Технология USB освобождается от проводов

Топология WUSB

   Требования к проектированию

   Производительность

   Потребляемая мощность радиосистемы и управление энергопотреблением

Варианты применения

Безопасность и соединение устройств

Будущее технологии WUSB

 

Беспроводные технологии не только стремительно отвоевывают нишу локальных (а теперь уже и глобальных) сетей, но и постепенно начинают использоваться для создания беспроводного офиса, когда все периферийные устройства (будь то принтер, сканер, внешний жесткий диск, цифровая камера или проектор) подключаются к компьютеру беспроводным способом. Однако использование для этого таких беспроводных технологий, как Bluetooth или протоколы семейства 802.11, имеет ряд ограничений. Дело в том, что основной недостаток этих протоколов заключается в их сравнительно небольшой полосе пропускания. Поэтому в тех случаях, когда речь идет о приложениях, которым требуется высокая скорость передачи, как, например, при передаче мультимедийного контента, использование данных беспроводных технологий ограничено.

Таким образом, перед разработчиками встала необходимость разработать новую технологию беспроводного доступа, отличающуюся высокой пропускной способностью при небольшом радиусе покрытия. Основой данной технологии, получившей название Ultra WideBand (UWB), является сверхширокополосная связь. UWB — это беспроводная технология, обеспечивающая обмен данными по радиоканалу между бытовыми электронными устройствами, периферийными устройствами ПК и мобильными устройствами на небольших расстояниях с очень высокой скоростью и малыми затратами энергии. Данная технология идеально подходит для беспроводной передачи высококачественного мультимедийного контента, например потокового цифрового видео от цифрового записывающего видеоустройства на телевизионное устройство стандарта ТВЧ (телевидение высокой четкости), или для беспроводного соединения мобильного ПК с проектором во время презентации.

Благодаря широкому радиочастотному диапазону технология UWB позволяет передавать по беспроводному каналу на небольшие расстояния (например, в пределах дома или небольшого офиса) значительно большие объемы данных и за меньшее время, чем традиционные беспроводные технологии. В сочетании с малым энергопотреблением и импульсным характером передачи данных это позволяет достигать высокой скорости передачи данных без помех со стороны оборудования других применяющихся сегодня беспроводных стандартов, таких как Wi-Fi, WiMAX и стандарты сотовой связи.

В качестве примера высокоскоростной беспроводной технологии соединения устройств, которая может базироваться на технологии UWB, можно назвать беспроводной интерфейс USB (Wireless USB). Технология USB широко применяется для подключения внешних устройств к ПК, постепенно распространяясь и на устройства бытовой электроники, и на различные мобильные устройства. Сегодня этот высокоскоростной и эффективный интерфейс подключения освобождается от проводов, поскольку функциональность традиционной проводной технологии USB обеспечивается и без кабелей.

Этот новый этап в развитии технологии USB находится в центре внимания группы Wireless USB Promoter Group, разрабатывающей спецификации, которые в конечном счете станут стандартом для новой технологии. Решение об образовании Wireless USB Promoter Group было объявлено на весеннем Форуме Intel (IDF) для разработчиков этого года. В состав группы входят семь отраслевых лидеров: Agere Systems, HP, Intel, Microsoft, NEC, Philips Semiconductors и Samsung Electronics, а в задачи Wireless USB Promoter Group включена разработка спецификации Wireless USB (WUSB). К настоящему времени уже достигнуты определенные результаты — разработана спецификация WUSB с установленной пропускной способностью 480 Мбит/с. Данная спецификация поддерживает модель использования и архитектуру, которые применяются в проводной технологии USB для высокоскоростного подключения периферийных устройств к хост-компьютеру. Это позволит быстрее перевести сегодняшние проводные USB-решения на новые беспроводные технологии.

Топология WUSB

Б азовыми элементами инфраструктуры WUSB являются 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 устройств называется кластером. Описанные соединения относятся к типу «точка—точка» и осуществляются между WUSB-хостом и WUSB-устройством.

 

Рис. 1. Топология WUSB

WUSB-хост с логически подключенными к нему WUSB-устройствами (максимальное число — 127) образует неформальный WUSB-кластер. Такие кластеры сосуществуют в перекрывающейся пространственной среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет нескольким WUSB-кластерам функционировать в пределах общей зоны действия радиоизлучающих устройств.

Указанная 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 получить доступ к данным, расположенным за пределами кластера, к которому в текущий момент подключено это устройство. Для этого устройство должно создать второй кластер, выступая в качестве хоста с ограниченными возможностями.

Следует отметить, что данная технология должна допускать высокую пространственную плотность размещения устройств на ограниченной площади — это необходимо для обеспечения высокоскоростного доступа нескольких устройств одновременно. В одной и той же пространственной зоне могут одновременно действовать несколько каналов; топология обеспечивает функционирование нескольких кластеров в одной зоне, причем количество поддерживаемых кластеров пока окончательно не определено.

Требования к проектированию

Существует несколько архитектурных требований к разрабатываемым WUSB-устройствам. Помимо возможности беспроводного подключения, WUSB-устройства должны обладать обратной совместимостью с проводной технологией USB и обеспечивать мостовые соединения с проводными USB-устройствам. Кроме того, для обеспечения возможности обмена между кластерами или устройствами из разных кластеров необходимо иметь специальный хост и соответствующие решения.

Для успешного распространения описываемой технологии важно, чтобы стоимость WUSB-устройств была невысокой. Разрабатываемые устройства будут точно следовать модели подключения, используемой в проводной технологии USB, что позволит сократить сроки разработки и сохранить эту недорогую и простую в использовании модель, которая получила широкое распространение в секторе персональных компьютеров.

Производительность

Первые WUSB-устройства будут иметь пропускную способность, достаточную для удовлетворения потребностей типичного пользователя устройств с проводным подключением. Намеченная на первом этапе пропускная способность технологии WUSB — 480 Мбит/с — сопоставима с аналогичными показателями стандарта USB 2.0 для проводной технологии USB. В дальнейшем спецификация WUSB обеспечит увеличение пропускной способности по мере совершенствования сверхширокополосных радиотехнологий и методов обработки сигнала, в результате чего эта величина должна превысить 1 Гбит/с.

В соответствии с рассматриваемой 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 будет поддерживать высокие объемы потокового трафика (изохронная передача).

Потребляемая мощность радиосистемы и управление энергопотреблением

Ожидается, что мощность радиосистемы (мощность, потребляемая только радиоэлементами) будет удовлетворять самым строгим требованиям, предъявляемым мобильными и портативными устройствами, для которых время работы от батарей является важнейшим фактором. Так, потребляемая мощность для типичного карманного ПК без радиоподключения составляет 250-400 мВт, для мобильного телефона — 200-300 мВт при работе с базовой сетью сотовой связи. Таким образом, потребляемая мощность технологии WUSB должна примерно соответствовать показателям существующих беспроводных технологий.

Устройствам с питанием от батарей требуются адекватные сроки автономной работы: от 2-5 дней — для высокомобильных устройств и несколько месяцев для эпизодически используемых устройств, например для пультов дистанционного управления. WUSB-устройства должны удовлетворять указанным требованиям. На первом этапе допустимая потребляемая мощность WUSB-радиоустройств будет ограничиваться значением 300 мВт, но со временем будет понижена до 100 мВт.

В начало В начало

Варианты применения

В связи с расширением использования цифрового контента в персональных компьютерах, в бытовой электронике и в мобильных коммуникационных устройствах появилась необходимость в едином стандартном средстве соединения, которое должно соответствовать происходящему сегодня процессу конвергенции в отношении указанных устройств. Постепенный переход к удобной беспроводной доставке цифровой информации создает предпосылки для создания единого и стандартизованного беспроводного средства подключения, которое подойдет для разных областей применения.

Для устройств бытовой электроники необходим высокоскоростной беспроводной интерфейс. Модель использования, характерная для этой сферы (рис. 2), будет ориентирована на доставку потокового медиаконтента с преобладающим применением алгоритмов сжатия информации. Производительность соединений должна обеспечивать высокое качество сервиса, соответствующее потребностям типичного потребителя развлекательного контента.

 

Рис. 2. Варианты использования WUSB в бытовой электронике

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, обеспечит одновременную доставку нескольких потоков видео стандарта HDTV. Буферизация на уровне хостов создаст сетевую магистраль для эффективного распределения контента по всем хостам-потребителям, в результате чего пользователи получат более высокое качество услуг.

Бизнес-применения технологии WUSB включают несколько различных вариантов. Устройства общего пользования, такие как принтеры, сканеры, жесткие диски и проекторы, могут применяться и в беспроводном сценарии использования и будут функционировать так же, как при использовании проводных средств USB, но, конечно, без всяких проводов. Офисные серверы корпоративной сети могут быть переведены на технологию WUSB, которая обеспечит более высокую пропускную способность, чем совместно используемые сетевые устройства.

В начало В начало

Безопасность и соединение устройств

Технология WUSB обеспечит такую же степень безопасности, как и проводная технология USB. Механизмы безопасности, действующие на уровне соединений между устройствами, разрешат соответствующему устройству функционировать только при условии предварительного соединения и аутентификации этого устройства. Более высокие требования безопасности, использующие шифрование, будут реализованы на уровне приложений. Вычислительная нагрузка, обусловленная функционированием механизмов безопасности, не окажет заметного влияния на общую производительность и не приведет к повышению стоимости устройств.

Одно из основных требований к реализации средств беспроводного подключения — простота установки и использования. Проводные соединения подразумевают определенную степень детерминированности, то есть конкретное устройство всегда подключено именно так, как определил сам пользователь при прокладке проводной сети. После прокладки проводной сети пользователь вправе рассчитывать на заданный уровень функциональности, а если его ожидания не оправдываются (например, разъем не соответствует требованиям), возможны стандартные способы решения проблем.

Беспроводные же соединения устройства в силу конкретных особенностей окружающей обстановки могут устанавливать маршруты соединения, не являющиеся самоочевидными. В действительности они 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 будет в состоянии взаимодействовать. Рассматриваемая технология будет использовать концепцию Тurn on and use it (включи и пользуйся) с упрощенной процедурой настройки.

В начало В начало

Будущее технологии WUSB

Как предполагается, сначала технология Wireless USB будет реализована в отдельных компонентах различных формфакторов, например в устанавливаемых во внутренние разъемы платах и подключаемых к внешним разъемам устройствах, а также во встраиваемых решениях.

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

 

По материалам журнала Technology@Intel

КомпьютерПресс 5'2004

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует