Беспроводной USB - Wireless USB

Эта статья должна быть обновлено. Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. (Июнь 2020 г.)

эта статья возможно содержит оригинальные исследования. Пожалуйста Улучши это от проверка заявленные претензии и добавление встроенные цитаты. Заявления, содержащие только оригинальные исследования, следует удалить. (Июнь 2020 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Логотип Certified Wireless USB

Беспроводной USB это короткодействующий, широкополосный беспроводной радио протокол связи создан группой Wireless USB Promoter Group, которая намерена и дальше увеличивать доступность общих технологий на основе USB. В целом IPv6 был ключом к этой технологии. Поддерживается WiMedia Alliance и (по состоянию на 2009 год) текущая редакция - 1.0, которая была утверждена в 2005 году.^[1] Беспроводной USB иногда обозначается сокращенно как «WUSB», хотя Форум разработчиков USB отговорил эту практику и вместо этого предпочитает называть технологию Certified Wireless USB чтобы отличить его от конкурирующего стандарта UWB.

Беспроводной USB был основан на (ныне несуществующей) WiMedia Alliance с Сверхширокополосный (UWB) общая радиоплатформа, способная передавать 480Мбит / с на расстояниях до 3 метров (9,8 футов) и 110 Мбит / с на расстоянии до 10 метров (33 футов). Он был разработан для работы в версиях от 3.1 до 10.6.ГГц частотный диапазон, хотя местные нормативные требования могут ограничивать допустимый рабочий диапазон в некоторых странах.

Обзор

Обоснованием этой спецификации является ошеломляющий успех USB как основы для периферийных устройств повсюду: упомянутые причины включают чрезвычайную простоту использования и низкую стоимость, которые позволяют существование повсеместного двунаправленного, быстрого порт архитектура. Определение Сверхширокополосный (UWB) очень близко соответствует возможностям и скорости передачи USB (от 1,5 и 12 Мбит / с до 480 Мбит / с для USB 2.0) и обеспечивает естественное беспроводное расширение USB на коротком расстоянии (3 метра, до 10 со сниженной скоростью 110 Мбит / с). Тем не менее, нет физического автобус для питания периферийных устройств больше, а отсутствие проводов означает, что некоторые свойства, которые обычно считаются само собой разумеющимися в системах USB, должны быть достигнуты другими способами.

Целью спецификации является сохранение функциональной модели USB, основанной на интеллектуальных хостах и ​​простых в поведении устройствах, в то же время позволяя ему работать в беспроводной среды и поддержания уровня безопасности на уровне традиционных проводных систем. Он также стремится быть сравнительно энергоэффективным. Для этого он использует существующий стандарт, который определяет подходящий физический слой и средний контроль доступа, благодаря которому может быть достигнута желаемая производительность, и он добавляет к нему уровень конвергенции для объединения обеих архитектурных усилий.

W-USB определяется как шина, хотя и логическая, а не физическая, которая может одновременно подключать хозяин с рядом периферийных устройств. Хост делит доступную полосу пропускания через множественный доступ с разделением по времени (TDMA) стратегия. Он поддерживает возможность USB для безопасного управления устройствами на лету. Хосты могут связываться с устройствами на расстоянии до 10 метров.

Использует

Беспроводной USB используется в игровые контроллеры, принтеры, сканеры, цифровые фотоаппараты, портативные медиаплееры, жесткие диски и USB-накопители.^{[нужна цитата ]} Он также подходит для передачи параллельных видеопотоков с использованием USB через сверхширокополосный протоколы.

Развитие

Группа разработчиков Wireless USB Promoter Group была сформирована в феврале 2004 года для определения беспроводных USB-устройств. протокол^{[нужна цитата ]}. Группа состоит из Системы Agere (теперь объединено с LSI Corporation ), Hewlett Packard, Intel, Microsoft, Корпорация NEC, Philips, Staccato Communications, Алереон, Wisair и Samsung^{[нужна цитата ]}.

В мае 2005 года Wireless USB Promoter Group анонсировала версию 1.0 спецификации Wireless USB.^{[нужна цитата ]}

В июне 2006 года пять компаний впервые продемонстрировали совместимость беспроводных USB-устройств с различными производителями. Ноутбук с Intel хост-адаптер с использованием Алереон PHY использовался для передачи видео высокой четкости с Philips беспроводной полупроводник с PHY Staccato Communications, все используют Microsoft Windows XP драйверы, разработанные для Wireless USB.

В октябре 2006 г. Федеральная комиссия связи (FCC) одобрила беспроводные USB-устройства для сетевых адаптеров (HWA) и устройств (DWA) от WiQuest Communications как для наружного, так и для внутреннего использования. Первый розничный продукт был отправлен IOGEAR с использованием Алереон, Intel и NEC в середине 2007 г. Примерно в то же время Belkin, Dell, Lenovo и D-Link начали поставки продуктов, в которых использовалась технология WiQuest. Эти продукты включали в себя встроенные карты в ноутбуки или адаптеры для тех ПК, которые в настоящее время не поддерживают Wireless USB. В 2008 году компания Dell выпустила новую беспроводную док-станцию ​​USB от Kensington. Этот продукт был уникальным, поскольку он был первым продуктом на рынке, поддерживающим видео и графику через USB-соединение с помощью DisplayLink Графическая технология USB. В августе 2008 года компания Kensington выпустила универсальную док-станцию ​​Wireless USB для беспроводной связи между ноутбуком и внешним монитором, динамиками и существующими проводными периферийными устройствами USB. Imation объявила о выпуске Q408 нового внешнего жесткого диска Wireless HDD.

16 марта 2009 г. WiMedia Alliance объявила о соглашениях о передаче сверхширокополосных (UWB) спецификаций WiMedia. WiMedia передала спецификации в блютуз Special Interest Group (SIG), Wireless USB Promoter Group и Форум разработчиков USB. После передачи технологии WiMedia Alliance прекратил работу.^[2][3][4] В октябре 2009 года группа особого интереса Bluetooth отказалась от разработки UWB как части альтернативной технологии MAC / PHY, Bluetooth 3.0 / High Speed. Небольшое, но значительное количество бывших членов WiMedia не подписали и не подпишут необходимые соглашения для интеллектуальная собственность перевод. Группа Bluetooth теперь переключает свое внимание с UWB на 60 ГГц.^[5][6][7]

29 сентября 2010 года была анонсирована версия 1.1 спецификации Wireless USB.^[8] Он обеспечивает несколько улучшений с обратной совместимостью: поддержка верхней полосы UWB для частот 6 ГГц и выше, улучшенное управление мощностью и потреблением, а также поддержка NFC и ассоциация на основе близости.

Архитектура протокола

Стек протоколов беспроводной связи USB

Как уже упоминалось, модель USB сохраняется, и, как правило, вносятся незначительные изменения в соответствии с конкретными потребностями беспроводной системы. Изменения следующие сверху вниз:

• В функциональный уровень претерпевает только незначительные изменения для повышения эффективности и поддержки изохронизм.
• В уровень устройства включает ориентированные на беспроводную связь функции безопасности и управления устройствами.
• В автобусный слой не меняет своей функциональности, но существенно адаптирован для повышения эффективности и безопасности беспроводных сетей.

Изменения в USB

Замена медные провода на уровне шины вносит неоднозначность в фактическое состояние соединений между хостом и устройством и, что еще более важно, потенциально предоставляет полную доступность связи любому другому устройству в пределах диапазона распространения, тогда как по проводам они были достаточно безопасными. Следовательно, должны быть установлены явные безопасные отношения. Для этого уровни шины и устройства включают необходимые ресурсы для использования функциональным уровнем. Каждая передача W-USB шифруется на уровне шины без ухудшения горизонтальной связи между уровнями.

Шина следует по протоколу TDMA. опрос подход под присмотром хозяина. Перевод состоит из трех частей: жетон, данные и рукопожатие. По соображениям эффективности несколько токенов, содержащих информацию о времени для устройств, могут быть сгруппированы в один, таким образом формируя группы транзакций. Управление потоком и размеры пакетов регулируются для повышения энергоэффективности с соблюдением требований высокого уровня. труба модель связи между источником и получателем.

Даже сохранение типичной для модели USB частоты ошибок в беспроводных средах требует изменений в механизмах, используемых для достижения указанной модели: среди прочего, квитирование данных и буферизация.

UWB определяет уровни PHY и MAC, которые необходимо интегрировать в модель W-USB. В частности, MAC соединяется с управление логической связью (LLC) подуровень для формирования уровень связи, отвечает за шифрование / дешифрование, управление ошибками PHY и синхронизацию, в то время как сам PHY обеспечивает правильность заголовков, а не полезной нагрузки.

Уровень MAC особенно важен для W-USB. Оно использует суперкадры разделен на 256 временные интервалы, первые из которых посвящены передаче сигнальная информация. Слоты могут быть дополнительно выделены для удовлетворения потребностей кластеров устройств, также идентифицируемых MMC (см. Ниже). Хост поддерживает один или несколько каналов связи W-USB и полностью осведомлен об уровне MAC, тогда как устройству необходимо использовать только определенный интерфейс W-USB для связи по существующим каналам.

В устройствах есть три степени сознания MAC. Самый высокий из них соответствует самосигнальное устройство, который может выполнять маячок самостоятельно. Следующая степень представляет сигнальные устройства, которые не знают о кадрах MAC и имеют ограниченные возможности передачи маяков, в зависимости от хоста, который должен обнаруживать и передавать маяк для ближайших устройств. Наконец, есть не сигнальные устройства, которые имеют очень ограниченные возможности передачи и приема; с другой стороны, устройства, которые не могут быть обнаружены хостом, не могут быть затронуты этими устройствами и не могут повлиять на них.

Таким образом, устройства, не передающие маяковые сигналы, могут работать только в непосредственной близости от хоста. Направленные и самосигнальные устройства должны иметь возможность идентифицировать свои скрытые соседи, что они делают, испуская маяки. Со своей стороны, хосты управляют глобальными таймерами с точностью, необходимой физической среде (20 промилле ). Время канала передается в MMC и используется для распределения слотов, поэтому важно, чтобы хосты выполняли точную передачу маяков. Устройства также могут передавать объявления о резервировании маяка.

Суперкадр включает в себя временные интервалы уведомления устройства для асинхронных передач, инициированных устройствами (которые не используют каналы, а вместо этого напрямую подключаются к уровню шины); хост динамически назначает слоты по мере необходимости. Помимо этого, транзакции W-USB между хостом и конечные точки выполняются как в USB.

Архитектура передачи данных

Транзакции используют микропланирование TDMA при соблюдении семантики USB. А протокол раздельной транзакции используется для одновременного выполнения нескольких транзакций. Это связано с концепцией группы транзакций, которая состоит из команда микропланированного управления (MMC) и выделенные временные интервалы для выполнения связанной с ним рабочей нагрузки.

Беспроводная передача данных, как правило, сопряжена со значительными накладными расходами; для смягчения этого W-USB заменяет их на фаза данных в пакетном режиме, который группирует один или несколько пакетов данных, что сокращает разделители пакетов и промежутки между ними, в отличие от правила USB для одного пакета данных на транзакцию. Степень применения этой практики можно регулировать, что приводит к различной степени равенства между конкурирующими устройствами.

В спецификации определены четыре конкретных типа передачи данных; здесь кратко излагаются их отличительные особенности.

• Массовые переводы коснитесь канала, поскольку пропускная способность доступна. Доставка гарантирована, но ни скорость передачи, ни задержка не гарантируются, хотя хост может попытаться использовать ожидающие передачи или конечные точки. Они используются для передачи больших объемов, демонстрируя резкое изменение во времени. В них используются однонаправленные трубы.
• Прерывание передачи обслуживать короткие транзакции, требующие высокой надежности и низкой задержки. Гарантируется максимальный период обслуживания, а также количество повторных попыток в течение указанного периода.
• Изохронные переводы обеспечивают гарантированную скорость передачи и ограниченную задержку для попыток передачи, а также в среднем постоянную скорость передачи данных (хотя и зависит от среды, обычно сопоставимая со скоростью, достижимой с помощью проводного USB). Также существует как минимум одна гарантированная повторная попытка в течение периода обслуживания, и это обеспечивает дополнительную надежность против пакеты ошибок добавлением задержки к потоку в соответствии с емкостью буферизации; размеры полезной нагрузки можно регулировать. Тем не менее, в конечном итоге может потребоваться отказаться самые старые данные в буферах (получатель может быть проинформирован об объеме информации, отброшенной, пока канал не используется). Хосты будут отбрасывать данные, только если время презентации для пакета истекает.
• Контрольные переводы такие же, как в USB 2.0. Система использует политику максимальных усилий, но программное обеспечение может ограничивать доступ к каналу и доступную полосу пропускания для устройств.

Управление питанием также может влиять на передачу данных, так как устройства могут управлять потреблением энергии по своему усмотрению. Тот факт, что протокол связи основан на TDMA, означает, что и хост, и устройства точно знают, когда их присутствие не требуется, и могут использовать это для перехода в режимы энергосбережения. Устройства могут отключать свои радиомодули прозрачно для хоста, сохраняя при этом свои соединения. Они также могут отключаться на длительный период времени, если они предварительно уведомили хост, поскольку они будут игнорировать все сообщения от указанного хоста. В конце концов, устройство запустит процедуру пробуждения и проверит незавершенные работы.

В свою очередь, хост обычно отключает свое радио, когда оно не нужно. Если он решает остановить канал, временно перейти в режим гибернации или выключения, он должен уведомить устройства, прежде чем он сможет это сделать.

Варианты совместимости со старым оборудованием

Архитектура WUSB позволяет напрямую подключать к хосту до 127 устройств. Поскольку нет проводов или портов, больше нет необходимости в концентраторах.

Однако, чтобы облегчить переход от проводного к беспроводному, WUSB представил новый Проводной адаптер устройства (DWA) класс. DWA, который иногда называют «концентратором WUSB», позволяет использовать существующие устройства USB 2.0 по беспроводной сети с хостом WUSB.

Возможность хоста WUSB может быть добавлена ​​к существующим ПК с помощью Хост-проводной адаптер (HWA). HWA - это устройство USB 2.0, которое подключается извне к USB-порту настольного компьютера или ноутбука или внутренне к интерфейсу MiniCard ноутбука.

WUSB также поддерживает двухролевые устройства (DRD), который помимо того, что является устройством WUSB, может функционировать как хозяин с ограниченными возможностями. Например, цифровая камера может действовать как устройство при подключении к компьютеру и как хост при передаче изображений непосредственно на принтер.

Связь

W-USB взаимодействует с проводным USB через проводные адаптеры

W-USB может формировать настоящие USB-системы, состоящие из хоста, устройств и поддержки взаимодействия. Он реализует USB ступица модель, в которой можно сформировать до 127 беспроводных устройств двухточечные ссылки (спицы) с хостом (хабом). Хост-контроллер уникален в системе и обычно встроен в рабочий компьютер, хотя он может быть подключен к нему через простое соединение USB, возможно, также беспроводное. Такая топология похожа на звездная сеть (но все коммуникации строго по схеме точка-точка, а не между устройствами).

Чтобы обеспечить возможность подключения обычных проводных USB-устройств, спецификация определяет: адаптеры провода устройства. Точно так же хосты подключаются к системам W-USB с помощью адаптер провода хоста. Несмотря на то, что физический уровень основан на Ultra-WideBand, устройства W-USB имеют полностью совместимый интерфейс USB. Физический уровень может поддерживать широкий диапазон скоростей передачи, три из которых определены как поддерживаемые в обязательном порядке: 53,3, 106,7 и 200 Мбит / с, все другие возможные скорости UWB являются необязательными для устройств (хосты должны поддерживать их все).

Устройства W-USB классифицируются так же, как и традиционные USB. Из-за наличия проводных адаптеров традиционные концентраторы USB не нужны. Устройство поддерживает один или несколько каналов связи с хостом и выделяет конечную точку 0 для канала управления USB. Информация о типе устройства доступна через этот канал.

Соединения с хостом создаются посредством сообщения об установлении, отправляемого в определенный момент. И хост, и устройство могут затем пройти аутентификацию, используя свои уникальные ключи; если процесс завершается успешно, хост назначает устройству уникальный адрес USB, после чего устройство становится видимым для протокола USB. Поскольку модель подключения допускает отключение на лету без предупреждения, подключения всегда должны оставаться активными. Помимо принудительных отключений хоста или устройства, длительные периоды бездействия могут запускать одни и те же механизмы завершения.

Кроме того, у хостов W-USB есть другие обязанности, выходящие за рамки проводного хоста; а именно, их подуровень MAC отвечает за надзор за соответствием уровней MAC устройства. При необходимости это требует оказания им помощи в выполнении их обязанностей по передаче маяков и обработке данных по передаче маяков, которые могут быть им отправлены. Кроме того, радиосвязь UWB и связанная с ней полоса пропускания могут использоваться совместно с другими объектами, и хост должен убедиться, что определенные политики удовлетворяются; в соответствии с совместным использованием (которое может быть скоординировано во избежание помех) он сможет предложить полную или частичную функциональность.

Отношение к сверхширокополосной

СШП - это общий термин для радиосвязи с использованием импульсов энергии, которые распространяют излучаемую радиочастотную энергию на 500 МГц + спектра или превышают 20% относительной ширины полосы частот в диапазоне частот от 3,1 ГГц до 10,6 ГГц, как это определено постановлением Федеральной комиссии связи, выпущенным для СШП в феврале. 2002. UWB не является специфическим для WiMedia или какой-либо другой компании или группы, и на самом деле существует ряд групп и компаний, разрабатывающих технологию UWB, совершенно не связанную с WiMedia. WUSB - это протокол, опубликованный Форум разработчиков USB который использует радиоплатформу WiMedia UWB. Другие протоколы, объявившие о своем намерении использовать радиоплатформу WiMedia UWB, включают Bluetooth и протокол управления логическим каналом WiMedia.^{[нужна цитата ]}

Wireless USB против 60 ГГц

Несколько проблем отличают Wireless USB от других предлагаемых / конкурирующих стандартов, которые используют диапазон 60 ГГц, например: WiGig:

Поле зрения

На частоте 60 ГГц радиосвязь блокируется любым вмешивающимся объектом, что подразумевает необходимость открытого Поле зрения. Беспроводной USB основан на Сверхширокополосный (UWB), которая работает в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц и, таким образом, может проходить через промежуточные тела.

Мобильность

Технология 60 ГГц привлекательна для рынка беспроводного видео, потому что она должна обеспечивать беспроводную связь с несколькими гигабитными скоростями.^[9] Чтобы поддержать такие высокие требования, основные MAC слой должен уметь обрабатывать этот огромный объем данных. Для этих требований изделиям на базе 60 ГГц требуется более высокое энергопотребление и больше электроники, которые менее подходят для мобильных устройств или устройств.

Сравнение цифровых радиочастотных систем

Безопасность

Надежность - одна из основных задач, на которых построена спецификация, и поэтому управление ресурсами и подключение / отключение устройств становится даже более важным, чем в проводном USB. Потеря и повреждение пакетов решаются через таймауты а также аппаратная буферизация, гарантированные повторные попытки (как указано в описании моделей передачи) и другие управление потоком методы. Если политика синхронизма не может поддерживаться, ошибки могут обрабатываться аппаратно или программно (повторные попытки, максимальное количество неудачных попыток, решения по восстановлению после сбоев и т. Д.).

Хост W-USB пытается снизить ненадежность беспроводной среды (10% ошибок считается приемлемым для пакетов размером 1 КБ; в проводных средах это значение обычно составляет около 10%).⁻⁹) ведение счетчиков и статистики для каждого устройства и возможность запроса информации от них. Он также может получить доступ и изменить управление мощностью передачи функции каждого устройства, а также изменять параметры передачи, такие как размер полезной нагрузки данных и настройки полосы пропускания.

Основное внимание всегда уделяется обеспечению качества обслуживания, сопоставимого с традиционным USB. Провода предлагают очень высокий уровень безопасности (с учетом типичной доверенной рабочей среды), поэтому стандартный USB не имеет с этим дело, даже если он не препятствует его применимости или реализуемости; W-USB явно управляет безопасностью, но вместо того, чтобы использовать основу UWB, он разрабатывает модель, которая действительна для USB в целом. Из-за этого его нужно добавить в общий USB плоскость управления устройством.

Для существования связи должны быть установлены безопасные отношения. Они должны иметь определенную цель и ограничивать членство в группе, которая служит основой доверия для выполнения желаемой работы. В проводных системах передача данных подразумевает контролируемое физическое соединение; это переводится в область беспроводной связи через концепцию право собственности: пользователь выражает доверие устройствам, которые, в свою очередь, подтверждают это доверие другим (взаимодействуя в так называемых церемонии), чтобы сформировать желаемые ассоциации. Идентификатор USB-адреса - это знак доверия владельца. Приложениям могут потребоваться другие базы доверия, которые напрямую не поддерживаются данной моделью USB, и в этом случае они могут быть реализованы поверх основного стека USB.

Более того, доверие необходимо поддерживать, иначе оно истечет. После получения группового ключа кластера устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, подтверждая его присутствие в каждом таймаут доверия граница, равная четырем секундам. Если ему не удается выполнить это требование, требуется повторная аутентификация.

Следуя естественной асимметрии USB, хост инициирует все процессы (кроме сигнализации), безопасность не является исключением. К устройствам направляются запросы безопасности, чтобы определить их возможности безопасности, после чего можно выбрать соответствующие устройства. Стандарт, симметричное шифрование метод AES-128 с участием СКК, хотя Открытый ключ шифрование может использоваться для первоначальной аутентификации (а именно, отправка только начального ключа CCM) при условии, что достигнутый уровень безопасности сопоставим (на практике с использованием 3072-битного ЮАР и SHA-256 для хеширования).

Обратите внимание, что есть разница между отмычки и ключи сеанса. Мастер-ключи долговечны и обычно работают как общий секрет или как средство распространения сеансовых ключей, которые, в свою очередь, не переживают соединение, для которого они были созданы, и обычно служат функциональным механизмом шифрования / дешифрования. В конкретном поле заголовка указывается, какой из возможных ключей следует использовать. Также важно отметить, что механизмы предотвращения повторного воспроизведения требуют наличия счетчиков, которые обновляются при действительных приемах. Диапазон этих счетчиков еще больше ограничивает срок службы ключей сеанса.

Конкуренты

Существуют и другие формы USB по беспроводной связи, например, основанные на конкурирующей прямой последовательности. сверхширокополосный технология от Cable-Free USB.^[12] То же самое верно и для других радиочастотных систем замены проводов, которые могут нести USB. В результате имя Сертифицированный беспроводной USB был принят, чтобы позволить потребителям определять, какие продукты будут соответствовать стандарту и будут поддерживать правильный протокол и скорость передачи данных.

Также существует USB over IP, который может использовать IP-сеть для беспроводной передачи USB-трафика. Например, с соответствующими драйверами сторона хоста может использовать Wi-Fi 802.11a / b / g / n / ac (или проводной Ethernet ) для связи со стороной устройства.^[13]

Media Agnostic USB

По состоянию на 2013 год^{[Обновить]}, Media Agnostic USB (MA USB) - это спецификация, разрабатываемая Форум разработчиков USB. Он предназначен для обеспечения связи с помощью универсальная последовательная шина (USB) протокол для работы с широким спектром физических средств связи, включая Wi-Fi и WiGig беспроводные сети.^[14] Протокол разрабатывается на основе Wi-Fi Альянс предыдущий Расширение последовательного порта WiGig Технические характеристики.^[15][16]

Media Agnostic USB отличается от предыдущих беспроводных протоколов USB, таких как Certified Wireless USB, и их не следует путать с ними.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

• Официальный веб-сайт
• Характеристики:
  • USB 1.0
  • USB 2.0
• Wireless USB Promoter Group
• Сертифицированные беспроводные USB-продукты на USB IF
• WiMedia Alliance
  • Последняя таблица нормативного статуса WiMedia
• Статьи:
  • Проблемы перехода на беспроводной USB
  • 5 шагов к обеспечению качества беспроводного USB