Технология Wireless USB

Александр Семенов

Технология USB широко применяется для подключения внешних устройств к ПК, постепенно распространяясь и на различные мобильные устройства, а также бытовую электронику. Теперь этот высокоскоростной и эффективный интерфейс подключения освобождается от проводов, сохраняя функциональность традиционной проводной технологии USB. Новый этап в развитии технологии USB находится в центре внимания группы Wireless USB Promoter Group — она разрабатывает спецификации, которые в итоге должны стать стандартом для новой технологии.

Wireless USB Promoter Group

Решение об образовании группы Wireless USB Promoter Group было объявлено в этом году на весеннем Форуме Intel для разработчиков. В состав ее вошли семь отраслевых лидеров: Agere Systems, HP, Intel, Microsoft, NEC, Philips Semiconductors и Samsung Electronics.

В задачи группы Wireless USB Promoter Group входит разработка спецификации Wireless USB (WUSB). К настоящему времени уже достигнуты определенные результаты — подготовлена спецификация WUSB с установленной пропускной способностью 480 Мбит/с. Эта спецификация поддерживает модель использования и архитектуру, которые применяются в проводной USB-технологии для высокоскоростного подключения периферийных устройств к хост-компьютеру. Подобный подход упростит переход сегодняшних проводных USB-решений на беспроводные технологии.

Кроме того, спецификации WUSB будут основываться на разработках организаций
MultiBand OFDM Alliance (MBOA, http://www.multibandofdm.org)
и WiMedia Alliance (http://www.wimedia.org)
для сверхширокополосного диапазона (UWB). Обе организации представляют собой
открытые отраслевые объединения, занимающиеся продвижением технологий беспроводного
подключения внешних устройств и обеспечением совместимости мультимедийных устройств
в сетевой среде.

Топология WUSB

Базовые элементы инфраструктуры WUSB — концентратор и радиальные линии (рис. 1). В такой топологии хост-компьютер инициирует любой обмен данными между подключенными к нему устройствами, выделяя временные интервалы и полосу пропускания каждому подключенному устройству. Подобная группа называется кластером. Описанные соединения относятся к типу "точка-точка" и осуществляются между WUSB-хостом и WUSB-устройством. WUSB-хост с логически подключенными к нему WUSB-устройствами (максимально — до 127) образует неформальный WUSB-кластер. WUSB-кластеры сосуществуют в перекрывающейся пространственной среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет нескольким WUSB-кластерам функционировать в пределах общей зоны действия радиоизлучающих устройств.

Рис. 1. Топология WUSB.

Описываемая топология будет поддерживать модель двойного применения, при которой устройство может в ограниченном объеме выполнять функции хоста. Такая модель позволит мобильным устройствам пользоваться сервисами, которые обеспечивает центральный хост (например, принтерами и устройствами отображения). Кроме того, эта модель позволит устройству получать доступ к данным, расположенным за пределами кластера, к которому в текущий момент оно подключено. Для этого устройство должно создать второй кластер, выступая в нем в качестве хоста с ограниченными возможностями. Следует отметить, что технология должна допускать высокую пространственную плотность размещения устройств на ограниченной площади — это необходимо для высокоскоростного доступа нескольких устройств одновременно. В одной и той же пространственной зоне могут одновременно действовать несколько каналов. Такая топология обеспечивает функционирование нескольких кластеров

Требования к проектированию

С точки зрения архитектуры существует несколько требований к разрабатываемым WUSB-устройствам. Помимо собственно возможности беспроводного подключения, эти устройства должны обладать обратной совместимостью с проводной технологией USB и обеспечивать мостовые соединения с проводными USB-устройствами. Кроме того, чтобы обеспечить возможность обмена между кластерами или устройствами из разных кластеров, необходимы специальный хост и соответствующие решения.

Для успешного распространения новой технологии важно также, чтобы стоимость WUSB-устройств была невысока. Разрабатываемые устройства будут точно следовать модели подключения, используемой в проводной технологии USB, насколько это окажется возможным. Это позволит сократить сроки разработки и сохранить недорогую и простую модель, которая получила широкое распространение в секторе персональных компьютеров.

Производительность

Пропускная способность первых WUSB-устройств будет достаточной для удовлетворения потребностей типичного пользователя устройств с проводным подключением. На первом этапе для WUSB намечена пропускная способность 480 Мбит/с, что сопоставимо с показателями стандарта проводного подключения USB 2.0. Но уровень 480 Мбит/с рассматривается только как начальная цель; спецификация WUSB предполагает дальнейшее увеличение пропускной способности по мере совершенствования сверхширокополосных радиотехнологий и методов обработки сигнала, так что в результате она должна превысить 1 Гбит/с.

В соответствии со спецификацией технология WUSB предназначена для замены проводных технологий и должна использоваться для подключения элементов кластера к хосту и для соединения устройств между собой на расстояниях до 10 м. Интерфейс будет обеспечивать качественную доставку насыщенного мультимедийного контента, включая аудио и видео, и поддерживать высокие объемы потокового трафика (изохронная передача).

Мощность радиосистемы и управление энергопотреблением

Как ожидается, мощность радиосистемы (т. е. мощность, потребляемая только радиоэлементами) будет удовлетворять самым строгим требованиям, типичным для мобильных и портативных устройств, для которых время работы от батарей — важнейший фактор. Например, потребляемая мощность для типичного карманного ПК без радиоподключения составляет 250-400 мВт, для типового мобильного телефона — 200-300 мВт при работе с базовой сетью сотовой связи.

Потребляемая мощность технологии WUSB должна примерно соответствовать показателям существующих беспроводных технологий. Для устройств с питанием от батарей требуются адекватные сроки автономной работы: от 2 до 5 дней для высокомобильных устройств и несколько месяцев для эпизодически используемых устройств, например, пультов дистанционного управления. WUSB-устройства на базе радиотехнологий, предлагаемых альянсом MBOA, должны удовлетворять указанным требованиям. На первом этапе допустимая потребляемая мощность WUSB-радиоустройств будет ограничиваться значением 300 мВт, а со временем она будет понижена до 100 мВт.

Устройства двойного применения

Новый класс устройств, так называемые WUSB-устройства двойного применения, будет обеспечивать функции как хоста (в ограниченном объеме), так и устройства — подобно технологии USB On-The-Go. Такие устройства позволят реализовать ранее невозможные сценарии применения USB-технологии.

Применение WUSB

Все более широкое использование цифрового контента, с которым сегодня имеют дело персональные компьютеры, устройства бытовой электроники и мобильные коммуникационные устройства, потребовало единого стандартного средства соединения, которое поддерживало бы происходящий сегодня процесс конвергенции названных областей. Постепенный переход к удобной беспроводной доставке цифровой информации создает предпосылки для создания единого стандартизованного беспроводного средства подключения, которое могло бы использоваться всеми тремя типами устройств. В частности, для сектора бытовой электроники требуется высокоскоростной беспроводной интерфейс. Модель использования, характерная для этого сектора (рис. 2), будет ориентирована на доставку потокового медиаконтента с применением, как правило, алгоритмов сжатия информации.

Рис. 2. Модель использования WUSB с различными типами устройств.

Производительность соединений должна обеспечивать высокое качество сервиса, соответствующее потребностям типичного пользователя развлекательного контента. Для доставки видео обычно требуется пропускная способность 3-7 Мбит/с по стандарту SDTV/DVD и 19-24 Мбит/с по стандарту HDTV. Точечная технология распределения контента, подобная Wireless USB с эффективной полосой пропускания 480 Мбит/с, поддерживает одновременную доставку нескольких потоков видео стандарта HDTV. Буферизация на уровне хостов обеспечит сетевую магистраль для эффективного распределения контента ко всем хостам-потребителям, предоставив в результате более высокое качество всем пользователям.

Бизнес-применение технологии WUSB включает несколько различных вариантов. Устройства общего пользования, такие, как принтеры, сканеры, жесткие диски и проекторы, могут применяться и в беспроводном сценарии. Указанные устройства будут функционировать так же, как и с проводными средствами USB, но без всяких проводов. Офисные серверы корпоративной сети можно перевести на технологию WUSB, которая обеспечит более высокую пропускную способность, чем совместно используемые сетевые устройства.

Безопасность и соединение устройств

Технология WUSB обеспечит тот же уровень безопасности, что и проводная USB. Механизмы безопасности, действующие на уровне соединений между устройствами, разрешат соответствующему устройству функционировать только при условии предварительного соединения и аутентификации этого устройства. Более развитые средства безопасности, использующие шифрование, будут реализованы на уровне приложений. Вычислительная нагрузка, связанная с функционированием механизмов безопасности, не окажет заметного влияния на общую производительность и не скажется на стоимости устройств.

Одно из основных требований к реализации средств беспроводного подключения — простота установки и использования. Проводные соединения подразумевают определенную детерминированность — конкретное устройство всегда подключено именно так, как определил сам пользователь при прокладке проводной сети. После прокладки проводной сети пользователи вправе рассчитывать на заданный уровень функциональности, и для тех ситуаций, когда их ожидания не оправдываются (например, разъем не соответствует требованиям), существуют стандартные способы решения проблем. Беспроводные устройства, напротив, в зависимости от конкретных характеристик окружающей обстановки могут устанавливать разные маршруты соединения, причем не обязательно очевидные. В действительности эти маршруты могут остаться неочевидными даже при подключенном устройстве. Поэтому WUSB-устройство, устанавливаемое в первый раз, должно автоматически установить драйверы, функции безопасности и т. д. и соединиться с системой, с которой оно в состоянии взаимодействовать. Рассматриваемая технология будет использовать концепцию Turn on and use it (включи и пользуйся) с упрощенной процедурой настройки.

Будущее WUSB

Как очередной этап развития USB технология WUSB обеспечит такую же функциональность, какую предоставляют стандартные проводные USB-устройства — но только без проводов. Поскольку специально созданная группа Wireless USB Promoter Group уже разрабатывает спецификацию для последующей стандартизации новой технологии, компании ИТ-отрасли планируют выпустить продукцию, которая благодаря новому способу соединения устройств обеспечит более высокий уровень мобильности и удобства работы.

Предполагается, что вначале технология Wireless USB будет реализована в отдельных компонентах разных форм-факторов, например, в устанавливаемых во внутренние разъемы платах и подключаемых к внешним разъемам устройствах, а также во встраиваемых решениях. Поколение устройств, созданных на первом этапе представления технологии, должно придать импульс ее последующему развертыванию.

Однако действительно беспроводное будущее наступит тогда, когда технология WUSB, наряду с единой сверхширокополосной платформой, станет стандартным элементом каждого процессора и набора микросхем и будет интегрирована в полупроводниковые микросхемы.