Wireless USB. Часть 2 / Сети и коммуникации

После написания первой вводной части о новом беспроводном протоколе Wireless USB в конце марта 2005 задача о поверхностном (на уровне пользователя) пересказе возможностей и перспектив использования технологии показалась мне в целом выполненной. И действительно: финальных спецификаций стандарта на тот момент еще не было, так что с детальным изложением подробностей для "продвинутых" читателей можно было особенно не спешить.

Действительность оказалась куда проворнее моих неспешных исследований WUSB. В марте 2005 произошли два ключевых события относительно судьбы нового стандарта: были приняты черновые спецификации Wireless USB версии 0.95, плюс примерно в то же время два основных разработчика технологии, альянсы WiMedia Alliance и MBOA-SIG объявили об устранении противоречий и объединении усилий в дальнейшей разработке WUSB.

После этого события развивались более чем стремительно: уже в конце мая на форуме Wireless USB Developers Conference была объявлена финальная версия Wireless USB 1.0, что наконец-то ликвидировало возможности разночтения "сырых" спецификаций и вывело WUSB в разряд ратифицированных, "готовых к употреблению" в коммерческих масштабах стандартов. А мне наконец-то представилась возможность закончить начатое повествование без всяких многоточий.

Итак, сегодня, наряду с базовыми положениями спецификаций Wireless USB 1.0, в этом материале будут изложены прикладные перспективы внедрения стандарта. Разобравшись с физикой процесса и формами реализации Wireless USB, нам останется только ждать появления первых устройств нового стандарта в магазинах.

Дополнительно хотелось бы подчеркнуть, что в рамках этого материала разобраны лишь базовые принципы работы технологии и основы реализации спецификаций; на деле, как и всякий промышленный стандарт, Wireless USB 1.0 описан множеством документов, нормирующих все мыслимые и немыслимые параметры, включая такие страсти, как влажность и атмосферное давление. На самом деле требования стандарта достаточно жесткие и сделано это для достижения полной совместимости изделий многочисленных компаний, которые, несомненно, со временем "застолбят" под себя часть этого многообещающего рынка.

В рамках этого исследования основополагающих документов стандарта будут рассмотрены все ключевые аспекты формирования и передачи сигнала; также немного коснемся реализации Wireless USB 1.0 на практике.

Миссия Wireless USB

Список беспроводных интерфейсов самой различной производительности и назначения в настоящее время столь широк, что невольно возникает законный вопрос: какой там ещё Wireless USB, в какой диапазон его "заталкивать" и нужен ли он на самом деле, не является ли это прихотью производителей?

Место Wireless USB в современном и будущем "беспроводном мире"

На самом деле, при внимательном изучении возможностей современных беспроводных технологий можно заметить приличную брешь: интерфейсов много, но нет ни одного, который был бы "заточен" специально для обмена мощными потоками мультимедийного контента на близкие расстояния, то есть, что-то вроде проводных USB и FireWire. Такие технологии как Bluetooth (даже в самой современной версии 2.0 с максимальным трафиком до 2,1 Мбит/с) и Zigbee могут справиться разве что с передачей стереосигнала на наушники, ни о каком обмене видео речи идти не может.

С другой стороны, имеется пул более производительных интерфейсов Wi-Fi, способных уже сейчас обеспечить трафик до 54 Мбит/с, а в перспективе - до 100 Мбит/с. Но и здесь не без изъяна: интерфейсы эти все же в первую очередь "среднемагистральные" и нацелены в первую очередь на расстояния до 100 метров. Разумеется, никто не помешает пользоваться ими на коротких дистанциях 3 - 10 метров, тем не менее, в силу вступает другая проблема: ограниченное количество каналов в сочетании с приличным радиусом действия рано или поздно даст о себе знать, особенно в мегаполисах. К тому же даже пиковый трафик 100 Мбит/с, который в будущем обещает версия IEEE802.11n, никак нельзя назвать адекватной альтернативой нынешним 480 Мбит/с у проводного USB 2.0.

Рассуждать о возможности альтернатив в виде магистральных и "дальнобойных" стандартов вроде 3G/4G и WiMAX и вовсе как-то неуместно: в первом случае потому, что сотовые сети все же не бесплатны, во втором - все равно что поджаривать яичницу огнемётом, и в обоих случаях смешно говорить о расстояниях до 10 метров.

Иными словами, что-то вроде Wireless USB рано или поздно должно было возникнуть.

Следующий законный вопрос: как разместить новый и, судя по производительности, достаточно широкополосный интерфейс, если нынче частотные диапазоны и без этого более чем загружены? Единственный разумный выход - использование сверширокополосной модуляции (UWB, UltraWideBand) с низкой спектральной плотностью сигнала. Иными словами, сигнал как бы "размазывается" в виде своеобразного белого шума по широкому спектру частот. Использование выделенного для UWB на вторичной основе спектра частот фактически не оказывает влияния на работу других средств связи, поскольку пиковый уровень излучения практически не превышает этого самого эфирного уровня шумов.

Спектральная плотность UWB излучения

Как показано на слайде выше, рекомендованная FCC (Федеральной комиссией по электросвязи США) спектральная плотность излучения не должна превышать определенного уровня -41,3 дБм/МГц. Для других стран этот показатель может незначительно колебаться, хотя, можно предположить, что в конечном итоге рекомендации FCC все равно окажутся стандартообразующими. Ниже приведен сравнительный график ограничений спектральной плотности излучения для некоторых достаточно широко распространенных устройств и интерфейсов.

Сравнение спектральной плотности излучения

Теперь самое время перейти к подробностям реализации базовых основ Wireless USB - использованию частотных диапазонов, физическому PHY (Physical layer protocol) и MAC (Media Access Control) уровням интерфейса, его топологии, вопросам программной и аппаратной поддержки etc.

Топология Wireless USB

По аналогии с проводным USB, устройства Wireless USB обладают собственным адресом, получаемым при подключении или перечислении. Каждое устройство Wireless USB поддерживает один или несколько каналов для связи с хостом.

Каждое устройство Wireless USB может работать как MAC Layer устройство. Стандарт Wireless USB описывает три категории устройств, представляющие разные степени реализации механизма MAC Layer, от автосигнального" (self beaconing) типа до полного отсутствия его поддержки.

Базовыми элементами инфраструктуры WUSB являются концентратор и радиальные линии. В такой топологии хост-контроллер 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. Кстати, концентраторы в определении Wireless USB отсутствуют как класс по причине их полной невостребованности в такой архитектуре. WUSB-кластеры сосуществуют в перекрывающейся пространственной среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет функционировать нескольким WUSB-кластерам в пределах общей зоны действия радиоизлучающих устройств.

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 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.

Поскольку Wireless USB обратно совместим с проводной версией USB, также появляется возможность создавать прозрачные мосты на проводные USB устройства и хост-контроллеры, то есть, организовывать передачу данных между двумя кластерами. Двоякая модель использования Wireless USB, где slave-устройство обладает также ограниченными возможностями хост-контроллера, практически с ходу учитывает недочеты ранних версий проводного USB, устраненных лишь с появлением дополнительного протокола USB 2.0 - USB-On-The-Go.

В финальной версии возможности хост-контроллеров и клиентской части отлично иллюстрируются ниже приведенным слайдом:

Частотный спектр WUSB. Физический уровень MBOA PHY

Для начала познакомимся частотным спектром UWB сигнала и с принципом его формирования. В общем случае под UWB подразумевается любая радиочастотная технология, занимающая спектр с полосой более 20% несущей частоты передатчика, или работающая в диапазоне более 500 МГц. Комиссия Управления перспективных военных научно-исследовательских работ Министерства обороны США (DARPA) к сверхширокополосным относит системы и сигналы, обладающие коэффициентом Ν в пределах от 0,25 до 1:

Ν = (fв - fн)/(fв + fн)

...где fв и fн - верхняя и нижняя частота диапазона соответственно.

Стандарт Wireless USB основан на использовании технологии сверхширокополосной UWB (Ultra-Wideband) модуляции на базе рекомендаций MultiBand OFDM Alliance (MBOA) и WiMedia Alliance. В настоящее время частотный диапазон UWB шириной 7,5 ГГц окончательно оговорен лишь федеральной комиссией по связи США (FCC), утверждение UWB комиссиями связи Японии и Евросоюза находится в процессе.

MBOA и WiMedia Alliance являются открытыми индустриальными группами для продвижения стандартов персональных беспроводных сетей — WPAN (Wireless Personal Area Networks). Wireless USB будет одним из целой серии беспроводных интерфейсов, использующих технологию UWB. На деле в перспективе нас ожидает целый букет различных беспроводных интерфейсов с единой организацией протоколов адресации и физического уровня на базе спецификаций IEEE802.15.3.

Традиционно под сверхширокополосной модуляцией - UWB, подразумевается работа передатчика, при которой генерируются миллиарды импульсов в очень широком, порядка сотен мегагерц - нескольких гигагерц, частотном спектре. Приемная часть преобразовывает импульсы в данные путем отслеживания схожих последовательностей импульсов.

Под современной UWB технологией подразумевается применение модуляции мультиплексированием по ортогональным несущим частотам (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что как раз требует использования очень широких частотных диапазонов. В случае использования OFDM в сочетании с несколькими частотными диапазонами, мы получаем технологию MultiBand OFDM, имеющую значительные преимущества перед вариантами со сравнительно узкой полосой, например, IEEE802.11a, что выражается в легкой адаптации стандарта к требованиям комитетов электросвязи любых государств, возможности отличного масштабирования в будущем и обратной совместимости обновленных версий. Простой пример: не нравится законодателям какой-либо страны ширина требуемых поддиапазонов? Пожалуйста, отключаем запрещенные поддиапазоны, и в конце концов стандарт все равно вписывается в предъявленные требования.

Частотный план UWB по отношению к спектрам излучения современных радиоустройств изложен на иллюстрации ниже. Не удержусь от дополнительного комментария: совсем скоро на этом графике для нашей страны станет актуален еще один пик - в районе 2,1 ГГц, именно там будут излучать UMTS-устройства - телефоны, смартфоны и базовые станции сотовой связи третьего поколения (3G).

Распределение спектра излучения ключевых беспроводных технологий

На практике использование частотного диапазона 3,3 ГГц - 10,4 ГГц для UWB в настоящее время "легализовано" только в США: согласно ограничениям FCC Part 15, спектральная плотность излучения не должна превышать -41 дБ м/МГц. Работы по разрешению использования этого диапазона частот для UWB в Европе, Японии и Китае еще не закончены. Принятие стандарта в этих регионах ожидается в первой половине 2006 года, главным образом потому, что принятие рекомендаций UWB Международным союзом электросвязи (ITU) состоится только в конце 2005 года.

В случае со стандартом транспортного уровня MultiBand OFDM, на котором базируется Wireless USB, спектральный участок шириной 7,5 ГГц разделен на пять каналов и несколько отдельных 528 МГц поддиапазонов в каждом канале. На иллюстрации ниже указаны средние частоты для каждого диапазона.

Распределение частотного спектра UWB

Таким образом, в результате получается 14 поддиапазонов шириной 528 МГц каждый, сгруппированных в 5 частотных участков, при этом следует особо подчеркнуть, что каждый из 14 поддиапазонов применительно к стандарту Wireless USB обладает возможностью поддержки обмена данными со скоростью до 480 Мбит/с!

Главное, на чем настаивают разработчики UWB - всемирное законодательное разрешение использования 7,5 ГГц диапазона излучения таких устройств на нелицензируемой основе. Не исключено, что в отдельных странах для UWB будет разрешен не весь 7,5 ГГц диапазон.

Впрочем, даже это не помешает внедрению WUSB, поскольку за счет разделения спектра на каналы и поддиапазоны останется достаточно возможностей для манипулирования частотами в пределах каждого государства. Возможность динамического (или статического) подключения тех или иных участков позволяет удовлетворить требования любых национальных комитетов электросвязи (даже российского), разумеется, за счет "национальных" прошивок firmware в каждом отдельном случае. Кстати, именно на этом этапе знакомства с UWB становится понятна бездонная канальная емкость WUSB.

Однако вернемся к практической реализации вопроса. Из пяти каналов 7,5 ГГц диапазона MultiBand OFDM, согласно требованиям MBOA, поддержка самого первого канала - Channel 1, включающего в себя три первых частотных участка, является обязательным требованием для всех UWB устройств. Использование диапазонов в каналах со второго по пятый является необязательным.

Смысл именно такого деления на каналы и поддиапазоны не случаен и является подходящим сразу по нескольким причинам. Первая из них заключается в том, что подобная частотная организация обеспечивает поддержку одновременно до четырех частотно-временных режимов модуляции на канал (рисунок ниже - расклад для канала №1), или в сумме до 20 каналов для нынешнего деления MB-OFDM. На практике предполагается, что Wireless USB устройства первого поколения будут работать только в первом частотном участке (Band#1 - Band#3).

Распределение частотного спектра UWB

Вторая причина, может быть, не такая уж яркая, но вполне актуальна для некоторых регионов: за счет гибкого манипулирования с активизацией поддиапазонов можно безболезненно отказаться от задействования канала №2 там, где возникают помехи другим нелицензионным видам беспроводных стандартов - U-NII (Unlicensed-National Information Infrastructure) по версии FCC. Справившись с частотным раскладом диапазона MB-OFDM можно заметить, что канал №2, занимающий частоты с 5016 МГц до 6072 МГц прямехонько пересекается с частотами одной из популярных версий Wi-Fi - IEEE802.11a. Несмотря на несоизмеримые уровни сигнала WUSB может при необходимости запросто "подвинуться", "во избежание"...

Наконец, разработчиками стандарта учтена даже дифференциация назначения разных диапазонов для работы с разными приложениями. Так, использование "низкочастотных" диапазонов MB-OFDM может оказаться предпочтительным в случае обмена данными на большие расстояния, и наоборот, высокочастотные диапазоны будут отданы для коротких расстояний.

Думаю, после выше сказанного будет излишним разъяснение того, что использование идеи канальной диверсификации позволит добиться надежной передачи данных и высокой помехоустойчивости, плюс использовать и без того небольшую мощность передатчика целенаправленно в более узком участке.

Законный вопрос: почему для средних частот диапазонов выбраны такие "горбатые" частоты в мегагерцах и какая между ними связь? Надеюсь, иллюстрация ниже, посвященная принципу работы синтезатора частот для Channel №1 даст полноценный ответ на этот вопрос:

Распределение частотного спектра первого канала

На графике ниже показана скорость переключения синтезатора частоты при переходе на разные частотные диапазоны. В номинале она равна 2 нс, однако на практике предполагается несколько больший интервал, с учетом допуска на задержки в цепях обработки и температурный дрейф чипов.

Последний штрих к портрету формирования пакета данных - включение перед посылкой "нулевого пакета" (zero-padded prefix) для обеспечения надежного перехода между каналами и вставка так называемого "охранного интервала" (Guard Interval) между OFDM-посылками для обеспечения достаточного времени для TX/RX переключения между каналами.

Ниже приведена блок-схема MB-OFDM передатчика. По своей архитектуре приемная и передающая радиочасти интерфейса фактически не отличаются от структуры, испытанной временем и обычно применяемой во всех типичных OFDM-приложениях.

Передатчик

К сожалению, рассказ о промежуточных узлах с подробностями о применяемых при этом алгоритмах быстрого преобразования Фурье и соответствующих формулах грозит превратить материал в совершенно нечитаемый. Да и времени у автора на все это просто нет. Поэтому отсылаю любопытствующих к соответствующим документам (см. список в конце статьи).

Мы же закончим описание радиочастотной части WUSB описанием характеристик канала и особенностей MB-OFDM архитектуры, в частности, принципами формирования пакетов данных.

Базовым элементом - "квантом" для UWB обмена является так называемый OFDM Symbol - OFDM посылка данных со стандартной длиной 312,5 мс.

Каждая OFDM-посылка "шириной" 4 МГц вмещает в себя 100 "тональных" посылок данных. При этом особенно стоит подчеркнуть, что формат посылок остается неизменным для любой скорости обмена данными, изменяется только "тональность" модуляции в посылках и между ними, что как раз и отражает различные битрейты потока данных и различные уровни устойчивости передачи.

Шесть последовательных посылок формируют в итоге базовый пакет продолжительностью 1,875 мкс, который, в свою очередь, в последствии преобразовывается в конкретные биты данных.

Частотно-временные кодеки (TFC, Time Frequency Codecs) позволяют формировать и разносить пакеты как по нескольким диапазонам канала, так и передавать их в едином диапазоне. Каждый UWB пакет формируется из определенного количества компонентов, но конечная его длина зависит от скорости обмена данными:

... равно как и "зазоры" между пакетами: "короткие" 10 мкс (SIFS, Short Interframe Spacing) при переходе передатчика на частоту другого диапазона или минимальные 1,875 мкс (MIFS, Minimum Interframe Spacing) при работе в одном диапазоне.

Для стандартообразующего WiMedia PHY поддержка скоростей обмена данными 53,3 Мбит/с, 106,7 Мбит/с и 200 Мбит/с является требованием; остальные скорости - 80 Мбит/с, 160 Мбит/с, 320 Мбит/с, 400 Мбит/с и 480 Мбит/с являются опциональными. Обязательным требованием также является поддержка первого канала с тремя первыми диапазонами.

Канал Wireless USB: формирование транзакций

Каждый канал Wireless USB Channel инкапсулирован в канал MBOA с использованием PHY (сигналы, фреймы) и MAC (заголовки, шифрование и пр.) компонентов MBOA.

Канал WUSB

Использование MBOA PHY/MAC совместимых компонентов подразумевает использование сигнальной и фреймовой архитектуры MBOA PHY в сочетании с системой заголовков, защитной инкапсуляцией MAC etc.

Канал Wireless USB представляет собой продолжительную последовательность связанных управляющих пакетов данных, излучаемых хостом в оговоренных стандартом временных рамках. Временные рамки канала WUSB оговорены в спецификациях каналов MBOA и формируются управляющими командами MMC - Micro-schedule Management Commands.

Протокол на базе TDMA

Как уже было отмечено выше, PHY в конечном итоге позволяет создавать 64 Кб пакеты данных - так называемые суперфреймы, формирование которых производится с помощью хорошо известного протокола множественного доступа с разделением каналов по времени - TDMA (Time Division Multiple Access), весьма схожего с используемым в проводном USB 2.0. Обмен данными инициализирует хост-контроллер. В полной аналогии с проводным USB, каждый трансфер состоит из трех логических "пакетов": маркера (token), данных (data) и пакета, определяющего параметры передачи (handshake). Для повышения эффективности физического уровня обмена данными, хост комбинирует несколько маркеров в единый пакет, в котором определяется режим приема данных (OUT), отправки данных (IN) или пакет handshake.

Передача данных с использованием протокола Wireless USB основана на тех же типах трансферов, что и проводной USB. Однако в связи с повышенной возможностью возникновения ошибок, протокол Wireless USB определяет несколько иной тип изохронной передачи данных, включающий пакеты handshake для подтверждения доставки данных и некоторое буферирование, позволяющее повысить надежность работы изохронного канала.

Группа транзакций WUSB

Базовая структура, используемая для реализации протокола Wireless USB, представляет собой последовательность команд MMC с набором заключенных в ней информационных элементов, плюс фазу идентификации до появления следующей команды MMC.

Аналогия между классическим USB и WUSB

Памятуя о задаче сохранения максимальной обратной совместимости с традиционным проводным интерфейсом USB 2.0, разработчики постарались портировать организацию транзакций по его образу и подобию, включая сигнальные события (соединение, разъединение, временное прекращение обмена, возобновление и т.д.), особенности построения протокола организации транзакций и тому подобное. Что, в целом, удалось на достаточно высоком уровне. Из уникальных идентификаторов WUSB стоит отметить индекс MSSI (Micro-Scheduled Stream Index), означающий использование именно Wireless USB, а также регистра V_OUI, индицирующего возможность работы устройства в качестве хоста.

В целом подобная организация обмена данными позволяет передавать несколько пакетов данных за одну транзакцию, таким образом увеличивая эффективность работы интерфейса.

Организация передачи пакетов данных протокола Wireless USB

Управление энергопотреблением

Каждое Wireless USB устройство, равно как его драйверы, будут обладать собственной системой управления энергопотреблением, без перекладывания этой проблемы "на голову" хост-контроллера.

Всего предполагается использовать три схемы экономии энергии:

Сохранение энергии в режиме нормального обмена данными: прекращение излучения в промежутках между MMC-посылками и везде, где это имеет смысл в текущий момент
Спящий режим: увеличение промежутков опроса устройства на предмет наличия канала; хост-контроллер перестает генерировать трафик
Разъединение (с ведома хост-контроллера)

При этом доступно два состояния канала: когда работоспособность WUSB канала поддерживается и экономия энергии происходит в рабочем режиме, или когда WUSB канал разорван, работа системы временно приостановлена (S3 и глубже), хост оповещает устройство о временном приостановлении обмена.

Разумеется, в работе интерфейса Wireless USB предусмотрено дистанционное "пробуждение" (Remote Wake), когда хост-контроллер пытается возобновить работу канала каждые четыре секунды или когда устройство использует извещение Remote Wake для "пробуждения" хоста.

Что касается требований к суммарной мощности, потребляемой элементами устройств Wireless USB, они будут даже строже, чем типичные требования для мобильных телефонов и другой портативной электроники. Так, обычный телефон при работе с базовой сотовой станцией потребляет порядка 200 мВт - 300 мВт, обычный PDA без радиоинтерфейсов - около 250 мВт - 400 мВт. Для первого поколения устройств Wireless USB пиковое потребление мощности PHY ограничено уровнем 130 мВт - 160 мВт, далее ожидается ужесточение этого показателя.

Производительность Wireless USB

Основной плюс беспроводного интерфейса Wireless USB - мгновенная эффективная масштабируемость трафика. В зависимости от расстояния между хостом и устройством скорость обмена данными может изменяться в пределах от 53,3 Мбит/с до 480 Мбит/с. Масштабирование происходит примерно таким образом:

106,7 Мбит/с на расстоянии до 10 метров в реальном многозадачном окружении
200 Мбит/с на расстоянии более 4 метров в реальном многозадачном окружении
До 480 Мбит/с на расстоянии более 2 метров в реальном многозадачном окружении

Параметры трафика при разных скоростях обмена данными

Сравните это с типичными требованиями по передаче видео контента: 3 Мбит/с -7 Мбит/с в стандарте SDTV/DVD и порядка 19 Мбит/с - 24 Мбит/с в стандарте HDTV. Даже на расстоянии порядка 10 метров технология Wireless USB способна тягаться с близким по параметрам Wi-Fi, а на ближних расстояниях из списка нынешних беспроводных технологий ей не будет равных еще долго.

Отдельно отмечу, что по предварительной информации последующие версии стандарта Wireless USB будут обеспечивать пиковую производительность до 1 Гбит/с.

Безопасность Wireless USB

По словам разработчиков стандарта, технология Wireless USB в перспективе будет обладать очень надежной защитой трафика от несанкционированного доступа, на уровне проводного стандарта USB 2.0. На практике в первом поколении Wireless USB будет применено шифрование AES-128 с применением CBC-MAC (CCM) - стандартный потоковый криптоалгоритм с применением блоков AES.

Wireless USB также поддерживает шифрование с открытыми ключами, но только для аутентификации. Устройства могут инициализировать первичное соединение с использованием открытых ключей. Шифрование с использованием открытых ключей может использовать тот же уровень шифрования или и даже более защищенный - RSA с 3072-битным ключом и хэшем SHA-256. Более высокие уровни шифрования пока будут использоваться на уровне приложений.

Стоит отметить, что архитектура шифрования при смешанных проводных USB/Wireless USB соединениях также предполагает шифрование трафика, проходящего через проводные соединения. Это позволяет избежать путаницы и ошибок при сортировке трафика на проводной/беспроводной.

Программная реализация Wireless USB. Точка зрения Microsoft

Компания Microsoft, стоявшая у истоков создания спецификаций Wireless USB, как никто другой заинтересована в реализации поддержки стандарта на уровне платформы. Разумеется, компании пришлось провести ряд инвестиций в исследования и работы по построению инфраструктуры драйверов классов USB и IP для работы с новым интерфейсом.

Главные цели, намеченные компанией, по словам представителей Microsoft, заключались в как можно ранней адаптации стандарта, достижении возможности использования уже существующих драйверов без изменения (за исключением USB ISOC) и написания одного единственного функционального драйвера для проводных/беспроводных PAL (Protocol Abstraction Layer). Наряду с этим преследовалась цель внесения минимальных изменений в уже существующий пакет USB и IP, а также реализация простой ассоциативной модели и высокая степень защищенности информации, сравнимая с безопасностью обмена данными по кабелю.

Программная хост-архитектура реализации поддержки UWB включает в себя:

Поддержку решений под шину PCI и PCI Express, подразумевающие варианты в виде интерфейсных слотовых карт; автоматически вытекающая из этого поддержка версий под CardBus и ExpressCard
Поддержку WUSB решений со стандартными интерфейсными разъемами "проводного USB" (пресловутых "USB-свистков" - USB Dongles)

Программный арбитраж и управление UWB трафиком осуществляет взаимодействие между PAL, поддерживает связь с другими хостами на предмет оптимизации скорости обмена данными, управляет PCI ресурсами и контролирует топологию.

Теперь - самое интересное, в чем заключаются нововведения, связанные с поддержкой Wireless USB нынешними и будущими операционными системами Windows:

Новые компоненты помечены желтым цветом

Таким образом достигается абсолютная прозрачность работы операционной системы с WUSB устройствами: в конечном итоге, ей совершенно без разницы, используется ли EHCI (USB 2.0) или WHCI (Wireless USB) контроллер, на практике Wireless USB линк воспринимается операционной системой как обычное проводное USB соединение.

Разумеется, для получения "добро" на совместимость с WHCI, наряду с обязательным получением сертификата Wireless USB Sertified будет проводиться специальная сертификационная программа Microsoft из серии Windows Logo Program. В настоящее время (с мая предположительно по август 2005 года) Microsoft проводит бета-тестирование WHCI-драйвера, при этом упомяну, что работа ведется с платформами под несколько поддерживаемых Microsoft архитектур - x86, x64 и IA64. Надо полагать, что уже к осени, когда будут готовы серийные образцы "железа", драйвер WHCI перейдет из стадии "беты" в коммерческое состояние.

Что дальше?

Дальше нас ожидается следующая конференция WUSB Developers Conference, которая пройдет в сентябре в Токио, Япония, и на которой, как ожидается, будет продемонстрирован ряд финальных, воплощенных в кремний WUSB разработок, наряду с возможным анонсом финальной версии WHCI драйверов.

Еще до конца 2005 года мы станем свидетелями появления первых сертифицированных Wireless USB устройств на прилавках магазинов - по крайней мере, разработчики в этом абсолютно уверены. На протяжении 2005 - 2006 годов ожидается насыщение рынка WUSB хост-контроллеров в виде отдельных плат, WUSB устройств с интерфейсами USB 2.0, PCI, PCI Express и ExpressCard, а ближе к 2007 году - появление встроенных WUSB контроллеров, PCI/PCI Express периферии, карманной электроники с WUSB и даже модулей, совмещающих в себе интерфейсы WUSB и Wi-Fi.

Ждать, собственно говоря, осталось совсем недолго...

К сожалению, в сжатых объемах статьи достаточно трудно передать даже ключевые особенности реализации совершенно нового беспроводного стандарта - 303-страничное описание спецификаций и десятки объемистых презентаций не очень способствуют изложению специфических особенностей Wireless USB "на пальцах". Тем более, что пока за кадром остались такие интересные подробности как реализация разъемов, подробные графики практических испытаний, ключевые вопросы сертификации оборудования.

Со всеми этими подробностями есть смысл ознакомиться чуть позже, когда, собственно говоря, появится возможность говорить об этом предметно. Именно поэтому вторая часть описания стандарта Wireless USB не является последней. Как говорится, продолжение следует...

Прототип Wireless USB адаптера

Приложение. Подборка ссылок и публикаций по Wireless USB

⇣ Содержание

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Материалы по теме