`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

USB присоединяется к беспроводному миру

0 
 

24 мая в рамках Wireless USB Developers Conference было объявлено о завершении разработки спецификации Wireless USB (WUSB). Теперь она перейдет к USB Implementers Forum (USB-IF) для сертификации, проверки на соответствие техническим условиям, лицензирования логотипа и маркетинга для Wireless USB.

Начиная со своего дебюта в 1996 г. интерфейс USB завоевал рынок ПК и периферии к нему и захватил значительную долю рынка потребительской электроники. Вначале USB обеспечивал две скорости для обмена данными с периферийными устройствами – 1,5 и 12 Mbps. Однако по мере того как ПК становились все более мощными и способными обрабатывать огромные массивы информации, пользователи стали нуждаться в высокоскоростном обмене между компьютером и периферией. В 2000 г. была определена спецификация USB 2.0, которая поддерживала скорость передачи 480 Mbps, сохраняя при этом обратную совместимость со старым интерфейсом.

Неудивительно, что эта проверенная и хорошо себя зарекомендовавшая технология не осталась в стороне от, пожалуй, основной тенденции в современной IT-индустрии – освободить пользователя от проводов. Правда, вместе с этим будет потеряна и возможность подвода питания к USB-устройствам. Если имеется собственный источник питания, то это не представляет проблемы. В случае же его отсутствия у WUSB появляется ряд трудностей, бросающих вызов инженерному уму.

История же WUSB началась весной 2004 г., когда на Intel Developer Forum было объявлено о создании Wireless USB Promoter Group, в которую вошли семь лидеров IT-индустрии: Agere Systems, HP, Intel, Microsoft, NEC, Philips Semiconductors и Samsung Electronics. В функции группы входила разработка спецификации для беспроводного варианта USB, которая сохраняла бы ту же модель использования и архитектуру, что и проводной интерфейс, – с высокоскоростным соединением между хостом и USB-устройством. Это позволило бы легко мигрировать на WUSB с существующих USB-решений.

Ниже мы остановимся лишь на тех особенностях стандарта, которые дадут общее представление об этой технологии.

Обзор архитектуры

WUSB является логической шиной, которая поддерживает обмен данными между хостом (обычно им служит ПК) и широкой номенклатурой одновременно подключенных периферийных устройств. Последние используют общую полосу пропускания посредством протокола множественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiply Access – TDMA), при этом планирование порядка распределения временных слотов выполняется хостом. Шина позволяет периферийным устройствам подсоединяться, конфигурироваться, быть использованными и отсоединяться «на лету», не нарушая функционирования самого хоста и остальных подсоединенных устройств.

Приведем описание WUSB-системы. Она состоит из хоста и ряда устройств, функционирующих одновременно с помощью единого логического канала связи. Систему можно подразделить на три составляющие:

  • WUSB-межсоединение;
  • WUSB-хост;
  • WUSB-устройства.

Рассмотрим подробнее перечисленные компоненты.

WUSB-межсоединение. Под этим понимается способ соединения и коммуникаций WUSB-устройств с хостом. Оно включает:

  • топологию – модель соединений между WUSB-устройствами и хостом;
  • модели потоков данных – способ передачи данных между источником и получателем;
  • планирование порядка распределения временных слотов – обеспечение доступа к разделяемому каналу для поддержки изохронной передачи данных и исключения непроизводительной нагрузки, связанной с арбитражем.

WUSB поддерживает те же типы передачи данных и каналов, что и проводной вариант. Однако вследствие более высокого коэффициента частоты ошибок WUSB-протокол определяет другие механизмы для обеспечения изохронного режима передачи данных. Эти механизмы включают квитирование доставки данных, а также специфический для этого устройства объем буфера, что повышает общую надежность изохронного канала.

WUSB-хост. В любой WUSB-системе может быть только один хост. Интерфейс к нему обычно называют хост-контроллером (Host Controller – HC). В типичных случаях он подключается к ПК посредством внутренней шины, к примеру PCI. Хост-контроллер может быть реализован аппаратно или программно-аппаратно. Спецификация определяет и другой способ подсоединения HC к ПК – с помощью класса устройств, называемых Wire Adapters (проводные адаптеры). Wire Adapters, которые прямо подключаются к ПК, используя проводной вариант USB, известны как Host Wire Adapters (HWA). Они наделяют ПК возможностями WUSB.

USB присоединяется к беспроводному миру
Рис. 1. Проводные адаптеры WUSB

Wire Adapters, которые являются WUSB-устройствами и, следовательно, могут подсоединяться к ПК по радиоканалу, называются Device Wire Adapters (DWA). Обычно DWA имеют USB-разъем типа А (другими словами, выглядят как проводной USB-хаб) и позволяют проводным USB-устройствам иметь беспроводной доступ к хосту (рис. 1).

Заметим, что каждый Wire Adapter создает новую WUSB-систему, в которой имеется хост (Wire Adapter), выполняющий обмен данными с одним или более устройствами.

