3.1 IrDA通信协议简介
红外数据协会(Infrared Data Association，IrDA)是1993年6月成立的一个独立组织，它为短距离红外无线数据通信制定了一系列开放的标准。IrDA标准包括3个必须的协议层：物理层协议(IrPHY)、链路建立协议(IrLAP)、链路管理协议(IrLMP)。除此之外，还有一些适用于特殊的应用模式的可选层。IrDA的目标是制定能以合理且较小的代价实现标准和协议，以推进红外通信的发展。IrDA协议栈结构图如图6所示。
图6 IrDA 协议栈结构图
当今IrDA红外通信方式的通信速度因IrDA物理层的规范方式而异，共分为5大类SIR、MIR、FIR、VFIR和UFIR。SIR通信速度为115 kbps，用于文字信息的传输。MIR和FIR方式的通信速度分别为1 Mbps和4 Mbps，可使文字信息传输速度更快，也可传输音频信息，如MP3、WMA等格式的文件。VFIR和UFIR方式的通信速度分别为16 Mbps和100 Mbps，主要用于图像数据信息传输。在智能家居领域中，图像传输比较少，故采用前3种通信方式。
3.2 红外编码格式
IrDA协议的物理层制定了规范的编码格式。IrDA物理层1.0版本应用于SIR和MIR通信方式。它基于异步串行通信接口，将从UART接收到的数据进行了编码，将数据“0”变换成3/16位速率或1.6μs的窄脉冲，而数据“1”变换成不发送脉冲。IrDA物理层1.0版的帧结构如图7所示。
图7 IrDA 物理层1.0版的帧结构
其中，两个STA为起始位，每个STA由01111110组成;后面的内容是上层IrLAP协议加载来的数据，包括8位地址位、8位控制位和n×8位数据位(nMAX=256);FCS为16位的CRC校验位;STO为停止位，由01111110组成。
IrDA物理层1.1版本应用于FIR通信方式。它采用4PPM调制方法，以500 ns为固定时隙并将其4等分，根据脉冲在时隙的位置来确定数字模式。4PPM调制方法具有4 Mbps的传输速率，在此速率下，封装包是以同步方式传送的。IrDA物理层1.1版的帧结构如图8所示。
图8 IrDA 物理层1.1版的帧结构
其中，16PA为16位的引导码1000 0000 1010 1000;一个STA起始位由0000 1100 0000 1100 0110 0000 01100000组成;后面的内容同样是上层IrLAP协议加载来的数据，包括8位地址位、8位控制位和n×8位数据位(nMAX=256);FCS为32位的CRC校验位;STO为停止位，由0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110组成。
3.3 红外网络的建立过程
红外网络节点由IrDA通信协议的IrLAP完成链路连接，IrLAP在红外信道上提供了一种可靠的数据传输机制。在网络中，各收发模块以红外方式通信时实现寻址、地址冲突处理、恢复机制、工作站的发现/识别、连接建立、主站竞争、媒体接入控制等功能。在面向连接的业务中，IrLAP为所支持的数据链路提供了业务的服务质量，可选的数据块大小为64～2 048位，可选波特率为9 600～4 000 000 bps，等待时间阈值为3 s，最大探询时间为50～500 ms。
IrLAP定义了3种帧：
①无编号帧。用于建立和释放数据链路，报告过程错误，传送数据。
②监督帧。用于链路管理，如应答接收帧、传输站点状态报告帧序列错误。
③信息帧。用于传输信息。
IrLAP的工作过程包括地址冲突处理、建立连接、唤醒、信息交换、重置连接、终止连接。IrLAP工作过程如图9所示。
图9 LrLAP 工作过程
一旦通过IrLAP建立了链路连接，链路的使用和用参数的设定将由IrLMP协议来管理。IrLMP的工作过程包括LSAP(链路业务接入点)连接控制、站点控制、IrLAP连接控制等。红外站点间的通信出现碰撞时，用超时重传方法来解决。
IrLAN是基于上述协议的高层协议，支持IrDA与其他已有局域网的互连。基于IrLAN协议的移动站的工作方式有3种模式：接入点、对等式、主机式。IrLAN使用TinyTP协议来分割和组装分组并进行流量控制。
结语
本文采用漫射红外的方式，完成了家中局域网的建立，实现了红外通信功能。无论是控制命令的响应速度，还是红外数据的传输速度，都达到了理想的效果。这样，遥控器或控制终端可以对家中的所有电器设备进行控制。例如，可对智能家居系统编制情景功能如“夜间模式”，即可自动关闭窗帘，开启客厅灯光，打开电视机、空调、音响，并将家庭报警设备设置为主人在家的模式，防止误报——无需繁琐地逐个操作各种电器及设备。
