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25.03.1994

Mobile Kommunikation fuer Low-cost-Komponenten Irda-Standard koennte Infrarot aus dem Schattendasein fuehren

Mit der Praesentation einer Spezifikation fuer die Infrarotkommunikation hatte die im Sommer 1993 gegruendete Infrared Data Association (Irda) vergangene Woche auf der CeBIT '94 ihren ersten grossen Auftritt. Eng T Tan* schildert die Entstehung und Zielsetzung des an DV-Groessen reichen Herstellerkonsortiums und verbindet dies mit einer Beschreibung unterschiedlicher Anwendungsszenarien fuer die Infrarottechnik.

Mobile Kommunikation hat sich zu einem entscheidenden Faktor unserer Zeit entwickelt, die unmittelbare Verfuegbarkeit von Informationen ist in vielen Geschaeftsbereichen unabdingbar. Mobiltelefon, ISDN, Notebooks, ja sogar komplette mobile Bueros beherrschen unseren Berufsalltag. Nicht mehr der Mensch passt sich der Technik an, sondern die Technik dem Menschen. Konkrete geschaeftliche Vorgaenge werden sich in Zukunft direkt auf Messen, Tagungen und vielleicht auch in der U-Bahn erledigen lassen; sei es, dass man ueber eine Infrarot- (IR-)Schnittstelle Visitenkarten elektronisch austauscht, dringend benoetigte Lieferdaten ueber ein Mobiltelefon direkt in das Palmtop einliest oder ueber den naechstgelegenen Drucker Datenblaetter ausgibt oder fertige Vertragstexte abruft.

Zukunftsmusik? Keineswegs. Als Hewlett-Packard (HP) im Juni 1993 zu einem Forum ueber drahtlose Datenkommunikation via Infrarot einlud, war das Interesse unerwartet gross. 130 Fachleute aus 70 Unternehmen folgten der Einladung. Ein Grund fuer das rege Interesse war sicherlich die Tatsache, dass sich die IR-Uebertragung wegen niedriger Implementierungskosten und ihres geringen Energiebedarfs fuer eine Reihe von Applikationen als attraktive Alternative erweist. Ergebnis des HP-Forums war letztlich die Gruendung einer Art Interessengemeinschaft unter der Bezeichnung "Infrared Data Association" (Irda).

Bereits drei Monate spaeter wurde von dem Herstellerkonsortium das Grundkonzept einer IR-Technik verabschiedet, auf dem der spaetere Standard basieren sollte, der nun der Fachwelt auf der CeBIT '94 in Form einer umfassenden Spezifikation praesentiert wurde und der Ende April in den Irda-Gremien endgueltig verabschiedet werden soll. Ziel war und ist die Schaffung eines einheitlichen Standards, der die Infrarotverbindung sowohl zwischen Computern, PDAs und Peripheriegeraeten (Druckern) als auch zwischen Telefonen, Faxgeraeten sowie medizinisch-elektronischen Einrichtungen ermoeglichen soll.

Uebergreifender Standard zwingend erforderlich

In der Erwartung, dass dieser Standard die Kommunikation unterschiedlichster Produkte verschiedener Hersteller sicherstellt, schlossen sich zahlreiche Unternehmen der Irda an - unter anderem Apple, AST, AT&T, Casio, Compaq, Fujitsu, Hitachi, IBM, Intel, Lexmark, Lofitech, Matasushita, Microsoft, Motorola, NEC, Olivetti, Philips, Samsung, Siemens, Sun, Temic sowie Timex. Eine Einigung ist auch dringend erforderlich, denn eine Vielzahl verschiedenster IR-Schnittstellen bringt den Anwendern und letztlich auch den Herstellern keinen Nutzen. So hat man in einigen tragbaren Rechnermodellen bereits heute eine IR- Schnittstelle implementiert, die HP unter der Bezeichnung "Walk- up-IR" in verschiedenen Komponenten einsetzt.

Der Trend im Computerbereich geht bekanntlich zu kleinen und leichten Geraeten mit einer zunehmend laengeren Betriebsdauer zwischen dem Batteriewechsel. So hat sich beispielsweise der Laptop zum Notebook, Subnotebook und Palmtop entwickelt. Vor sechs Monaten kam der erste Personal Digital Assistant (PDA) auf den Markt. Dieser sehr kleine, portable Informationstraeger verfuegt ueber eine hohe Speicherkapazitaet und einen geringen Energieverbrauch, was letztlich dazu fuehrte, dass das jeweilige persoenliche Informations-Management effizient und praktikabel geworden ist.

Wer viel unterwegs ist, sei es geschaeftlich oder privat, ist auf eine rasche Uebermittlung von Daten angewiesen. Trotz fortgeschrittener Technik sind die Benutzer dabei in der Regel noch gezwungen, zur Datenuebertragung ein Kabel zu verwenden, und selbst dann ist es noch nicht sichergestellt, dass diese auch reibungslos funktioniert. In jedem Fall muss das jeweilige Empfangsgeraet einen Adapter oder die entsprechende Schnittstelle besitzen.

Datenuebertragung via Infrarot kann hier Abhilfe leisten. Die Frequenzen der IR-Datenuebertragung (langwelliges Licht, 780 Nanometer bis ein Millimeter) bewegen sich knapp unterhalb der Frequenzen des "sichtbaren Lichts". Ein IR-Interface ermoeglicht beispielsweise die Uebertragung zu Druckern, Computern und TK- Einrichtungen, sofern diese mit einem entsprechenden Empfangsteil ausgeruestet sind. Die integrierte Terminalsoftware garantiert dabei die Kompatibilitaet zu allen gaengigen Standards.

Bewusst oder unbewusst setzt heute schon jeder diese Technik ein, und sei es auch nur zur Fernbedienung eines Fernsehgeraets. Die Fernbedienung sendet lediglich ein vorgegebenes codiertes Signal zum Fernsehgeraet. Der Code, der nur wenige Bytes lang ist, wird mehrfach uebertragen. So laesst sich sicherstellen, dass der IR- Empfaenger die korrekte Information erhaelt. Die Uebertragungsrate betraegt also nur wenige Bytes pro Sekunde. Da fuer jede Funktion ein eigener Code existiert, ist fuer die Uebertragung der kurzen Signalimpulse nur ein geringer Energieaufwand noetig, der weitaus groessere Energiebedarf ist fuer die Sicherstellung der Uebertragung notwendig.

Der IR-Datenaustausch zwischen einem Palmtop und beispielsweise einem Drucker ist allerdings um einiges komplexer, da der Anwender in der Regel deutlich groessere Datenvolumina (bis zu 20 KB) uebertragen moechte. Zudem erfolgt der Datenaustausch nicht nur in eine Richtung; man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer sogenannten Half-duplex-Kommunikation. Dieses Uebertragungsverfahren basiert auf einer Lichtwellenbreite von 1,6 Nanosekunden und ermoeglicht, diese entsprechend der Baudrate zu variieren. Eine Frequenz von 850 bis 900 Namometer garantiert dabei die sichere Uebertragung bis zu einem Meter Abstand.

Der kritische Punkt bei IR-Uebertragungen ist die bei grossen Datenvolumina lange Uebertragungsdauer. Es muss also gewaehrleistet sein, dass der Datenaustausch Beeintraechtigungen wie etwa eine unbeabsichtigte Unterbrechung des IR-Strahls per Hand oder durch ein Stueck Papier ohne Funktionsstoerung uebersteht. Zu diesem Zweck ist eine Kombination verschiedenster Techniken erforderlich, beispielsweise das Absorbieren eines unerwuenschten Lichteinfalls durch Verwendung spezieller Filter. Vergleichbar einer Sonnenbrille lassen diese optoelektronischen Elemente nur bestimmte Farbanteile durch - in diesem Fall Infrarot.

Moegliche Uebertragungsprobleme sind aber auch stark von der Reichweite und dem Lichtbuendelquerschnitt abhaengig. So ist die Wahrscheinlichkeit einer Stoerung bei einem zu langen oder zu breiten Strahl relativ hoch. Als ideal anzusehen ist ein Strahlenkegel mit einer Reichweite zwischen einem und drei Metern sowie einem Oeffnungswinkel von 15 bis 30 Grad. Die kegelfoermige Ausrichtung und die Reichweite haben zudem Auswirkungen auf den Energieverbrauch. So verhaelt sich beispielsweise die Energie, die notwendig ist, um den Abstand einer IR-Uebertragung zu vergroessern, quadratisch zur jeweiligen Entfernung. Fuer eine Verdreifachung der Uebertragungsdistanz muss also schon das Neunfache an Energie aufgewendet werden.

Diese Tatsache stellt insbesondere bei batteriebetriebenen, portablen Endgeraeten aeusserst hohe Anforderungen an die Bauweise, denn neben einer hohen Uebertragungsrate soll gleichzeitig der Energieverbrauch so gering wie moeglich bleiben. Deshalb muss bei der Bauweise weitgehend auf eine "batterienfressende" Mechanik (etwa Festplatte oder Diskettenlaufwerk) verzichtet werden. Werden daher zum Beispiel statt einer Festplatte eine PCMCIA-SRAM oder eine Flash-Karte als Speichermedium verwendet, traegt dies zu einer Stromeinsparung bei und verlaengert die Stand-by-Zeit der Akkus.

Die optimale Kombination der drei Parameter Uebertragungsgeschwindigkeit, Kosten und Energie ist also fuer die IR-Datenuebertragung eminent wichtig; der Irda-Standard musste sich daher durch folgende Charakteristika auszeichnen: niedrige Komponentenkosten, sehr geringer Energiebedarf, garantierte Uebertragungsreichweite (bis zu einem Meter) sowie eine maximale Ueber- tragungsgeschwindigkeit von 115,2 Kbit/s. Somit ist beispielsweise auch das Walk-up-IR-Konzept von HP auf die Beduerfnisse drahtloser Kommunikationsmedien zugeschnitten.

Die Tatsache, dass eine Reihe von HP-Komponenten mit einer IR- Schnittstelle ausgeruestet sind, sorgt fuer die notwendige Flexibilitaet der Anwender. So koennen diese in einer Bueroumgebung mit heterogener Computerperipherie eine Art "persoenliches Netzwerk" installieren und sind trotzdem jederzeit erreichbar.

Unterschiede liegen im Anwendungsmodell

Realisiert wird dies durch eine serielle Infrarottechnik, die eine relativ einfache Verbindung von Standard- beziehungsweise Low- cost-Komponenten ermoeglicht. So ist zum Beispiel auch eine problemlose Integration in ASICs moeglich.

Wie unterscheidet sich nun die HP-Loesung von anderen Drahtlos- Konzepten? Der Unterschied liegt in erster Linie im Anwendungsmodell - sprich: in der bewussten Verbindung. Genau wie bei der Fernbedienung werden Informationen absichtlich an ein Zielgeraet uebermittelt. Das heisst, beim unbewussten Kontakt muss das Geraet nicht direkt auf das Zielgeraet ausgerichtet sein, um eine Verbindung herzustellen. Dieses Verfahren wird beispielsweise auch beim Mobiltelefon angewendet. Der Benutzer braucht dort, um den Anruf durchzufuehren, nicht zu wissen, wo die Basisstation ist.

Alle uebrigen drahtlosen Uebertragungsverfahren arbeiten hingegen mit der Ausgabe unbewusster Verbindungen innerhalb einer LAN- Umgebung. Entsprechende Verfahren sind etwa die diffuse Infrarot- oder Radiofrequenzmethode, wobei bei ersterer der Raum mit Infrarotlicht durchflutet wird, was wiederum erheblich mehr Energie als eine zielgerichtete Uebertragung beansprucht und fuer portable Geraete somit ungeeignet ist.

Das zweite Verfahren benutzt Radiofrequenzen (Breitband oder Schmalband), um einen unbewussten Kontakt herzustellen - mit entsprechend hohen Kosten in puncto Implementierung und Energie; zudem behindern die jeweils spezifischen nationalen Bestimmungen fuer die Rundfunkuebertragung einen internationalen Einsatz.