Touto publikací završujeme sérii článků věnovaných dlouhé cestě vývoje, formování a oslovování masového spotřebitele technologií. Relativně dávno - alespoň ve srovnání s rychlostí vývoje jiných počítačová technologie, standard Wireless USB byl prezentován jako pracovní návrh; poté se začaly aktualizovat beta verze jeho specifikací, což bylo podrobně popsáno v našich publikacích z roku 2005:
- Bezdrátové USB. Část 1
- Bezdrátové USB. Část 2
Bezdrátová technologie USB 1.0 pro začátečníky
Každého potěší moderní drátová rozhraní pro počítače a elektroniku, FireWire a USB. Po bídném vyhánění „pomalých“ starců LPT a COM paralelního typu do důchodu (ano, důchodci si po večerech přivydělávají, ale to už není mainstream), všude zakořenila nová sériová rozhraní – jako analogie pamatovat na Serial ATA a Serial Attached SCSI (SAS) místo SCSI a PCI-Express, které nahradí PCI/AGP. Ano, FireWire a USB jsou dobré pro každého – první ve svém nová verze dosáhl rychlosti 800 Mbit/s a druhý konečně získal peer-to-peer rozšíření „On-The-Go“. Jedním problémem je několik metrů neustále zamotaných drátů. A to je vše.Co máme bez drátů na krátké vzdálenosti? Bluetooth? Bohužel i v moderní verzi - Bluetooth Verze 2.0 je jeho výkon asi 2,1 Mbit/s, pro výměnu velkých souborů nebo přenos moderního multimediálního obsahu je stejně jako Zigbee málo využitelný: zvuk je stále tu a tam, ale video ano. již nevyhovuje, a to ani ve standardním rozlišení, nemluvě o HD videu. Možná Wi-Fi? Možná, ale ne všelék. Za prvé, standardy IEEE802.11a/g s výkonem až 54 Mbit/s a dokonce i IEEE802.11n s dvojnásobným výkonem stále nenahrazují kabelové USB/FireWire. Za druhé, Wi-Fi je stále spíše sítí než rozhraním pro přenos souborů, a pokud ano, pak jako „zbraň na vrabce“. Drátovým USB a FireWire rozhraním neexistovali žádní přímí konkurenti a vznikla jednoduchá myšlenka: využít již existující soubor protokolů a specifikací, jednoduše odříznout stejné kabely a začít vyměňovat data na vzdálenost až 10 metrů přes rozhlasový kanál. Je žádoucí zachovat úplnou analogii s hlavními spotřebitelskými vlastnostmi USB a FireWire, jmenovitě jednoduchostí připojení, identifikace, zachování přenosové rychlosti a zabezpečení dat. Všiml jsem si, že to znamená vývoj bezdrátové technologie FireWire v úplné analogii s WUSB, ale to je mimo rámec našeho dnešního tématu.
Takže bezdrátové USB 1.0. Ti, kteří chtějí podrobně studovat princip fungování této technologie, budou odkazovat na dvě předchozí publikace, ale nyní - pouze obecně. Standard Wireless USB je založen na konceptu platformy bezdrátové technologie Ultra Wideband (UWB) pro přenos dat na krátké vzdálenosti – do 10 metrů; s vysokou propustností (až 480 Mbit/s) a nízkou spotřebou energie. Platforma ZČU je řešením pro bezdrátový přenos vysoce kvalitní multimediální obsah, jako je video, mezi zařízeními spotřební elektroniky a periferními zařízeními PC. Jednou z hlavních výhod technologie UWB je, že neruší ostatní bezdrátové technologie, které se v současnosti používají, jako je Wi-Fi, WiMAX a mobilní. Schematicky lze bezdrátové rozhraní USB popsat následovně: standard zahrnuje použití dvou hlavních „vrstev“ pro výměnu dat – transportní a fyzické vrstvy. Transportní vrstva je založena na výše zmíněné ultraširokopásmové (UWB) technologii; fyzická představuje úroveň utváření média pro přenos dat, kde se vedle WUSB mohou snadno objevit W1394 (Wireless FireWire), Bluetooth a další protokoly, které dosud nebyly vynalezeny nebo formulovány. Bezdrátový standard USB je prvním rozhraním UWB převedeným na komerční standard.
Ultra-širokopásmová modulace (UWB, IEEE 802.15.3a) je zase velmi podobná modulaci používané ve standardu Bluetooth: vysílač generuje miliardy pulzů ve velmi širokém - v řádu několika gigahertzů - frekvenčním spektru a přijímací část převádí pulsy na data sledováním podobných sekvencí pulsů; modulace se provádí multiplexováním přes ortogonální nosné frekvence (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing), což spolu s principem využití několika frekvenčních rozsahů tvoří technologii MultiBand OFDM. Pokud jde o přenos datových paketů, je zde vše jednoduché - téměř úplná obdoba vytváření transakcí podle principu USB 2.0. Díky použití ultraširokopásmové modulace s nízkou spektrální hustotou je signál „rozprostřen“ ve formě jakéhosi „bílého šumu“ v širokém rozsahu frekvencí, přičemž doporučená hustota spektrálního záření by neměla překročit průměr úroveň -41,3 dBm/MHz. To vede ke dvěma užitečným praktickým závěrům: žádný vliv na provoz jiných komunikačních prostředků a nízká spotřeba energie.
Standard transportní vrstvy MultiBand OFDM pro Wireless USB řídí spektrální oblast 7,5 GHz, která je rozdělena na pět kanálů a několik samostatných 528 MHz subpásem v každém kanálu. Výsledkem je 14 dílčích pásem, každé o šířce 528 MHz, seskupených do 5 frekvenčních sekcí, přičemž každé ze 14 dílčích pásem ve vztahu ke standardu Wireless USB je schopné podporovat výměnu dat rychlostí až 480 Mbps! Flexibilita nového bezdrátového standardu spočívá právě v tom rozdílné země Nemusí být povoleno použití všech dílčích pásem, ale to nemá prakticky žádný vliv na konečnou funkčnost a výkon.
Pokud jde o topologii Wireless USB, existuje také analogie s kabelovým USB - zařízení mají svou vlastní adresu, získanou při připojení nebo výčtu, přičemž každé zařízení WUSB podporuje jeden nebo více kanálů pro komunikaci s hostitelem a může pracovat jako vrstva MAC. přístroj. Klíčový topologický rozdíl mezi Wireless USB spočívá v tom, že hostitelský řadič může podporovat až 127 zařízení ve skupině clusteru, což však nevylučuje obvyklou možnost point-to-point jako speciální případ. Je zajímavé poznamenat, že rozbočovače nejsou zahrnuty jako třída v definici bezdrátového USB kvůli jejich naprostému nedostatku poptávky v takové architektuře: clustery koexistují v překrývajícím se prostorovém prostředí s minimálním vzájemným rušením, což umožňuje provoz více clusterů WUSB. ve společné oblasti pokrytí. Výhodou této topologie je možnost dvojího použití, kdy zařízení může v omezené míře vykonávat funkce hostitele – tento model umožní zařízení přístup k datům umístěným mimo cluster, ke kterému je toto zařízení aktuálně připojeno; K tomu musí zařízení vytvořit druhý cluster, který funguje jako omezený hostitel. Zpětná kompatibilita bezdrátového USB s kabelovým USB také umožňuje vytvářet transparentní mosty ke kabelovým USB zařízením a hostitelským řadičům, to znamená organizovat přenos dat mezi dvěma clustery. Ve skutečnosti to lze nazvat „práce na chybách“ USB, které byly u kabelové verze odstraněny až s příchodem protokolu USB 2.0 - USB-On-The-Go. Každé bezdrátové USB zařízení, stejně jako jeho ovladače, má svůj vlastní systém řízení spotřeby, aniž by se tento problém přesunul na hostitelský řadič. Existují tři schémata úspory energie: běžná výměna dat (zastavení záření v intervalech mezi odesíláním a všude tam, kde to má v danou chvíli smysl); režim spánku (zvýšení intervalů dotazování dostupnosti kanálu); odpojení. Celková spotřeba energie bezdrátových USB zařízení je u první generace PHY omezena maximální úroveň 130 - 160 mW; Očekává se, že se tento ukazatel zpřísní. Rychlost výměny dat bezdrátového rozhraní USB výrazně závisí na vzdálenosti mezi hostitelem a zařízením a může se lišit v prostředí multitaskingu v rozmezí od 53,3 Mbit/s do 480 Mbit/s: přibližně 106,7 Mbit/s na vzdálenost až 10 metrů; 200 Mbps na 4 metry a až 480 Mbps na 2 metry. Rychlý příklad: typický tok videa v kvalitě SDTV/DVD je 3–7 Mbit/sa přibližně 19–24 Mbit/s ve standardu HDTV. Podle tvůrců standardu bude mít technologie Wireless USB v budoucnu velmi spolehlivou ochranu provozu před neoprávněným přístupem na úrovni kabelového standardu USB 2.0. V praxi bude první generace Wireless USB používat šifrování AES-128 pomocí CBC-MAC (CCM), standardního streamovacího kryptografického algoritmu využívajícího bloky AES. Bezdrátová technologie USB poskytuje šifrování provozu pomocí veřejných klíčů používaných k ověřování. Šifrování veřejným klíčem může používat typickou úroveň šifrování a bezpečnější - RSA s 3072bitovým klíčem a hash SHA-256. Šifrovací architektura pro smíšená kabelová připojení USB/WUSB také zahrnuje šifrování provozu procházejícího kabelovými připojeními, což zabraňuje zmatkům a chybám při třídění provozu na kabelovém/bezdrátovém připojení. Konečně, softwarová část. Microsoft, který se podílel na všech fázích vývoje standardu, zajistil kompatibilitu stávajících ovladačů téměř beze změn s výjimkou USB ISOC plus jediný funkční ovladač pro drátový/bezdrátový PAL (Protocol Abstraction Layer). Softwarová hostitelská architektura pro implementaci podpory UWB zahrnuje podporu sběrnic PCI a PCI Express pro karty slotů rozhraní a podporu verzí CardBus a ExpressCard, která z toho automaticky vyplývá. Kromě toho jsou podporována řešení WUSB se standardními kabelovými konektory rozhraní USB (USB dongles). Operační systém nakonec nehraje žádnou roli, zda je použit řadič EHCI (USB 2.0) nebo WHCI (Wireless USB), v praxi je Wireless USB link operačním systémem vnímán jako běžné kabelové USB připojení.
Na závěr technologického exkurzu stojí za zmínku, že v současné době má průmyslová aliance UWB - WiMedia Alliance více než 200 členských společností, které pracují na komercializaci svých zařízení v rámci specifikací standardu Wireless USB. Nyní - možná nejzajímavější věc, příběh o skutečných zařízení Bezdrátové USB.
před 1 rokem
Bezdrátové USB je bezdrátové usb, tedy standard pro bezdrátový přenos dat. Vyvíjí jej Wireless USB Promoter Group.Bezdrátové USB patří k technologiím třídy PAN (Personal Area Network). Především je určen k výměně dat mezi sebou krátké vzdálenosti. Specifikace deklaruje propustnost 480 Mbit/s - na vzdálenost do 3 m, 110 Mbit/s - na vzdálenost do 10 m.
První verze Wireless USB, která byla oznámena v roce 2005, vykazovala přesně tuto propustnost. A v roce 2007 vstoupily na trh první produkty.
Stávající v tento moment prototypy již takové rychlosti dosahují. Příkladem sítě této třídy je Bluetooth. Je však třeba poznamenat, že propustnosti, kterých lze touto technologií dosáhnout, jsou o dva řády nižší.
Je třeba také zdůraznit, že Wireless USB spotřebuje stokrát méně energie k přenosu stejného množství informací při stejné přenosové rychlosti.
Potenciální trhy pro Wireless USB jsou považovány nejen za obvyklou oblast pro kabelové USB, tj. trh s PC periferiemi, ale také za trhy pro mobilní zařízení a spotřební elektroniku.
Bezdrátové USB může nahradit tradiční kabelové USB. Mezi typická připojená zařízení patří klávesnice, myš, fotoaparát, tiskárna, externí disky atd. Bezdrátové USB je také docela vhodné pro jednoduché sdílení tiskáren, pokud nemají standardní síťové rozhraní nebo připojení k tiskovému serveru.
Tiskárna připojená k Wireless USB funguje, jako by byla připojena přes USB přímo k běžnému počítači. Technologie není navržena tak, aby tvořila počítačové sítě, i když teorie tomu také napovídá.
Tato technologie je poměrně často považována za nejpravděpodobnějšího kandidáta na roli hlavního transportu pro „digitální domov“. Pro dosažení nejlepších výsledků v této oblasti byla zavedena vylepšená podpora izochronního provozu. To by mělo být považováno za jednu z hlavních inovací ve vztahu ke kabelovému USB. Díky tomu bude možné poskytovat vysoce kvalitní streamovaný zvuk a video.
V roce 2010 byla dokončena specifikace Wireless USB 1.1, která povede ke zvýšení rychlosti přenosu dat. Poskytuje také podporu pro více vysoké frekvence- až 6 GHz a vyšší. Bezdrátové USB 1.1 poskytuje podporu pro technologii Near Field Communication (NFC). To znamená, že nastavení a ovládání bezdrátových USB zařízení se stává jednodušší. Vývojáři zároveň zachovali zpětnou kompatibilitu se stávajícím vybavením.
Moderní uživatel mobilní elektroniky od telefonů po notebooky, aniž by si toho všiml, vše „roste“ od nákupu k nákupu velké množství bezdrátová rozhraní. Zdálo by se, že nedávno stačilo mít infračervený port pro všechny komunikační potřeby, ale ne, objevil se Bluetooth a život se stal jednodušším, život se stal zábavnějším. Dnes si již mnozí nedokážou představit svůj život bez Wi-Fi, na řadu přichází WiMAX a samotná mobilní telefonie je v širokém slova smyslu bezdrátovým rozhraním pro komunikaci s vnějším světem.
Dnes tedy riskujeme, že se neztratíme ve spleti vodičů rozhraní, ale ve spleti různých a někdy nepříliš kompatibilních standardů. Na obzoru se však rýsují nové, dosud neznámé standardy bezdrátové komunikace, z nichž jeden, Wireless USB, hrozí, že časem vytlačí některé dobře známé metody interakce mezi mobilními zařízeními a periferiemi.
Zdálo by se, proč znovu vynalézat kolo, tedy reinterpretovat frázi tak, jak je aplikována na sektor bezdrátových rozhraní, proč vymýšlet nový standard, když už je tam stejné Bluetooth, infraporty a na větší vzdálenosti i rychlosti Wi-Fi? Pojďme se podívat na níže uvedené schéma a podívat se na každodenní aplikace, kde tak populární Bluetooth v žádném případě nezvládne nabízený datový tok.
Upozornění: účelem Bluetooth je pracovat s periferiemi a aplikacemi, které spotřebovávají relativně nízkou rychlost provozu, zpravidla se vstupními, synchronizačními a hlasovými zařízeními s relativně nízkými požadavky na kvalitu audio streamu. Nehledě na to, že Intel plánuje udělat Bluetooth 1.2 standardní rozhraní u notebooků založených na technologii Centrino již v roce 2005 (hlavně pro přenos stereo zvuku), kdekoli jde o přenos videa, je Bluetooth automaticky vynechán.
Jak je to ale s Wi-Fi, jejíž možnosti v současnosti v implementacích verzí IEEE 802.11a/g rozšiřují až na výměnu provozu až 54 Mbit/s? Není pochyb o tom, že je to lepší, ale za prvé, Wi-Fi je stále nástroj, mírně přizpůsobený pro jiné úkoly, i když může být vhodný, když nejsou žádné ryby. Za druhé, neměli bychom zapomínat, že teprve nyní se uživatel cítí relativně dobře na kanálech věnovaných Wi-Fi, ale co se stane, až si každý druhý byt začne propojovat sluchátka, vysavače a další notebooky? A za třetí, co si kdo může říct, ale i pro někoho moderní aplikacešpičková rychlost Wi-Fi, která nepřesahuje 54 Mbit/s (diskuze o způsobech komprese provozu zatím necháme v zákulisí), se ukazuje jako beznadějně nízká. Co můžeme říci o budoucnosti digitální domácnosti a touha přenášet/vysílat objemy audio/video obsahu ve více či méně slušné kvalitě...
Ukazuje se tedy, že stále existuje potřeba jednoduchého, spolehlivého a produktivního místního rozhraní. Jinými slovy, uživatel nebude na místě s možností s IEEE1394 nebo USB 2.0, ale bez kabelů. Nechť je jeho akční rádius srovnatelný s kabelovými možnostmi - 3-5 metrů, ne více než 10, ale musí být zaručena slušná rychlost výměny dat srovnatelná s kabelovými možnostmi, teoreticky neomezený počet kanálů, a protože mluvíme o moderní reality, pokud možno s dobrou ochranou proti neoprávněnému přístupu k datům a nízkou spotřebou energie.
Zdá se, že jste na nic nezapomněli? Ve skutečnosti si přejeme pojmout neomezený počet pásem v aktuálně přetížených RF kanálech. Což kvůli šířce kanálu potřebné pro slušnou rychlost výměny dat podle Kotelnikovova teorému jednoduše „pohltí“ všechny dostupné zdroje a současně vytlačí televizi, rádio a další oblasti mobilních operátorů a satelitních svazků. Navíc je žádoucí, aby rozměry samotných adaptérů rozhraní byly srovnatelné se současnými konektory USB kabelu, maximálně s rozměry flash klíčenek, a ještě lépe, aby „netrčely“ z mobilních telefonů, kapes Počítače a notebooky, schované uvnitř.
Fantastický? Ano, pokud se používá moderní pohledy modulace s frekvencí, fází, časem a jakýmkoli jiným multiplexováním. Ne, pokud jde o širokopásmový přenos dat.
Bezdrátový standard USB: první nesmělé kroky
Začátek září 2004 byl ve znamení konání dalšího podzimního zasedání Intel Developer Forum v San Franciscu, na kterém Intel spolu s NEC, Texas Instruments a Wisair poprvé předvedl nová zařízení kompatibilní se standardem Wireless USB. Specifikace. Nová technologie výměny dat není ještě ani rok stará, protože poprvé pracovní skupina podporuje standard Wireless USB Wireless USB Promoter Group, oznámila svou existenci v únoru 2004. V té době se skupina podpory WUSB skládala ze společností Agere Systems, HP, Intel, Microsoft, NEC, Philips a Samsung, nicméně za posledních šest měsíců měly Appairent Technologies, Alereon Inc., Staccato Communications, STMicroelectronics, Texas Instruments a Wisair se připojil ke skupině a významně přispěl k rozvoji nových technologií.
Hlavním úkolem, který si nová pracovní skupina stanovila při propagaci Wireless USB, je zachování stávajících USB zařízení, infrastruktury ovladačů, vzhled a snadnost použití kabelových USB zařízení, což je nezbytným předpokladem pro zachování předchozích investic.
Navzdory skutečnosti, že fráze „Wireless USB“ zazněla poprvé v únoru na jarním fóru IDF 2004 a práce na přizpůsobení UWB jako standardního vysokorychlostního rozhraní pro PC ještě dříve, dozvěděli jsme se první více či méně smysluplné detaily specifikace standardu v červenci, ve dnech konference Wireless Japan 2004. Tehdy byly oznámeny neuvěřitelně blízké termíny zahájení komerční implementace standardu z roku 2005 a WUSB, dalo by se říci, poprvé donutilo lidi, aby mluvit o sobě vážně, ačkoli masová implementace rozhraní skutečně začne v letech 2006 - 2007. Právě do té doby podle analytiků z In Stat Group počet všech druhů periferií s USB rozhraním, nyní přesahující 1 miliardu zařízení, bude činit více než 3,5 miliardy. Souhlas, jedná se o významný trh, na kterou budoucnost je třeba myslet předem.
Vývojáři nového standardu si tedy dali za úkol připravit specifikace, které se stanou známým, jednoduchým, vysoce výkonným bezdrátovým rozhraním pro stolní a mobilní PC, PDA, mobilní telefony, počítačové periferie a zařízení spotřební elektroniky, poskytující pohodlné připojení a vysokorychlostní výměna dat.
Jak bylo plánováno, nová technologie a související podstandardy zajistí použití vysoké rychlosti bezdrátová připojení mezi různými zařízeními v domácnosti a kanceláři. Vyvíjejí se nové standardy pro bezdrátové osobní sítě (WPAN) a jsou navrženy pro přenos videa, zvuku a dalších dat prostřednictvím vysokorychlostního širokopásmového připojení. Zde je jen krátký seznam spotřební elektroniky, která nyní nejvíce potřebuje bezdrátové USB:
- Centra domácí zábavy na bázi PC
- Digitální videokamery
- Digitální fotoaparáty
- HDTV televizory
- Externí vypalovačky DVD-RW/CD-RW
- Externí disky(HDD)
- Herní konzole
- MP3 přehrávače
- TV set-top boxy
- Mobilní telefony a komunikátory
- Kapesní přehrávače videa (Personal Video Player, PVP)
- Kapesní videorekordéry (Personal Video Recorder, PVR)
- Tiskárny
- Skenery
- Digitální projektory
- Sluchátka a reproduktory
Každý může v tomto seznamu pokračovat sám, přičemž si postupně vybaví všechna domácí nebo kancelářská zařízení s rozhraním USB/FireWire, zejména s ohledem na vznik specifikací pro peer-to-peer verzi USB USB-On-The-Go. Možná je čas vymyslet způsob, jak odříznout spleť kabelů a osvobodit se od připoutanosti k těmto drátům.
Bezdrátové USB: Topologie
Topologie Wireless USB je charakterizována prostorným konceptem „hub-and-spoke“, tedy, abychom obrazně parafrázovali do ruštiny, „osa [kolo] a paprsky“ (viz schéma níže). Roli osy v našem případě plní hostitelský řadič, který spouští provoz s každým připojeným periferním zařízením a řídí datový tok, přičemž každému přiděluje odpovídající časový slot a odpovídající šířku pásma kanálu.
Každé bezdrátové USB zařízení je tedy připojeno k hostiteli způsobem point-to-point. Hlavním rozdílem mezi tímto schématem a kabelovou verzí USB je absence speciálních přídavných rozbočovačů v topologickém schématu. Bezdrátový hostitel USB však znamená l Logické připojení až 127 bezdrátových USB zařízení.
Je zajímavé, že výsledné shluky bezdrátových USB zařízení koexistují v jediném prostředí s minimálním rušením. Kromě bezdrátových funkcí, které poskytuje, je Wireless USB zpětně kompatibilní s kabelem USB verze a umožňuje vytvářet zcela transparentní mosty ke kabelovým USB zařízením a hostitelským řadičům. Tímto způsobem můžete vytvářet nejen „síťová“ spojení druhé úrovně mezi dvěma hostiteli, ale také organizovat přenos dat mezi dvěma clustery.
Určitě stojí za zmínku, že topologie WUSB nutně implikuje podporu modelu duální interakce, kdy je zařízení vybaveno některými omezenými možnostmi hostitele (podobně jako USB-On-The-Go), což umožňuje mobilní zařízení přistupovat k některým službám jako hostitelské zařízení, jako jsou tiskárny.
Bezdrátové USB: RF spektrum a typ modulace
Standard Wireless USB je založen na použití ultraširokopásmové modulační technologie UWB (Ultra-Wideband) na základě doporučení MultiBand OFDM Alliance (MBOA) a WiMedia Alliance. Přesnější by bylo říci, že Wireless USB je pouze jedním ze standardů, které již téměř dosáhly praktické implementace pro vytváření tzv. bezdrátových osobních sítí Wireless PAN (Personal Area Network), založené na rodící se komunikační technologii UWB, která zahrnuje použití ve velmi širokém frekvenčním pásmu až 30 GHz. Kmitočtový rozsah technologie UWB byl však zatím určen pouze v USA, kde bylo po opakovaných diskusích s výrobci radarů dosaženo jeho akceptace FCC; ratifikace ZČU národními telekomunikačními podvýbory Japonska a eurozóny teprve přijde.
Obě výše uvedené organizace, MBOA a WiMedia Alliance, jsou otevřená průmyslová sdružení vytvořená za účelem prosazování standardů osobních údajů. bezdrátové sítě WPAN (Wireless Personal Area Networks). Spěchám vás potěšit: Bezdrátové USB bude jedním z celé řady bezdrátových rozhraní využívajících technologii UWB; ve skutečnosti budeme mít v budoucnu celou řadu různých bezdrátových rozhraní s jednotnou organizací adresování a protokoly fyzické vrstvy založené na specifikace IEEE802.15.3.
Tradičně ultraširokopásmová modulace UWB označuje provoz vysílače, ve kterém jsou generovány miliardy pulzů ve velmi širokém frekvenčním spektru v řádu několika gigahertzů. Přijímací konec převádí pulsy na data sledováním podobných vzorů pulsů. V obecný případ UWB označuje jakoukoli vysokofrekvenční technologii, která zabírá spektrum se šířkou pásma větší než 20 % nosné frekvence vysílače nebo pracuje v rozsahu větším než 500 MHz.
Moderní technologie UWB znamená použití jiného modulačního principu - multiplexování přes ortogonální nosné frekvence (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing), což ovšem vyžaduje i použití velmi širokých frekvenčních rozsahů. V případě použití OFDM v kombinaci s několika frekvenčními rozsahy získáme technologii MultiBand OFDM, která má značné výhody oproti variantám s relativně úzkým pásmem, např. IEEE802.11a, což se odráží ve snadném přizpůsobení standardu požadavky telekomunikačních komisí jakéhokoli státu, možnost vynikajícího škálování v budoucnu a zpětná kompatibilita aktualizovaných verzí. Jednoduchý příklad: zákonodárcům v žádné zemi nevyhovuje šířka požadovaných dílčích pásem? Prosím, dynamicky upravte jejich šířku, zakažte zakázané a nakonec i tak norma zapadá do požadavků.
V případě prosazovaného substandardu MultiBand OFDM je spektrální oblast 7,5 GHz rozdělena do několika samostatných pásem o šířce 528 MHz. Schopnost dynamicky propojovat určité sekce umožňuje uspokojit požadavky všech národních telekomunikačních výborů.
Plán přidělení frekvenčního rozsahu pro zařízení MultiBand OFDM je podle doporučení MBOA rozdělen do pěti logických kanálů (viz schéma výše). Podpora kanálu 1, který zahrnuje první tři frekvenční sekce, je povinným požadavkem pro všechna zařízení UWB. Kombinace různých kanálů umožňuje organizovat různé provozní režimy zařízení MultiBand OFDM.
V současném doporučení MultiBand OFDM Alliance jsou pásma jedna až tři (povinná) používána pro provoz v módu 1, zatímco použití pásem v kanálech dva až pět je volitelné. Tato organizace umožňuje podporu až čtyř režimů časově-frekvenční modulace na kanál, což dává celkem až 20 subkanálů v aktuálním doporučení MBOA. Kromě toho stojí za zmínku, že doporučení MBOA také umožňují vyhnout se použití kanálu č. 2 v případě rušení nelicencovaných typů bezdrátových rozhraní (U-NII, Unlicensed-National Information Infrastructure), jako je aktuální IEEE802.11a .
Architektura přijímací a vysílací rádiové části rozhraní zůstává i přes poměrně složité obvody frekvenčních syntezátorů a dalších modulů zcela typická pro OFDM řešení.
Blokové schéma vysílače
Blokové schéma přijímače
Mimochodem je třeba zmínit, že střední frekvence rozsahů a jejich hranice nebyly zvoleny náhodně. Pokud jde o vytvoření frekvenčního syntezátoru, je jasné, že v rámci každého sektoru rychlosti hodin rozsahy jsou nádherně generovány díky přítomnosti jediného generátoru referenční frekvence:
Zpětná kompatibilita s drátovým standardem USB v praxi znamená, že jeho vlastnosti byly maximálně přeneseny z tohoto standardu, včetně signalizace událostí (připojení, odpojení, dočasné přerušení výměny, obnovení atd.), vlastností transakčního protokolu atd.
Datové pakety jsou generovány pomocí technologie založené na protokolu vícenásobného přístupu s časovým dělením TDMA (Time Division Multiple Access).
Mezi zajímavé identifikátory protokolu můžeme zaznamenat povinnou přítomnost registru, který nese informace o funkčnosti zařízení jako hostitele. Za zmínku také stojí unikátní MSSI (Micro-Scheduled Stream Index) sloužící k identifikaci WUSB.
Bezdrátové USB: Spotřeba energie a energie
Otázka spotřeby energie komponent RF rozhraní si zaslouží zvláštní pozornost, protože tento parametr je nejdůležitější pro přenosná zařízení. Jak je známo, spotřeba energie typického PDA, s vyloučením použití bezdrátových rozhraní, se pohybuje od 250 × 400 mW, např. mobily typický rozsah spotřeby energie je 200 300 mW. Přidání bezdrátového rozhraní USB by nemělo zvýšit spotřebu energie přenosných zařízení více, než jak by tomu bylo u jiných bezdrátových rozhraní.
Jak víte, v současných podmínkách je zcela žádoucí, aby zařízení s vlastním napájením zajišťovala provoz mobilního zařízení v pohotovostním režimu po dobu 3 5 dnů a až několik měsíců u zařízení třídy dálkového ovládání dálkové ovládání. Očekává se, že první generace bezdrátových řadičů rozhraní USB, založených na standardizovaných RF řešeních MBOA (MultiBand OFDM Alliance), bude mít spotřebu energie nižší než 300 mW. Druhá generace takových zařízení bude spotřebovávat méně než 100 mW. Při navrhování napájecích obvodů bude kladen důraz na použití elektrických obvodů, které přejdou do režimu spánku při nepřítomnosti signálu, a také na rozsáhlé používání režimů výkonu Spánek/Poslech/Probuzení.
Bezdrátové USB: výkon a vyhlídky na jeho škálování
Současná specifikace Wireless USB verze 0.7 předpokládá provoz rozhraní v okruhu až 3 metrů s rychlostí přenosu dat až 480 Mb/s při nízké spotřebě energie, která je srovnatelná se stávajícím kabelovým standardem USB 2.0. Ve skutečnosti, stejně jako mnoho jiných rozhraní, v závislosti na vzdálenosti mezi hostitelem a zařízením, stejně jako na řadě dalších charakteristik prostředí, se výkon rozhraní pohybuje od 55 Mbps do 480 Mbps. Zde jsou základní deklarované výkonnostní charakteristiky rozhraní v závislosti na vzdálenosti:
- 110 Mbit/s na vzdálenost cca 10 m
- 200 Mbps na vzdálenost více než 4 m
- 480 Mbps na vzdálenost 2 m
To znamená, že příkon vysílací části není větší než 130 mW a přijímací části není větší než 160 mW. Hlavní charakteristiky deklarované v současné fázi experimentů s rozhraním jsou uvedeny v tabulce níže (se ziskem antény 0 dB, data od Texas Instruments):
Podle vývojářů bude příští generace specifikací rozhraní podporovat výměnu dat rychlostí až 1 Gbit/s.
Bezdrátové USB: Bezpečnostní aspekty
Zatímco pracujeme s běžným USB, problémy s ochranou dat nedávají žádný smysl kvůli kabelové povaze rozhraní. Stejně jako u jakéhokoli jiného bezdrátového rozhraní však při přechodu na WUSB budou na prvním místě bezpečnostní problémy. Z požadavku specifikace rozhraní při zajištění bezpečnosti výměny však vyplývá, že proces šifrování neovlivňuje rychlost výměny a konečnou cenu řešení.
Předpokládá se, že šifrování v Wireless USB bude zajištěno hardwarově pomocí protokolu AES-128, další zabezpečení lze implementovat na aplikační úrovni.
Celkový
Demonstrace, která se konala na podzimním fóru Intel Developer Forum 2004, byla významným krokem pro Multi-Band OFDM Alliance (MBOA), protože to bylo poprvé, kdy společné rozhraní fyzické vrstvy a prototyp sady aplikací Wireless USB umožnily komunikaci mezi různými společnostmi. Zařízení vrstvy MAC.
V současné době je na programu vývojářů standardu Wireless USB přijetí protokolu fyzické vrstvy. Finální verze protokolu MAC se očekává ve čtvrtém čtvrtletí roku 2004 a konečná verze specifikací WUSB bude vydána do konce tohoto roku. Očekává se, že první UWB a WUSB křemík bude představen na začátku až v polovině roku 2005, přičemž první řešení Wireless USB by měla být uvedena na trh koncem roku 2005.
Vývojáři věří, že WUSB řešení pro stolní PC a CE řešení budou na trhu žádaná jako první a možnosti rozhraní pro mobilní zařízení se objeví o něco později. V letech 2005 2006 se tak na trhu objeví především samostatné hostitelské řadiče a desky rozhraní v podobě řešení pro sběrnice PCI, PCI Express, ExpressCard a také možnosti pro port USB 2.0. V roce 2006 a 2007 přijde čas pro integrované WUSB řadiče a příchod periferií s „nativním“ WUSB.
Nedivte se, že o rozhraní WUSB v tuto chvíli slyšíte tak málo, jeho čas ještě nenastal. Sami vývojáři slibují otevření stránky podpory Wireless USB až ve čtvrtém čtvrtletí roku 2004, blíže k připravenosti finální verze standardu. Snad se do této doby poprvé dočkáme loga nového standardu.
V souladu s tím, i když neexistuje žádný standard, nikdo nedělá velký hluk o jeho budoucnosti. Ale ty a já jsme teď do jisté míry připraveni se s ním setkat...
Dodatečné zdroje
Zvláštní pozornost je dnes na celém světě věnována zavádění bezdrátových komunikačních technologií a rozhraní, které jsou mezi uživateli hledajícími mobilitu stále oblíbenější. Technologie Bluetooth se však používá především jako bezdrátový headset. mobilní telefony, Wi-Fi většinou řeší problémy se sítí a používá se k obsluze širokopásmového bezdrátového přístupu předplatitelům v poslední míli při přístupu k internetu a technologie WiMax je stále neznámá, kdy se objeví a vyřeší stejné problémy jako Wi-Fi, tj. poskytovat širokopásmové připojení bezdrátový přístup mimo zorný úhel mezi předplatitelem a základnové stanice, jen mnohem rychleji.
Mezitím zůstal sektor lokálních počítačových rozhraní jakoby stranou - vše, co funguje na vzdálenost několika metrů a zajišťuje výměnu dat a/nebo komunikaci všech druhů elektroniky s periferiemi nebo mezi sebou navzájem. Bezdrátové infračervené rozhraní IrDA se v tichosti stalo minulostí spolu s porty COM a LPT, které nikdy nezískalo široké přijetí a technologie Bluetooth kvůli omezené rychlosti a problémům s kompatibilitou v tomto ohledu nesplnila očekávání.
V oblasti drátových počítačových rozhraní získává stále větší oblibu USB, které mnozí počítačoví odborníci charakterizují jako nejúspěšnější rozhraní v historii osobních počítačů. Toto je nejuniverzálnější, nejpohodlnější a nejoblíbenější rozhraní, které se dnes používá pro připojení myší, klávesnic, tiskáren a pevné disky a DVD mechaniky a další počítačové periferie. Podle odborníků se tak dnes na světě používá asi 3 miliardy USB portů a v příštích dvou až třech letech k nim přibudou další 3-4 miliardy.Tak působivý úspěch nás přiměl přemýšlet o přenosu USB standardem ve světě bezdrátových technologií. Myšlenka zbavit se obvyklého USB rozhraní drátů ve světle dnešní módní mobility vypadá celkem logicky a oprávněně. Koneckonců, i když jsou nejprogresivnější drátové sběrnice v současnosti ovlivněny módou „řezání drátů“, tak proč neodstranit všechny ostatní dráty z našich počítačů?
Kromě sektoru lokálních rozhraní, která zajišťují výměnu dat a/nebo komunikaci všech druhů elektroniky s periferiemi či mezi sebou, má Wireless USB další důležité poslání, které nezvládne ani Bluetooth, ani Wi-Fi, dokonce ani WiMax . Hovoříme o konceptu tzv. digitální domácnosti, jehož realizace bude vyžadovat pohodlnou, spolehlivou a zároveň levnou infrastrukturu s velkou šířkou pásma. Potřebuji dovnitř nová technologie kvůli pronikání bezdrátových nápadů do světa spotřební elektroniky. Přenos digitálních audio a video streamů mezi četnými zařízeními, která tvoří digitální domácí prostředí, vyžaduje obrovské množství šířku pásma. Technologie Bluetooth (jejíž maximální rychlost je 1 Mbit/s) ani Wi-Fi (až 54 Mbit/s) jej nemohou poskytnout a nejsou vhodné pro současnou přepravu několika vysokorychlostních streamů na krátké vzdálenosti za přísných podmínek. omezení vyzařovaného výkonu.
Bezdrátové USB však díky svým technickým vlastnostem a architektonickým vlastnostem umožní domácím uživatelům kombinovat domácí síť veškeré multimediální vybavení a domácí spotřebiče. Z hlediska funkčnosti by zařízení s rozhraním Wireless USB měla zdědit všechny své přednosti od svých drátových protějšků (včetně vysoké přenosové rychlosti až 480 Mbit/s verze USB 2.0) a přidat k nim další cennou kvalitu - úplnou absenci drátů, a tedy vysoká mobilita.
Iniciativa Intel
Společnost Intel (mimochodem investovala značné prostředky do vývoje konceptu digitální domácnosti) a další lídři v oboru vytvořili na začátku roku 2004 konsorcium Wireless USB Promoter Group, jehož hlavním úkolem bylo propagovat vysokorychlostní technologii pro bezdrátové připojení. konektivitu externí zařízení Bezdrátové USB (WUSB). Kromě Intelu do této skupiny patří společnosti jako Agere Systems, HP, Microsoft Corporation, NEC, Philips Semiconductors a Samsung Electronics. Skupina Wireless USB Promoter je aktivně podporována společnostmi Appairent Technologies, Alereon, Inc., STMicroelectronics a Wisair.
Wireless USB Promoter Group již vyvinula specifikace pro 480 Mbps Wireless USB technologii, které podporují stejný model použití a architekturu jako drátová technologie USB 2.0, které se dnes používá jako vysokorychlostní prostředek pro připojení externích zařízení k osobní počítače. To zajišťuje bezproblémový přechod od dnešních kabelových USB řešení k novým bezdrátovým technologiím. Je možné, že časem tato technologie překoná bariéru gigabitové šířky pásma. Očekává se, že výkon vyzařovaný bezdrátovými USB zařízeními bude omezen na 300 mW a v budoucnu by se měl snížit na 100 mW.
Začátkem loňského roku došlo ke dvěma významným změnám ohledně osudu nového standardu: byl přijat návrh specifikace WUSB verze 0.95 a dva hlavní vývojáři technologie, WiMedia Alliance a MBOA-SIG, oznámili, že vyřešili své rozdíly Wireless USB Promoter Group a spojili s ní své síly při dalším rozvoji WUSB. Koncem května byla na fóru Wireless USB Developers Conference oznámena finální verze Wireless USB 1.0, která přivedla WUSB do kategorie komerčních standardů. A koncem roku 2005 se na trhu objevily první komerční produkty.
Netřeba dodávat, že iniciativa Intelu nepřišla z ničeho nic. Platforma Wireless USB je evolucí technologie Ultra-Wideband (UWB), kterou dříve vyvinula Studijní skupina 3a podvýboru pro standardy IEEE 802.15.3.
Hlavní myšlenka UWB, která dává název této technologii, je založena na šířce dostupného pásma spektra, které je minimálně 25 % centrální frekvence signálu nebo více než 500 MHz. V tomto ohledu se ZČU zásadně liší od tzv. úzkopásmových technologií (se všemi konvencemi tohoto pojmu), kde šířka pásma nepřesahuje 10 % centrální nominální hodnoty a v praxi se ukazuje být ještě méně (např. například v sítích 802.11b využívajících pásmo 2,4 GHz je šířka kanálu pouze 22 MHz). Použití ultra širokého frekvenčního rozsahu může výrazně zvýšit propustnost s extrémně nízkým vyzářeným výkonem, a to je klíčový bod pro budování osobních bezdrátových sítí (nízký výkon však výrazně omezuje dosah takové komunikace). Původně se počítalo se zvýšením dosahu UWB přenosu na 1-2 km, ale nakonec to bylo omezeno jen na pár metrů a další vývoj této technologie se zastavil.
A protože je jasné, že pro použití v sektoru lokálních rozhraní není nutný kilometrový dosah, UWB technologie jsou ideální pro použití v Wireless USB. Posuďte sami: krátký dosah vysílacího zařízení UWB umožňuje znovu využít stejnou oblast frekvenčního spektra, takže zařízení umístěná v sousedních místnostech a patřící do různých clusterů (takzvaná sada zařízení přímo vyměňujících provoz) mohou vysílat data přes jeden kanál a zároveň se vzájemně neovlivňují. Kromě toho použití ultraširokopásmového signálu znamená, že dokonce i ve stejné místnosti může několik UWB clusterů pracovat současně, což způsobuje malé nebo žádné vzájemné rušení nebo žádné rušení mezi ostatními zařízeními. Ultraširokopásmový UWB signál se šíří ve formě bílého šumu v širokém rozsahu frekvencí a nemá prakticky žádný vliv na provoz různé prostředky komunikace, protože špičková úroveň záření ve skutečnosti nepřekračuje úroveň hluku ve vzduchu.
Jasnou výhodou UWB oproti jiným bezdrátovým technologiím (které jsou úzkopásmové) je navíc předpokládaná nízká cena hotových výrobků. Širokopásmové UWB vysílače dokážou modulovat vysílaný signál bez nákladných komponent a nevyžadují dolaďování parametrů. Architektura přijímacích zařízení se samozřejmě poněkud zkomplikuje, ale použití digitálních signálových procesorů udrží ceny řešení v rozumných mezích. Je třeba pamatovat také na vysokou odolnost sítí UWB proti rušení ve vzduchu a proti útlumu signálu v důsledku mnohonásobných odrazů. Navíc díky přítomnosti více cest šíření signálu v sítích UWB lze zlepšit kvalitu příjmu.
Vývojáři UWB identifikují tři hlavní oblasti použití této technologie: bezdrátové připojení příslušenství do stolních a přenosných počítačů, vysokorychlostní přenos multimediálního obsahu mezi počítači a součástmi digitální domácnosti ( digitální fotoaparáty, videokamery, MP3 přehrávače atd.) a servisní majitelé mobilních terminálů. Kromě toho lze UWB použít k budování malých lokálních sítí (například ke sběru informací z různých senzorů), k organizaci vysokorychlostního přístupu k veřejným bezdrátovým sítím a dokonce i v aplikacích, které vyžadují určení polohy objektu ( tuto technologii umožňuje dosáhnout přesnosti asi 30 cm).
Specifika bezdrátového USB
o analogii s drátovým USB zařízení Bezdrátová USB mají svou vlastní adresu, kterou získá při připojení nebo přenosu. Každé zařízení WUSB podporuje jeden nebo více kanálů pro komunikaci s hostitelem a každé zařízení WUSB může fungovat jako zařízení MAC Layer (standard WUSB popisuje tři kategorie zařízení představující různé stupně implementace mechanismu MAC Layer).
Základními prvky infrastruktury USB jsou rozbočovač a radiály k zařízením USB v topologii hvězdy, ve které hostitelský řadič zahajuje jakoukoli komunikaci mezi zařízeními k němu připojenými, přičemž každému připojenému zařízení přiděluje časové sloty a šířku pásma. Taková skupina zařízení se nazývá cluster. Popsaná spojení jsou point-to-point a provádějí se mezi hostitelem USB a zařízením USB. USB hostitel s logicky připojenými USB zařízeními tvoří neformální USB cluster (podporováno je připojení až 127 zařízení).
Nicméně v definici Wireless rozbočovače USB chybí, protože nebudou v bezdrátové architektuře žádané. Klastry WUSB koexistují v překrývajícím se prostorovém prostředí s minimálním vzájemným rušením, což umožňuje více clusterům WUSB pracovat v rámci společné oblasti pokrytí všech rádiových zařízení.
Tato topologie však bude podporovat model dvojího použití, ve kterém může zařízení s určitými omezeními sloužit jako hostitel. Tento model umožní mobilním zařízením využívat služby poskytované centrálním hostitelem (například tisk na tiskárně). Navíc takový model poskytne zařízení přístup k datům umístěným mimo tento cluster. Aby se mohl připojit k zařízením mimo určený cluster, musí vytvořit jiný cluster, který bude fungovat jako omezený hostitel.
Protože Wireless USB je zpětně kompatibilní s kabelovou verzí USB, má schopnost vytvářet transparentní mosty ke kabelovým USB zařízením a hostitelským řadičům, to znamená organizovat přenos dat mezi dvěma clustery. Tento duální model využívající Wireless USB, kde jakékoli zařízení může přijímat omezené možnosti hostitelského řadiče, je založen na rozšíření USB protokolu USB-On-The-Go. Jak víte, dřívější verze kabelového USB tuto funkci neměly a objevila se pouze v USB 2.0.
Ale hlavní rys Bezdrátové bezdrátové rozhraní USB poskytuje rychlou a efektivní škálovatelnost provozu. V závislosti na vzdálenosti mezi hostitelem a zařízením se tedy rychlost výměny dat může okamžitě změnit z 53,3 na 480 Mbit/s. Škálování probíhá následovně:
- na vzdálenost až 10 m v reálném multitaskingovém prostředí bude průtok až 106,7 Mbit/s;
- na vzdálenost do 4 m 200 Mbit/s;
- na vzdálenost do 2 m až do 480 Mbit/s.
Budoucí verze standardu Wireless USB budou podle předběžných údajů schopny poskytovat špičkový výkon až 1 Gbit/s.
Pokud jde o zabezpečení připojení WUSB, podle vývojářů standardu toto bezdrátové technologie v budoucnu bude mít velmi spolehlivou ochranu provozu před neoprávněným přístupem na úrovni kabelového standardu USB 2.0. Během procesu ověřování WUSB podporuje šifrování veřejného klíče a při přenosu dat v první generaci WUSB bude použito šifrování AES-128 pomocí algoritmu CBC-MAC (Cipher-Block Chaining with Message Authentication Code Protocol), jedná se o standard. streamovací kryptografický algoritmus pomocí bloků AES (vysokorychlostní šifrování AES je široce používáno v sítích VPN). Šifrovací architektura pro smíšená kabelová/bezdrátová připojení USB také šifruje provoz procházející přes kabely. Tím se zabrání zmatkům a chybám při třídění kabelového a bezdrátového provozu.
Ohledně softwarové podpory Wireless USB na úrovni operační systém, pak ani zde nebudou žádné problémy, protože společnost Microsoft, součást konsorcia Wireless USB Promoter Group, se podílela na vývoji specifikací WUSB a více než kdokoli jiný se zajímá o implementaci podpory standardu na úrovni svých platforem. Společnost samozřejmě musela udělat nějakou práci, aby vybudovala infrastrukturu ovladačů třídy USB a IP pro práci s novým rozhraním. Hlavními cíli, které Microsoft nastínil podle svých zástupců, bylo co nejdříve přizpůsobit standard, dosáhnout možnosti používat stávající ovladače prakticky beze změn a napsat jediný funkční ovladač pro drátové/bezdrátové vrstvy (Protokol Abstrakce vrstva). Spolu s tím byly provedeny drobné změny ve stávajícím USB a IP balíčku a byl implementován jednoduchý asociační model vysoký stupeň zabezpečení informací srovnatelné s bezpečností výměny dat přes USB kabel.
Bezdrátová budoucnost USB
protože architektura a povaha použití produktů, které podporují bezdrátové USB, jsou co nejblíže všem aktuálně existujícím zařízením USB porty, pak uživatelé nebudou mít nepříjemnosti při přechodu na nový standard. Navíc to sníží náklady na vývoj hotových výrobků a usnadní jejich rychlou distribuci. Veškeré vybavení WUSB bude zpětně kompatibilní se standardem kabelového USB. Deklarovaná propustnost technologie WUSB je 480 Mbit/s a provozní vzdálenost, na kterou bude poskytován vysokorychlostní přenos dat, je až 10 m při nízké spotřebě energie. Rozhraní WUSB má přitom takové výhody, jako je možnost bezdrátového vysokorychlostního připojení, bezpečnost, snadné použití a zpětná kompatibilita. Technologie WUSB nám všem tak poskytne snadno použitelný mobilní nástroj pro vysokorychlostní připojení externích zařízení: multimediální spotřební elektroniky, periferních zařízení, ale i různých dalších mobilních zařízení.
Pro srovnání: hlavní moderní lokál bezdrátový standard Bluetooth, který se rovněž vyvíjel velmi dynamicky, v souladu se specifikacemi Bluetooth verze 2.0, má špičkový výkon až 3 Mbit/s (s průměrnou propustností až 2,1 Mbit/s) a první verze tohoto standardu měl špičkovou propustnost pouze 771 Kbit/s /With. Ohledně výkonu Wi-Fi rozhraní, schopný již zajistit provoz až 54 Mbit/s, do budoucna se pak počítá s nárůstem propustnosti pouze na 100 Mbit/s (slíbená budoucí verze IEEE802.11n). Ale omezený počet kanálů v kombinaci se slušným rozsahem těchto rozhraní se dříve nebo později projeví, zejména ve velkoměstech. Navíc ani špičkový provoz 100 Mbit/s nelze nazvat adekvátní alternativou k současným 480 Mbit/s bezdrátového WUSB.
Možná ve velmi blízké budoucnosti zmizí šňůry nejen z našich počítačových myší a klávesnic, ale také z telefonních sluchátek technologie Bluetooth bude nahrazeno novým bezdrátovým rozhraním USB. Navíc utrpí nejen Bluetooth, ale i další typy tradičních koaxiálních/optických audio/video rozhraní. Například i digitální kabely displeje a AV rozhraní jako DVI nebo dokonce HDMI mohou být brzy nahrazeny bezdrátovým WUSB.
Obecně platí, že úkoly stanovené pro WUSB zahrnují vysokorychlostní výměnu dat ve struktuře zábavních center založených na PC, herních konzolích, MP3 a DVD přehrávačích, TV set-top boxech, HDTV televizorech, digitálních fotoaparátech a videokamerách, externích DVD- RW/CD-RW mechaniky, HDD mechaniky, kapesní počítače, mobilní telefony a smartphony, kapesní video přehrávače (Personal Video Player, PVP) a videorekordéry (Personal Video Recorder, PVR), tiskárny, skenery, projektory, sluchátka, reproduktory a mnoho dalších jiná zařízení, která mohou potřebovat rychlou výměnu dat.
