ПРЕВРАЩАЯ ДАННЫЕ В СВЕТ

Инфракрасные соединения станут вскоре неотъемлемой частью локальных сетей благодаря высокой цене, жизнеспособным отраслевым стандартам и высокой скорости передачи данных.

Эпитеты "дешевый" и "распространенный" обычно ассоциируются с такими товарами, как адаптеры Ethernet, модемы, стековые хабы, Windows и заурядные точки входа в Web. Вряд ли кто-нибудь из администраторов сети причислит к этой группе продукты для беспроводных сетей. Однако к концу нынешнего года вездесущие "окна" могут стать окнами другого рода, а именно инфракрасными окнами. Инфракрасная технология заняла вакантное место после многих лет ожидания недорогой и работающей беспроводной технологии.

Инфракрасная передача данных от точки к точке имеет все предпосылки на успех благодаря комитету по стандартам, активно взявшемуся за дело, скорости передачи в 4 Мбит/c и совместимости между конкурирующими продуктами. Используя инфракрасные каналы, пользователи смогут быстро и без проблем обмениваться данными между различными компьютерными устройствами, включая сетевые принтеры, факсы, персональные цифровые секретари, карманные, портативные и настольные компьютеры. А в недалеком будущем пользователь оснащенного инфракрасным глазом портативного устройства сможет напрямую соеди- ниться с локальной сетью через рабочую станцию с инфракрасным портом.

Инфракрасная технология приобрела популярность во многом благодаря своей дешевизне. За какие-то 3-5 долларов производитель может включить все необходимое оборудование для полностью функционального инфракрасного порта. "Инфракрасная связь - беспроводная технология для бедных, - говорит Самуэл Мей, старший аналитик по беспроводным и мобильным коммуникациям в Yankee Group (Бостон). - Этот канал неширок, но достаточно эффективен благодаря низкой цене реализации".

С подобной оценкой соглашаются и другие аналитики. "Инфракрасная связь дешевая до безобразия, - восклицает Пол Галлахан, директор сетевых стратегий в Forrester Research (Кембридж, шт. Массачусетс). - При выборе технологии пользователи прежде всего интересуются, насколько она распространена и раз- работана, само собою, волнует их также и цена. Инфракрасная технология соответствует, по крайней мере, двум из трех перечисленных параметров, а это немало".

Поставщики ПО активно разрабатывают средства поддержки. Так Microsoft заявила о включении поддержки инфракрасной связи в Windows 95. По словам Роджерса Вида, менеджера группы в отделе персональных систем Microsoft, компания предлагает пользователям драйвер для загрузки по линии связи. Драйвер для Windows 95 будет предустанаваливаться на устройства с инфракрасными портами, такими как принтеры и портативные компьютеры.

Со своей стороны IBM предлагает предустановленные драйверы на оснащенных инфракрасным глазом компьютерах ThinkPad c OS/2.

ТЕМНЫЕ ТЕНИ

В то время как будущее инфракрасной технологии выглядит в радужных тонах, ей еще предстоит преодолеть свое темное прошлое. Необходимо иметь в виду, что инфракрасная технология отнюдь не нова, а ранние недоработанные прототипы часто препятствуют успеху.

Многие пользователи компьютеров скорее всего весьма скептически настроены по отношению к инфракрасной связи вследствие своего первого знакомства десятилетней давности с IBM PCjr. Тогда IBM приняла смелое по тем временам решение - отказаться от традиционного шнура и соединить клавиатуру PCjr с системой с помощью инфракрасного приемопередатчика. Надежда была на то, что это обеспечит пользователям мобильность. Однако эксперимент не удался - инфракрасный приемопередатчик оказался не способен обеспечить узконаправленный пучок для непрерывной передачи данных даже на скромном удалении от компьютера.

Пользователям приходилось тратить больше времени на точное направление инфракрасного глаза на клавиатуре, чем на собственно набор с клавиатуры. IBM быстро переориентировалась, решив, что, по крайней мере в данном случае, инфракрасная связь мало пригодна.

Другим препятствием для успеха инфракрасной связи как способа передачи данных между ПК было отсутствие стандартов и, как следствие, совместимости между инфракрасными устройствами. В 1990 году Hewlett-Packard (Пало-Альто, шт. Калифорния) разработала собствен- ную инфракрасную схему для своих переносных и карманных устройств. Эти устройства могли обмениваться данными с другими устройствами производства HP и вспомогательным оборудованием от других поставщиков, но не с компьютерами других марок, даже если те были оснащены инфракрасными портами.

Несмотря на далеко не восторженные отзывы, HP продолжала разрабатывать инфракрасные технологии, надеясь, что и для них придет время. В 1993 году HP выпустила OminBook с инфракрасным портом и оснастила ими дюжину моделей настольных компьютеров Vectra. Другие компании, такие как Extended Systems (Бойз, шт. Айдахо), разработали внешние устройства для оснащения инфракрасным глазом принтеров, ПК и т.п.

Однако совместимость инфракрасных устройств оставалась только мечтой до тех пор, пока в июне 1993 не была образована ассоциация Infrared Data Association (IrDA, Вэлнат Крик, шт. Калифорния). Сегодня ассоциация насчитывает свыше 100 членов, включая Apple, Digital Equipment, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Novell и Motorola (полный список приводится в Таблице 1).

Комитет IrDA сосредоточил все свои силы на одном из сегментов рынка мобильных средств соединения, а именно на инфракрасной передаче данных на небольшие расстояния (см. Рис. 1). Ассоциация начала свою деятельность с обнародования хартии: "Наша цель - это создание стандарта на совместимые, недорогие, неэнергоемкие, полудуплексные, последовательные средства передачи данных от точки к точке для широкого диапазона приложений и устройств". Комитет обещает, что "если нечто работает по кабелю/проводу, то оно будет работать и по инфракрасному каналу данных".

ЗАСЕДАНИЯ БЕЗ КОНЦА

Если перевести вышесказанное на человеческий язык, то IrDA собирается разработать набор стандартов для инфракрасных каналов передачи данных. Однако любой член группы по беспроводным стандартам IEEE 802.11 засвидетельствует, что это не так просто, как кажется (см. "Сети без оков", LAN Magazine/Русское издание, 1995, #4). В июле комитет 802.11 собрался в Мауи на Гавайях (как шутили еще до начала встречи, если и не будет достигнуто согласие по включенным в повестку дня вопросам, то по крайней мере удаться немного позагорать).

И IrDA, и комитет 802.11 разрабатывают стандарты на инфракрасную связь, но для беспроводных продуктов различного назначения. Кроме того, комитет 802.11 прежде всего работает над стандартом на передачу данных в радиочастотном диапазоне.

Группа намеревается разработать универсальный протокол управления доступа к среде (MAC). Этот протокол будет поддерживать раздельные стандарты физического уровня (PHY) для двух типов радиопередачи в распределенном спектре (по методу прямой последовательности и со сменой частоты), а также инфракрасные каналы с темпом передачи в 2 Мбит/c.

Комитет 802.11 рассматривает предложения, главным образом, по ненаправленной передаче, в то время как IrDA занята разработкой протоколов для направленной инфракрасной передачи. При ненаправленной передаче сильный инфракрасный сигнал "заполняет" область. Передатчик испускает свет в широкий конус, причем излучение направлено преимущественно в потолок. Инфракрасный сигнал проделывает путь от одного приемопередатчика к другому за счет отражения от потолка, стен и других поверхностей.

Как правило, ненаправленные системы обладают мощными возможностями исправления ошибок и могут осуществлять передачу для нескольких точек. Этот подход использует Collaborative System от Photonics (Сан-Хосе, шт. Калифорния).