WUSB-устройства. Ими могут быть принтеры, цифровые камеры, аудиоколонки, клавиатура, мыши и т. п., наделенные WUSB-возможностями, а также Device Wire Adapters, которые служат концентраторами для проводных USB-устройств и обеспечивают беспроводной доступ к хосту. Необходимо, чтобы устройства располагали информацией для самоидентификации и групповой конфигурации.

Подобно проводному варианту USB, доступ к беспроводным устройствам осуществляется посредством USB-адреса, который им присваивается при подключении к хосту. Каждое устройство дополнительно поддерживает один или более каналов, через которые хост может обмениваться данными с устройством. Все WUSB-устройства должны поддерживать специальный канал к так называемой нулевой конечной точке (endpoint zero), к которой будет подключаться канал управления. Во всех устройствах должен быть реализован механизм общего доступа к управляющей информации через этот канал.

USB присоединяется к беспроводному миру
Рис. 2. Топология WUSB

Обратимся теперь к топологии. Соединение устройств выполняется по схеме «звезда», в которой центральным элементом служит хост (рис. 2). В оригинальной литературе в контексте WUSB такую модель подключения называют hub and spoke (ступица и спицы). В этой топологии хост инициирует весь трафик между устройствами, подсоединенными к нему, распределяя временные слоты и полосу пропускания каждому из них. Такие отношения определяются как кластер. Каждая «спица» является соединением типа точка-точка. Логически к хосту может подключиться до 127 WUSB-устройств. Кластеры могут пространственно перекрываться в среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет нескольким кластерам работать внутри одной радиосоты.

Топология будет поддерживать так называемую дуальную модель, в которой устройство может наделяться некоторыми функциями хоста. Такая модель обеспечит мобильному оборудованию доступ к сервисам, которые поддерживает центральный хост, т. е. к принтерам, средствам отображения и т. п. Эта модель также позволит устройству образовать второй кластер с ограниченными возможностями и получить доступ к данным, находящимся вне кластера, к которому оно подключено в текущий момент.

Технология и протокол

USB присоединяется к беспроводному миру
Рис. 3. Платформа WUSB

Основным транспортным механизмом для WUSB является радиоплатформа Ultra-Wide Band (UWB) – результат совместных усилий Multiband OFDM Alliance (MBOA) и WiMedia Alliance. Платформа состоит из двух слоев: радиослоя UWB и слоя конвергенции (рис. 3).

UWB фундаментально отличается от широко используемых в беспроводных сетях радиотехнологий – узкополосной радиочастотной и с расширением спектра (spread spectrum). Обычные передатчики генерируют одну непрерывную несущую на определенной частоте. В противоположность этому UWB-передатчик излучает серию коротких импульсов, так называемых гауссовых моноциклов (Gaussian monocycle), с прецизионно контролируемыми временными отрезками между ними. Моноцикл является широкополосным сигналом, при этом центральная частота и ширина полосы полностью определяются его длительностью. Мы не будем здесь подробно останавливаться на технологии UWB, интересующихся же отсылаем к статье. Правда, для случая WUSB технология была несколько модифицирована. В каждом поддиапазоне используется также мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (OFDM).

Физический уровень (PHY) обеспечивает скорости передачи данных 53,3; 80; 106,7; 200; 320; 400 и 480 Mbps и множество каналов. Для WUSB-устройств на прием и передачу обязательными являются лишь значения 53,3; 106,7 и 200 Mbps, тогда как WUSB-хост должен поддерживать все скорости.

Уровень конвергенции служит интерфейсом между радиоуровнем UWB и UWB-базированными приложениями. Он позволяет множеству приложений разделять единый радиоканал.

USB присоединяется к беспроводному миру
Рис. 4. Сравнение протоколов USB и WUSB

Логически WUSB является, как и проводной вариант, протоколом с последовательным опросом с механизмом множественного доступа с разделением по времени (TDMA). Весь обмен данными инициирует хост-контроллер. Подобно традиционному USB, логически каждая передача состоит из трех «пакетов»: маркера, данных и квитирования установления связи. Однако чтобы увеличить эффективность физического уровня, хост комбинирует несколько информационных маркеров в один пакет. В этом пакете хост указывает соответствующему устройству определенное время, когда оно должно принимать данные (Out Data), передавать данные (In Data) или отослать квитанцию (рис. 4).

Для улучшения эффективности канала протокол WUSB определяет для некоторых типов конечных точек новый максимальный размер пакета и ряд механизмов управления потоком.

Полагают, что WUSB найдет широкое применение как в домашней среде, так и в офисе. Домашний сценарий предполагает беспроводные соединения между множеством цифровых устройств, которыми могут быть фото- и видеокамеры, планшетные ПК, портативные MP3-плееры, КПК, беспроводные аудиоколонки и т. п. Что касается бизнес-приложений для WUSB, то сюда могут входить, к примеру, принтеры, сканеры, накопители на жестких дисках, проекторы.

И все же, несмотря на неоспоримые достоинства беспроводных коммуникаций, проводной вариант USB будет, вероятнее всего, поддерживаться еще достаточно долго.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT