Технология Wireless 1394
Последовательная шина IEEE-1394 появилась уже почти два десятка лет назад. В 1986 году инженеры из Apple Computer предложили идею нового высокоскоростного последовательного интерфейса. Одновременно был зарегистрирован и торговый знак FireWire, с которым у потребителей ассоциируются современные устройства, использующие этот стандарт.
сследовательская
группа, куда вошли представители ведущих компаний Силиконовой долины, в том
числе Hewlett-Packard, National Semiconductor, Intel, уже в 1987 году смогла
представить черновой вариант стандарта 1394. Первоначальный драфт (то есть черновой
вариант стандарта) описывал последовательный интерфейс со скоростями работы
2 и 8 Мбит/c, что по меркам восьмидесятых было весьма неплохим, но совсем не
фантастическим показателем. Однако большой интерес к новому стандарту со стороны
именитых разработчиков был вызван в первую очередь высоким потенциалом последовательной
архитектуры интерфейса и гораздо более простой, по сравнению с параллельным
интерфейсом, интеграцией в потребительские устройства.
Спецификации стандарта были разработаны консорциумом, куда помимо Apple Computer входили десятки компаний. Сегодня консорциум, именуемый 1394 Trade Association, объединяет свыше 170 компаний-производителей. На принятие первого стандарта IEEE-1394-1995 ушло довольно много времени — с одной стороны, из-за противоречий, всегда присутствующих при совместной разработке, а с другой стороны, вследствие неизбежного улучшения и развития технологии, присущего всем длительным проектам. В любом случае, появление первой версии стандарта в 1995 году было весьма своевременным, поскольку именно в этот период массовый рост рынка персональных компьютеров и появление его мультимедийной составляющей вызвали потребность в соответствующей потребительской электронике.
Следующие несколько лет прошли под знаком борьбы FireWire с другим быстро набравшим силу последовательным интерфейсом — USB. Принятый в 2000 году стандарт 1394а, или 1394-2000, содержал значительное количество уточнений, а также обеспечивал гарантированную совместимость FireWire-устройств благодаря появлению OHCI (Open Host Controller Interface). В 2002 году получила развитие новая редакция стандарта, названная 1394b (1394-2002). По сравнению с предыдущей скорость обмена в ней увеличилась в четыре раза — с 400 до 1600 Мбит/с (поддерживается также 800 Мбит/с); уже есть решения от различных производителей, таких как Texas Instruments и Philips, которые обеспечивают пропускную способность до 3,2 Гбит/с.
Каковы же основные характеристики IEEE-1394?
Интерфейс FireWire поддерживает как синхронную, так и асинхронную передачу данных, предоставляя возможность подключения до 63 устройств на один порт. При этом поддерживаются скорости передачи 100, 200, 400, 800, 1600, 3200 Мбит/с. Важно отметить, что шина поддерживает одновременную работу устройств с разной скоростью обмена. Для связи, как правило, служит медный кабель, хотя можно использовать и оптическую среду передачи данных (оптоволокно). Одна пара обеспечивает питание, а две являются сигнальными. Длина сегмента FireWire может достигать 4,5 м. Сеть FireWire может включать до 63 узлов, а несколько сетей могут быть соединены между собой мостами (до 1023).
В сети IEEE-1394 используется 64-битная адресация. Первые десять бит являются идентификатором шины (bus_ID, 0..1023), следующие шесть — идентификатором узла (physical_ID, 0..63), остальные 48 бит определяют локальную (виртуальную) область памяти.
Доступны различные режимы передачи данных. В асинхронном режиме при операциях с пакетами переменной длины осуществляется так называемая доставка с подтверждением; в случае возникновения ошибок повторная передача гарантирует целостность и доставку данных. В изохронном режиме, используемом для передачи аудио- и видеопотоков, применяется разбиение данных с временным разделением между потоками.
К достоинствам FireWire нужно отнести в первую очередь изохронный режим работы, обеспечивающий гарантированную полосу пропускания для мультимедийных приложений. Кроме того, поддерживаются рlug-n-play и горячее подключение. Однако изохронный режим передачи налагает и определенные требования. К примеру, при доставке цифрового видео поток разделяется на конечное количество видеопакетов, поэтому должна быть обеспечена их корректная сборка на стороне адресата — в правильном порядке следования и соответственно временной шкале. Следовательно, необходим механизм, гарантирующий качество сервиса (Quality of Service, QoS).
Поскольку IEEE-1394 является протоколом, основанным на пакетной передаче данных, становится возможным осуществлять его привязку к транспортным протоколам. В отношении беспроводных соединений можно сказать, что существующие сегодня стандарты передачи данных, такие как 802.11 a/b/g, обладают значительно меньшей полосой пропускания, чем IEEE-1394, а потому разработка стандарта для беспроводной связи FireWire-устройств представляется довольно непростой задачей. Сегодня в области «беспроводного 1394» трудятся несколько групп разработчиков, среди которых наиболее заметных результатов добился консорциум 1394 Trade Association (1394 TA).
Несколько лет назад этот консорциум основал группу WWG (Wireless Working Group), задачей которой стала разработка механизмов взаимодействия между традиционными проводными сетями и беспроводными доменами потребительской электроники и компьютерных сетей. Ключевой идеей при создании таких сетей становится построение мостов между разнородными сетями.
Предложенная модель уровня общей архитектуры (Common Architecture Layer, CAL) содержит два подуровня: уровень абстракции протокола (Protocol Abstraction Layer, PAL) и ассоциированный с ним уровень интерфейса протокола (Protocol Interface Layer, PIL). Уровни PAL и PIL определяют способ построения сетей для передачи данных 1394 over 802.11. При этом требуется адаптировать методы IEEE-1394 (режимы передачи, транзакции, адресацию) для использования в сетях стандарта 802.11 (с реализацией стандарта построения сетей 1394.1). В общем виде модель Common Architecture Layer изображена на рис. 1.
На рис. 2 показана упрощенная схема моста 1394 — 802.11. Подобная реализация требует наличия специального буфера памяти, поскольку скорость передачи данных у используемых стандартов различна.
Такой беспроводный мост позволяет осуществлять построение гетерогенных сетей, рассчитанных как на использование различного мультимедийного оборудования совместно с компьютером, так и на бытовое применение. Как видно из рис. 3, благодаря используемой схеме для соединения устройств потребительской электроники требуется лишь наличие мостов 1394 — 802.11.
Для беспроводного соединения сетей IEEE-1394 японская компания NEC разработала альтернативный вариант, в котором связь осуществляется посредством двух повторителей (repeaters), функционирующих в инфракрасном диапазоне. Устройства, оснащенные двумя светодиодами и специально разработанным контроллером, способны реализовать передачу данных между сетями FireWire со скоростью 125 Мбит/с на расстояние свыше 10 м. Продемонстрированное компанией-разработчиком решение отличается невысокой стоимостью (менее 100 долл.), к тому же увеличение количества излучателей позволяет повысить скорость и/или дальность соединения.
Компания Magis Networks продемонстрировала свое решение, позволяющее осуществлять беспроводное подключение HDTV-приемника. Разработанный ею чип Magis Air5 обеспечивает устойчивое соединение с гарантированным качеством со скоростью 40 Мбит/с при дальности до 75 м. Отметим, что для телевидения высокой четкости (High Definition Television, HDTV) требуется полоса пропускания около 30 Мбит/с, а это значит, что можно одновременно с трансляцией видеопотока осуществлять доставку других цифровых данных. Несмотря на то что работает устройство на основе Magis Air5 в нелицензируемом для большинства стран диапазоне 5 ГГц, оно не является реализацией стандартов 802.11a/g.
Добавим, что, как и в более традиционных сетях 1394, в беспроводных сетях на основе 802.11 начиная с 2002 года используется технология защиты цифрового мультимедийного наполнения DTCP (Digital Transmission Content Protection). Применение системы шифрования и защиты информационного наполнения в PAL для IEEE 802.11 было одобрено организацией Digital Transmission Licensing Administrator, куда входят такие компании, как Hitachi, Intel, Matsushita, Sony и Toshiba (известные все вместе как 5C). DTCP позволяет не только осуществлять защиту авторских прав, но и предотвращать перехват передаваемой информации. Используются алгоритмы шифрования M6, Data Encryption Standard (DES), модифицированный Blowfish.
Кроме того, поскольку основной сферой применения FireWare является бытовая электроника, необходим специально разработанный механизм, позволяющий потребительским устройствам осуществлять прямое взаимодействие. Речь идет об архитектуре взаимодействия бытовых аудио/видеоприборов Home Audio-Video interoperability (HAVi), которая была разработана восемью ведущими производителями бытовой электроники (Grundig, Hitachi, Matsushita, Philips, Sharp, Sony, Thompson и Toshiba) в качестве основы распределенной домашней сети. Архитектура HAVi, базирующаяся на интерфейсе IEEE-1394, предлагает горячую систему подключения типа plug-n-play, а также взаимодействие бытовых устройств независимо от марки производителя и единый, простой в использовании интерфейс пользователя для управления всем спектром подобной техники аудио/видеоустройств.
Конечно, несмотря на то что сети IEEE-1394 можно использовать для реализации взаимодействия между потребительской бытовой техникой (пусть и высокоинтеллектуальной) и компьютерами, не стоит рассматривать их как реальную альтернативу традиционным сетям. Сети FireWire, а тем более беспроводные — пока еще экзотика не только в нашей стране, где под сомнение можно поставить саму идею доставки мультимедийного информационного наполнения, но и на продвинутом Западе. Высокий интерес к этой теме обусловлен в первую очередь бурным ростом рынка цифровых видеокамер и другой близкой к компьютерам техники, а также различными модными теориями о том, как должен выглядеть цифровой дом в новом тысячелетии. Идея такого дома, где всё и вся будут осуществлять беспроводные коммуникации, настолько же заманчива и интересна, насколько и далека от российских реалий. Что ж, поживем — увидим. В конце концов, проводные сети еще никто не отменял.
