem Wikingów Īyjącym okoáo 950 roku, któremu przypisuje siĊ zakoĔczenie wrogich stosunków miĊdzy Danią i Norwegią. Producenci w 1998 roku zaáoĪyli Bluetooth SIG (Special
Interest Group), aby kontrolowaü rozwój technologii i stworzyü otwarty, globalny
standard. W 1999 roku grupa wydaáa swoją pierwszą specyfikacjĊ. W dodatku aby
promowaü technologiĊ i utrzymaü specyfikacje, SIG zdefiniowaá wymagania co do
wspóádziaáania urządzeĔ i rozwiązaá globalny konflikt pasma czĊstotliwoĞci. Najnowsza specyfikacja Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate) zostaáa wydana
w 2004 roku. Grupa SIG zawiera aktualnie ponad 3000 czáonków.
Bluetooth jest bezprzewodową technologią krótkiego zasiĊgu i dwustronnym transferem mowy w czasie rzeczywistym, zapewnia prĊdkoĞü transmisji do
3 Mb/s. pracuje na czĊstotliwoĞci 2,4 GHz, w nielicencjonowanym paĞmie ISM
(Industrial Scientific Medicine), uĪywając skakania po czĊstotliwoĞciach. Bluetooth moĪe byü uĪywany do podáączania prawie kaĪdego urządzenia z innym urządzeniem. Typowy zasiĊg komunikacji Bluetooth zawiera siĊ w zakresie 10-100 m.
Urządzenie Bluetooth komunikujące siĊ ze sobą tworzą piconet. Urządzenie,
które inicjuje poáączenie, jest masterem piconetu. Jeden piconet moĪe mieü
maksymalnie siedem aktywnych urządzeĔ slave i jednego mastera. Caáa komunikacja w piconecie przechodzi przez mastera. Dwa lub wiĊcej piconetów tworzy
scatternet, który moĪe byü uĪywany do eliminacji ograniczeĔ zasiĊgu (rysunek 2).
ĝrodowisko scatternet wymaga, aby róĪne piconet miaáy wspólne urządzenie (nazywane czáonkiem scatternetu), aby byáa moĪliwa wymiana miĊdzy piconetami.
Kiedy wykorzystywane są áącza danych (rysunek 2a), czáonek scatternetu
jest slavem dla obu piconetów. Urządzenie A jest masterem dla piconetu 1,
a urządzenia B, C, D i E są slavami dla tego piconetu. Urządzenie F jest masterem dla piconetu 2, a urządzenia E, G i H są slavami dla tego piconetu. Piconet 1
i 2 nie są zsynchronizowane ze sobą i czáonek scaltternetu musi peániü rolĊ multipleksera pomiĊdzy tymi dwoma piconetami.
Kiedy uĪywane jest dwustronne poáączenie gáosowe czasu rzeczywistego,
czáonek scatternetu musi byü slavem dla piconetu 1 i masterem dla piconetu, poniewaĪ jeĞli np. zegar mastera A bĊdzie pracowaá trochĊ wolniej niĪ zegar wspólnego urządzenia D, to szczeliny czasowe mastera A bĊdą siĊ przesuwaü powoli
w prawą stronĊ. Aby uniknąü ewentualnego nachodzenia szczelin czasowych,
wspólne urządzenie D musi okresowo opóĨniaü wymianĊ pakietów gáosowych
o parĊ szczelin. Urządzenia A jest masterem dla piconetu 1, a urządzenia B, C i D
są slavami dla tego piconetu. Urządzenie D jest masterem dla piconetu 2, a urządzenia E, F i G są slavami dla tego piconetu. Piconet 1 i 2 tworzą scatternet.
88
Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski
Rys. 2. a) topologia Bluetooth, kiedy wykorzystywane są áącza danych, b) topologia
Bluetooth, kiedy wykorzystywane są dwustronne poáączenia gáosowe czasu rzeczywistego
Nadajnik wysyáa dane kanaáem w pakietach, które zawierają 72-bitowy kod
dostĊpu, 54-bitowy nagáówek, oraz od 0 do 2745 bitów danych uĪytecznych.
Pakiety są w formacie little-endian, w którym najmniej znaczący bit jest pierwszym wysyáanym przez áącze RF. Odbiornik uĪywa kodu dostĊpu do identyfikacji i synchronizacji. W odbiorniku przesuwny korelator szuka oczekiwanego
kodu dostĊpu, kiedy znajdzie pasujący, wyzwala procedurĊ. Warstwa pasma
podstawowego Bluetooth definiuje 13 typów pakietów. WyĪsze warstwy wykorzystują te pakiety do tworzenia bardziej skomplikowanych wiadomoĞci.
4. Porównanie IrDA i BLUETOOTH
Porównanie moĪna zacząü od prĊdkoĞci przesyáanych danych, dla Bluetooth
wynosi ona 1 Mb/s (3 Mb/s – dla USB 2.0). JeĞli potrzebujesz wiĊcej, to IrDA
moĪe osiągnąü prĊdkoĞü 4 lub 16 Mb/s. JeĞli urządzenie bĊdzie dalej niĪ 1 metr
w momencie komunikacji, bĊdzie prawdopodobnie trzeba uĪyü Bluetooth. Specyfikacja IrDA definiuje zasiĊg do 1 m, pod kątem 30û. Zatem odbiornik musi
byü nie dalej niĪ 1 metr od nadajnika i w granicach 30û dochodzącej z nadajnika
diody podczerwonej. W praktyce, odlegáoĞü pomiĊdzy dwoma urządzeniami
moĪe wynieĞü 2 m albo wiĊcej, jeĞli zestroisz nadajnik i odbiornik wzdáuĪ tej
samej osi. Specyfikacja Bluetooth definiuje 3 klasy z maksymalną mocą wyjĞciową nadajnika zamiast z maksymalnym zasiĊgiem. Klasa 1, 2 i 3 odpowiada
kolejno 100, 2.5 i 1 mW. ZaleĪnie od Ğrodowiska, klasa 3 nadajnika ma zasiĊg
ok. 10 m, klasa 1 nadajnika powinna wysyáaü dane do ok. 100 m.
ĝrodowisko uĪytkowania oddziaáuje nie tylko na zasiĊg, ale sposób, w jaki
uĪyjesz podczerwieni czy RF (Radio Frequency) w swojej aplikacji. JeĞli nie
moĪesz zagwarantowaü poáączenia na linii widzenia pomiĊdzy dwoma urządzeniami (urządzenia muszą siĊ „widzieü” – rysunek 3), bĊdziesz musiaá uĪyü RF.
W takiej sytuacji moĪna transmitowaü przez Ğciany, aktówkĊ albo kieszeĔ koszuli.
Z drugiej strony RF oddziaáuje we wszystkich kierunkach, czyli jest bardziej po-
IRDA czy BLUETOOTH oto jest pytanie
89
datny na przechwycenie i mniej chroniony. Specyfikacja Bluetooth zbudowaáa
ochronĊ dla niĪszych warstw protokoáu – co jest jej zaletą. Poáączenie pomiĊdzy
urządzeniami Bluetooth nie jest tak spontaniczne, jak pomiĊdzy urządzeniami
IrDA. Wymiana wizytówki przez IrDA jest proste, wystarczy wskazaü dwa PDA
na siebie i nacisnąü guzik. Nie ma Īadnych niejasnoĞci, które urządzenia siĊ komunikują. Przy Bluetooth wiele urządzeĔ moĪe znajdowaü siĊ w zasiĊgu i uĪytkownik musi wybraü, z którym chce siĊ komunikowaü. Protokóá Bluetooth zajmuje siĊ odkrywaniem innych urządzeĔ Bluetooth, ale nie odróĪnia PDA naleĪącego
do kolegi i tego naleĪącego do szpiega.
Rys. 3. Typowe poáączenie IrDA punkt-punkt
KierunkowoĞü Ğwiatáa podczerwonego nie czyni tylko urządzeĔ IrDA bardziej bezpiecznymi niĪ urządzenia RF, ale powoduje, iĪ są mniej podatne na
interferencjĊ. JeĞli jednak nie wskazujesz urządzeniem IrDA na sáoĔce lub inne
Ĩródáo Ğwiatáa, interferencja nie jest problemem. Urządzenia Bluetooth rywalizują nie tylko z innymi urządzeniami Bluetooth bĊdącymi w zasiĊgu, ale teĪ z innymi urządzeniami, uĪywającymi zespoáu ISM (industrial, scientific and medical), takich jak radiowy standard IEEE 802.11, bezprzewodowa telefonia
i kuchenki mikrofalowe. BĊdąc urządzeniami radiowymi, produkty Bluetooth są
poddane aprobacie Federalnej Komisji Komunikacji FCC (Federal Communication Commision) i Europejskiemu Instytutowi Norm Telekomunikacji ETSI
(European Telecommunication Standards Institute). Inną wadą urządzeĔ RF jest
fakt, iĪ linie lotnicze nie pozwalają uĪywaü ich w czasie lotu. Linie lotnicze
pozwalają natomiast uĪytkownikom uĪywaü urządzeĔ podczerwieni na pokáadzie, z wyjątkiem startu i lądowania.
Inną zaletą Bluetooth jest to, Īe moĪna go uĪywaü w aplikacjach punkt –
wielopunkt (dla IrDA są poáączenia punkt – punkt). Na przykáad Bluetooth pozwala stworzyü piconet, skáadający siĊ z jednego mastera i siedmiu slave dla
bezprzewodowej sieci ad-hoc. Ale te typy aplikacji są czymĞ wiĊcej niĪ prostą
wymianą kabla. Dla aplikacji wymagających wiĊcej niĪ dwa urządzenia, WIFI
(Wireless Fidelity) albo IEEE 802.11b mogą byü lepszą technologią poáączeĔ
bezprzewodowych. Inna róĪnica miĊdzy Bluetooth i IrDA jest subtelna i byü
moĪe filozoficzna. Utworzenie poáączenia pomiĊdzy dwoma urządzeniami IrDA
wymaga od uĪytkownika Ğwiadomej decyzji, aby nastąpiáo jakieĞ dziaáanie.
90
Paulina Teodorowicz, Arkadiusz Ryngwelski
UĪytkownik musi fizycznie wskazaü to jedno wĞród wielu urządzeĔ. Z innej
strony urządzenia Bluetooth ciągle wĊszą w eterze za innymi urządzeniami Bluetooth i zaleĪnie od aplikacji mogą utworzyü poáączenie z innym urządzeniem
bez interwencji i wiedzy uĪytkownika. MoĪna nawet nie byü Ğwiadomym istnienia innego urządzenia Bluetooth.
Tabela 1. Porównanie technologii Bluetooth i IrDA
Medium transmisyjne
Typowy zasiĊg
Rozmiar sieci
Wymaganie nakierowania na siebie urządzeĔ
Maksymalna prĊdkoĞü transmisji
Dwustronne poáączenie gáosowe
czasu rzeczywistego
ZuĪycie mocy
Koszt
OdpornoĞü na interferencje
Identyfikacja, autoryzacja i szyfrowanie
Produkcja w 2005 (w milionach sztuk)
Bluetooth
IrDA
Fala radiowa
10-100 m
2-8 urządzeĔ
Nie
3 Mb/s
ĝwiatáo podczerwone
0-2 m
2 urządzenia
Tak
16 Mb/s
Tak
Nie
Niskie
Niski ( ≈ $4)
Dobra
Tak
≈ 300
Bardzo niskie
Bardzo niski ( ≈ $1)
Wspaniaáa
Nie
≈ 500
5. Podsumowanie
W obecnych czasach telefony komórkowe są coraz mniejsze, wygodniejsze i wyposaĪone w coraz wiĊcej urządzeĔ w celu uáatwienia abonentom korzystania
z dobrodziejstw techniki. Wiele telefonów dostĊpnych na rynku posiada juĪ port
podczerwieni i Bluetooth, zaimplementowane jednoczeĞnie w jednym urządzeniu. Nie udzielimy jednoznacznej odpowiedzi na pytanie ”IrDA czy Bluetooth”,
decyzjĊ pozostawiamy uĪytkownikowi. Obie technologie mają swoje wady i zalety.
Wybór zaleĪy od potrzeb i wymagaĔ, jakie im stawiamy. Urządzenia Bluetooth
mają wiĊkszy zasiĊg, mogą áączyü siĊ przez Ğciany i ludzi i nie potrzebują do pracy
ustawiania pozycji urządzeĔ. JeĪeli potrzebujesz tych wáaĞnie wáaĞciwoĞci, to Bluetooth jest dobrym wyborem. Ale jeĞli tylko chcesz poáączyü bez kabli dwa sąsiadujące urządzenia, poáączenie przez podczerwieĔ jest mniej kosztowną alternatywą.
Bibliografia:
1. www.irda.pl.
2. www.irda.org.
3. www.bluetooth.com.
4. www.cs.uku.fi.