Ненаправленные системы потребляют гораздо больше энергии, чем направленные. Кроме того, для них необходимы более дорогие, сложные, и зачастую, более громоздкие приемопередатчики. По словам Скотта Шнелла, вице-президента по маркетингу в Photonics, ненаправленные инфракрасные системы передают сигнал в 5, а то и 10 раз превосходящий по интенсивности сигнал от направленной системы, а приемопередатчики в 1000 и даже 10000 раз более чувствительны.

Ненаправленная система Photonics имеет дальность передачи в 30 футов. Напротив, направленная инфракрасная передача осуществляется в узком конусе, при этом на пути луча не должно быть препятствий (прямая видимость). Дальность передачи составляет от трех до шести футов, что много короче, чем для большинства ненаправленных систем. Однако направленные системы недороги и требуют минимума энергии, что делает их привлекательными с точки зрения использования в переносных устройствах.

ПЛАТЯ ПО СЧЕТАМ

Комитет 802.11 настолько завяз в спорах, что некоторые аналитики опасаются, как бы стандарт не появился слишком поздно. "Разработка стандартов для беспроводных сетей настолько затянулась, что производители выпускают продукцию, не дожидаясь его появления, - говорит Дон Спалингер, вице-президент по комму- никациям в Dataquest (Сан-Хосе, шт. Калифорния). - Стандарт устареет к тому моменту, когда будет принят".

Напротив, IrDA приняла спецификации в черновом варианте уже через год после первого заседания, 29 июня 1994 года. "IrDA оказалась одним из наиболее успешных комитетов по стандартам, которые я когда-либо видел", - говорит Майк Мак-Киннон, менеджер по маркетингу продуктов в роузвильском подразделении сетевых продуктов компании Hewlett-Packard (Роузвиль, шт. Калифорния).

Одним из факторов, который помог комитету IrDA прийти к быстрому согласию по многим вопросам, стал сбор взносов за членство. В отличие от комитета 802.11, каждый, кто хотел иметь право голоса, должен был внести соответствующий взнос. По мнению Мак-Киннона, это способствует деловой работе комитета, так как только серьезные игроки готовы выложить свои денежки за право голоса.

Взнос компании определяется ее размерами. Компании с совокупным годовым доходом в 250000 долларов и выше платят 3000 долларов, а с доходом менее 250000 долларов - 1000 долларов. Наивысший статус имеют "члены президиума", заплатившие 6000 долларов. Сегодня комитет насчитывает 30 членов президиума. Членские взносы расходуются на содержание штаб-квартиры и зарплату персонала, а также на подготовку докумен- тации и протоколов IrDA.

В связи с этим работа IrDA отличается от работы комитета 802.11. "IrDA - коммерческий консорциум, в котором главные роли принадлежат наиболее крупным игрокам, а 802.11 - это обычный комитет по стандартам, где учитывается мнение каждого заинтересованного", - говорит Шнелл из Photonics, ставший членом обеих организаций. Ведущий инженер компании Роджер Самдал является официальным координатором деятельности IrDA и комитета 802.11.

Оставляя в стороне различия в подходах, отметим однако, что IrDA оказалась более успешной в разработке стандартов. По мнению Шпалингера из Dataquest, быстрое принятие стандарта приведет к бурному росту рынка совместимых продуктов. "Протоколы IrDA позволят взаимодействовать устройствам различных поставщиков", - замечает он.

Dataquest предсказывает, что число проданных в этом году устройств для инфракрасной передачи данных (включая портативные и карманные устройства и принтеры) в этом году составит 4,2 миллиона единиц, а в 1998 эта цифра превысит 28 миллионов.

СТЕК ПРОТОКОЛОВ

Фундаментом для роста популярности инфракрасных товаров является сам стандарт IrDA. Hewlett-Packard внесла основной вклад в разработку спецификаций IrDA, в основу которых лег запатентованный компанией последовательный интерфейс для инфракрасной связи (Serial Infrared Communications Interface, SIR).

Как показано на Рис. 2, стандарт IrDA имеет несколько базовых уровней: инфракрасный канал физического уровня (IrDA Serial Infrared Physical Layer Link, IrDA SIR), протокол доступа по инфракрасному каналу (IrDA Infrared Link Access Protocol, IrLAP), протокол управления инфракрасным каналом IrDA (Infrared Link Management Protocol, IrLMP), а также необязательные транспортные протоколы IrDA (Transport Protocols IrTP и Tiny TP).

На физическом уровне базовый инфракрасный интерфейс использует характеристики универсального асинхронного приемника/передатчика (UART) в COM-порту. Такой порт имеется практически на всех компьютерах. UART имеет несколько темпов передачи данных в диапазоне от 2400 бит/c до 115 Кбит/c.

Оборудование IrDA-SIR состоит из нескольких компонентов для приема и передачи: кодировщика/декодировщика для кодировки инфракрасного сигнала при передаче и декодировки при приеме, инфракрасного преобразователя в составе драйвера вывода и инфракрасного излучателя для передачи, а также приемника/детектора. Кодировщик/декодировщик имеет интерфейс с UART.

При передаче приемопередатчики IrDA передают сигнал в поток ввода/вывода последовательного порта. Данные поступают передатчику IrDA через последовательный интерфейс c UART. И вместо того, чтобы посылать сигнал по медной проволоке, как это имеет место при передаче по проводам, он извергает фотоны в воздух в направлении инфракрасного приемника.

Устройства IrDA превращают данные в свет: биты преобразуются в инфракрасный сигнал, при этом вспышка соответствует "0", а отсутствие сигнала - "1". ЦПУ на принимающем конце даже не подозревает о том, что данные передаются в виде света. Оно видит что и всегда, так как кодирование осуществляется передатчиками IrDA на передающем конце и детектором на принимающем конце инфракрасного канала.

Вся инфракрасная передача происходит в инфракрасном диапазоне от 850 нанометров до 880 нанометров. Соответствующие спецификации продукта имеют минимальную эффективную дальность передачи в 1 метр при наименьшей мощности передатчика. Использование нескольких светодиодов позволяет осуществлять прием в более широком конусе и увеличить расстояние между приемником и передатчиком. Так как спецификации IrDA базируются на схеме передачи от точки к точке, то угол зрения не должен превышать 30 градусов.

С одной стороны, направленность инфракрасного пучка делает невозможным случайную передачу данных близрасположенным устройствам. А с другой стороны, поскольку пучок представляет из себя конус, пользователю незачем точно направлять карманное или портативное устройство на цель, чтобы установить соединение.

IrDA - полудуплексный канал, а значит только одно из устройств может передавать данные в конкретный момент времени. По словам Питера Гортензиуса, главного менеджера в отделе персональных систем IBM Research (Хоторн, шт. Нью-Йорк), стандарт IrDA был написан для соединений точки с одной или несколькими точками. (В настоящее время Гортензиус является техническим председателем IrDA). Несмотря на то, что устройства, которые могли бы использоваться в разделяемых соединениях с проводной сетью для передачи в несколько точек одновременно пока никем не выпускаются, Гортензиус надеется на их появление в течение ближайшего года.

БЫСТРЕЕ СКОРОСТИ СВЕТА

Сегодня максимальная скорость инфракрасной передачи определена в 115 Кбит/c, правда на июньской встрече комитет IrDA проголосовал за принятие двух более быстрых расширений стандарта: в 1.15 Мбит/c и 4 Мбит/c. По всей видимости, более быстрые расширения будут ратифицированы группой уже в нынешнем году.

Расширение в 1.15 Мбит/c предложила IBM, инфракрасные устройства которой в ThinkPad уже передают данные с этой скоростью. Расширение в 4 Мбит/c было разработано Hewlett-Packard, Sharp (Махва, Нью-Джерси) и IBM. Важное преимущество более быстрых расширений заключается в том, что они могут принимать данные от устройств на 115 Кбит/c.

Высокоскоростные расширения определены для сред без UART, так как максимальный темп передачи UART равен 115 Кбит/c. Режим на 1.15 Мбит/c требует наличия дополнительного компонента в схеме, а именно так называемого коммуникационного контроллера. Он обеспечивает мониторинг и контроль за потоком данных между шиной ISA/FIFO и UART/FIFO, а также доступ по внешней шине. Режим на 4 Мбит/c использует кодирование данных с модуляцией импульса. Такая система способна распознавать и предотвращать наложение сигналов от систем на базе UART.

Стюарт Джонсон, менеджер проекта в отделе сетевых продуктов Hewlett-Packard, пояснил, что новые высокоскоростные расширения требуют только минимальных изменений в протоколах, точнее, в трех областях. Во-первых, высокоскоростные устройства должны быть совместимы с агрегатами на 115 Кбит/c, причем переговоры будут производиться на скорости 9600 бит/c. Организуются переговоры во многом так же, как предварительное согласование скорости передачи модемами, когда два устройства договариваются о максимальном темпе передачи данных. В случае IrDA к некоторым протокольным сообщениям добавляются дополнительные биты для сообщения о больших скоростях.

Вторая область изменения протокола связана с тем фактом, что для каждой скорости имеется свой набор параметров, в частности время синхронизации и размер пакетов. Для каждой из двух новых скоростей должны быть определены свои наборы параметров.

Третье изменение касается непосредственно передачи сигналов. По словам Джонсона, при передаче с большой скоростью к потоку данных добавляется еще один сигнал. Этот сигнал оповещает незанятые в передаче устройства о факте передачи. Подобное изменение очень важно, так как все устройства IrDA всегда работают в тесном взаимодействии друг с другом и не начнут передачи до завершения уже идущей.

Ожидается, что комплектующие для высокоскоростных расширений будут стоить несколько дороже, за счет, главным образом, высокоскоростных контроллеров, а также некоторых дополнительных возможностей коррекции ошибок. "Разница в цене будет минимальной", - утверждает Джонсон. С другой стороны, по его мнению, таким устройствам, как персональные цифровые секретари или карманные устройства, со скромными требованиями к скорости, вполне достаточно и инфракрасного глаза на 115 Кбит/c.

Шпалингер настроен несколько более скептически относительно цены: "Высокоскоростные устройства будут стоить значительно дороже. А ведь ключом к успеху инфракрасных технологий является именно дешевизна. Рынок уже продемонстрировал нежелание платить за дорогие беспроводные устройства".

ГОРЯЧИЙ ВОЗДУХ

Как раз над физическим уровнем располагается протокол доступа к каналу IrLAP. На этом уровне обрабатываются задачи по установке, поддержке и разрыву соединения между двумя инфракрасными устройствами. IrDA разработала этот протокол на базе стандарта для асинхронных коммуникаций: протокол полудуплексного канала (HDLC).

Согласно протоколу IrLAP, устройство "прослушивает" отведенный инфракрасный диапазон ("просматривает", если угодно) на предмет наличия переговоров, прежде чем попытаться установить соединение. Если какие-либо два устройства уже ведут переговоры, то программному обеспечению посылается сигнал "занято". Этот протокол схож с принятой в Ethernet схемой избежания конфликтов. Если воздух чист, то начинаются переговоры или согласование параметров соединения, за которым следует сама передача.

В Windows 95, например, пользователи оснащенных инфракрасными передатчиками компьютеров могут "послать" файл на инфракрасный порт, который затем сам обнаружит другие инфракрасные устройства в пределах видимости, например принтеры. При осуществлении передачи пользователь будет видеть маленький красный "глаз" в углу экрана Windows 95. Операционная система предупредит пользователя звуковым сигналом и появлением пиктограммы о блокировке или потере инфракрасного сигнала. При блокировании сигнала устройство автоматически пытается в течение 40 секунд установить соединение заново.

Выше в стеке находится протокол управления каналом IrLMP. Этот протокол отвечает за обслуживание таких сервисов, как печать, отправка факса и переговоры по модемам, а также таких протоколов более высокого уровня, как поддержка Postscript, драйверы принтеров и протоколы передачи файлов. Кроме того, IrLMP хранит след всех доступных ему ресурсов на других машинах. Высокоскоростные режимы на 1.15 Мбит/с и 4 Мбит/с прозрачны для IrLAP и IrLMP, причем скорость передачи оговаривается во время обычной для IrLMP процедуры обнаружения.

ВОЗВРАЩЕНИЕ КРАСНОГО ГЛАЗА

Повсеместному распространению инфракрасных излучателей в сетях способствуют такие компании, как Extended Systems, которая производит элементы расширения по стандарту IrDA. Внешние инфракрасные порты, которые часто называют "dongle", могут быть добавлены к настольному компьютеру или принтеру посредством соединения с последовательным или параллельным, соответственно, портом устройства. Модуль для принтера JetEye ESI от Extended Systems стоит 179 долларов, а версия для ПК 135 долларов. Устройство для настольных компьютеров AIRport компании (Мильпитас, шт. Калифорния) сравнимо с ним по возможностям, а стоит даже меньше 100 долларов.

Производитель принтеров компания Lexmarx (Лексингтон, шт. Кентукки) заявила о намерении включить инфракрасный глаз в новые модели своих принтеров. Hewlett-Packard с начала 1995 года выпускает оснащенные инфракрасным излучателем принтеры LaserJet 5P и 5MP.

Многие производители портативных компьютеров уже оснащают свои изделия инфракрасными излучателями по стандарту IrDA. Среди них можно отметить серию ThinkPad 755C компании IBM, NiNote Ultra компании Digital, миниатюрные компьютеры OmniBook 600 и 400 компании Hewlett-Packard, Liberty компании Gateway 2000 и TravelMate компании Texas.

Мак-Киннон из HP предсказывает, что на осенней выставке Comdex о намерении выпускать оснащенные инфракрасным портом продукты заявят свыше 90 процентов производителей портативных компьютеров. Первые устройства, по всей видимости, будут оборудованы портами на 115 Кбит/с, в то время как производство устройств для расширения на 4 Мбит/с начнется не ранее 1996 года.

Наиболее ревностным сторонником инфракрасной технологии является HP, но и другие начинают уделять ей все больше внимания. "Инфракрасный порт станет наиболее распространенным портом ввода/вывода к 1997/98 году", - говорит Брайан Смайли, менеджер по продуктам компании Apple. Newton Message- Pad компании Apple имеет инфракрасный порт, однако передача данных от ПК к портативному устройству использует простую аналоговую инфракрасную систему с амплитудной манипуляцией (amplitude-shift keying, ASK) вместо протоколов IrDA.

ASK была разработана Sharp, так что Sharp Wizard также использует эту схему передачи. Для обеспечения совместимости Wizard и Newton с IrDA компания Sharp разработала так называемую цифровую реализацию амплитудной манипуляции (DASK) для приемопередатчиков IrDA и ASK.

Массовое внедрение инфракрасных продуктов "в народные массы" вселяет в ревностных сторонников беспроводных технологий надежду на то, что пользователи захотят сделать и всю сеть беспроводной. "Эти первые беспроводные изделия дают пользователям возможность передавать данные "тонкой струйкой" от машины к машине. Это, конечно, хорошо, потому что "дешево и сердито", но пользователи скоро пожелают передавать данные на большее расстояние, - говорит Шнелл из Photonics и подводит итог. - IrDA пробудит у пользователей аппетит к настоящим беспроводным технологиям".

СПИСОК УЧАСТНИКОВ IRDA