První WUSB zařízení budou zřejmě samostatné řadiče pro sběrnice PCI nebo PCI Express, stejně jako USB set-top boxy nebo karty rozhraní s USB port pro stolní počítače, domácí digitální domácí komponenty a kapesní elektroniku. Letos se objeví verze WUSB pro notebooky do ExpressCard slotu a za rok můžeme očekávat zahájení výroby integrovaných WUSB řadičů a zahájení procesu zabudování WUSB čipů do všemožných periferií – od fotoaparátů a telefonů až po tiskárny a audio reproduktory. Připomeňme, že iniciátorem propagace této technologie je Společnost Intel, takže podpora WUSB by se měla ve velmi blízké budoucnosti očekávat také od čipsetů základních desek.
Zavedení bezdrátové technologie USB
Zavedení technologie WUSB na americkém kontinentu již nic nebrání. Americká Federální komise pro komunikace (FCC) schválila provoz UWB zařízení před několika lety, takže pro WUSB založené na této technologii nebyly žádné problémy. Ještě v dubnu 2002 byl vydán dokument upravující Specifikace podobné vybavení. Zejména ve Spojených státech lze pro přenos UWB signálů použít frekvenční pásmo od 3,1 do 10,6 GHz. V tomto případě by vyzařovaný výkon neměl překročit 41 dB/MHz, aby nerušil provoz úzkopásmových sítí, jako je 802.11a/b/g (Wi-Fi). Pro ostatní země může tato hodnota mírně kolísat, i když lze předpokládat, že se nakonec doporučení FCC ukáží jako normativní.
Navzdory zřejmému pokroku v zavádění WUSB na americký trh stále čekají regulační dokumenty v řadě zemí. Japonský trh je podle vedoucích pracovníků Intelu velmi slibný, přičemž regulační orgány společnosti intenzivně interagují.
Mezitím se WUSB zařízení objevila v prodeji pouze v Americe, kde již bylo certifikováno jejich výkonové a frekvenční pásmo. V Evropě se očekává zahájení prodeje ještě letos. Dnes navíc panuje jistý zmatek, protože pojem Wireless USB se vztahuje i na mnoho zařízení Bluetooth a Wi-Fi připojených k počítači přes rozhraní USB. Skutečná zařízení WUSB budou označena speciální nálepkou.
První je Bezdrátové USB(zkráceně WUSB), navržený tak, aby doplnil (a následně zcela nahradil) standardní USB rozhraní, se v současné době pomalu, ale jistě blíží masovému trhu – nejnovější specifikace WUSB 1.1 je kompletně hotová a čeká na finální schválení, takže začátek masová společnost Představení bezdrátového USB lze očekávat koncem letošního nebo začátkem příštího roku. Hlavní výhodou WUSB je jeho plná kompatibilita s původním standardem kabelového USB (samozřejmě, pokud jde o protokoly a specifikace, nikoli kabely), což nám umožňuje doufat, že přizpůsobení nového standardu stávajícímu zařízení bude rychlé a bezbolestné.
Bezdrátový hd
Pokud jde o Bezdrátové HD, pak je jako jeho dvojče WHDI(Wireless Home Digital Interface), se zaměřuje především na přenos audio a video obsahu v systémech spotřební elektroniky a je jakousi bezdrátovou inkarnací rozhraní HDMI. Ve standardu Wireless HD jde frekvenční rozsah daleko za UWB a sahá od 55 do 65 GHz, přenosové rychlosti streamovaných dat jsou 2-5 Gbit/s (v prvních verzích standardu je teoretický limit 20-25 Gbit /s) a dosah je pouze 10 metrů. Což je však na uspořádání bezdrátového domácího kina docela dost. Zatímco WHDI (považované mnoha výrobci za dočasné řešení, dokud nebude Wireless HD konečně realizováno) využívá frekvenci 5 GHz, stejnou jako některá zařízení Wi-Fi. WHDI je schopno přenášet nekomprimované video rychlostí až 3 Gbps, přičemž vzdálenost může dosáhnout 30 metrů, a to i přes překážky, jako jsou zdi. Rozhraní WHDI tedy může přenášet obraz na značné vzdálenosti, i když se vzrůstající vzdáleností kvalita obrazu klesá.
Standardy bezdrátové sítě Wi-Fi
Ze všech standardů probíraných v tomto článku bezdrátová komunikace Wi-Fi je spolu s Bluetooth nejznámější a nejrozšířenější. Termín "Wi-Fi" se vztahuje na skupinu standardů pro bezdrátové síťové vybavení vyvinuté Wi-Fi Alliance.
První specifikace Wi-Fi (IEEE 802.11-1997) se objevila již v roce 1997. Až do roku 2003 však Wi-Fi nebylo příliš populární. A to až s příchodem mobilní platformy Intel Centrino, jejíž jednou z komponent byl wifi adaptér, bezdrátové sítě získaly masové přijetí.
Aktuální standardy bezdrátové sítě Wi-Fi jsou uvedeny níže (nezapomeňte, že velká většina moderních bezdrátových zařízení podporuje 2 nebo více různých standardů současně):
· IEEE 802.11b– přijata v roce 1999, pracuje ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz a poskytuje maximální rychlost přenosu dat 11 Mbit/s (k dispozici jsou také rychlosti 5,5, 2 a 1 Mbit/s). V provozním rozsahu jsou tři nepřekrývající se frekvenční kanály, takže tři různé bezdrátové sítě mohou fungovat ve stejné oblasti, aniž by se navzájem ovlivňovaly. K dispozici je také verze 802.11b+ bez certifikace IEEE, která může pracovat s dvojnásobnou maximální rychlostí 22 Mb/s, ale není zaručena kompatibilita mezi zařízeními různých výrobců. Specifikace 802.11b/b+ je však v současnosti zastaralá;
· IEEE 802.11a– přijata v roce 1999, pracuje ve frekvenčním pásmu 5 GHz (také rozděleném do tří nepřekrývajících se dílčích pásem) a poskytuje maximální rychlost přenosu dat 54 Mbit/s s rychlostmi 48, 36, 24, 18, 12, K dispozici také 9 a 6 Mbit /S;
· IEEE 802.11g– přijatá v roce 2003, je logickým vývojem standardu 802.11b/b+ a je s ním plně kompatibilní. Pracuje ve stejném frekvenční rozsah 2,4 GHz, ale poskytuje maximální rychlost přenosu dat až 54 Mbps. Existuje i necertifikovaná verze 802.11g+, která dokáže pracovat rychlostí až 140 Mbit/s, nejčastěji však není zajištěna kompatibilita zařízení různých výrobců;
· IEEE 802.11n– schváleno 11.9.2009. Maximální rychlost přenosu dat může dosáhnout 450 Mbit/s díky technologii současného přenosu dat přes několik nezávislých komunikačních kanálů MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), což také poskytuje mnohem větší oblast pokrytí jednoho vysílače. Tato technologie je zvláště účinná v interiéru v podmínkách rušení, kdy existují různé cesty pro šíření rádiového signálu. Provozní režimy MIMO jsou určeny jako počet kanálů pracujících pro vysílání a příjem (například 2x3 MIMO: dva kanály pro vysílání a tři pro příjem). V tomto případě zařízení používají několik (nejčastěji 2 nebo 3) samostatné antény. Zařízení 802.11n může pracovat ve frekvenčních pásmech 2,4 GHz a 5 GHz a je kompatibilní se standardním zařízením 802.11a/b/g.
27. července 2011 vydal Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). oficiální verze Standard IEEE 802.22. Systémy a zařízení, které tento standard podporují, vám umožní přenášet data rychlostí až 22 Mb/s v okruhu 100 km od nejbližšího vysílače.
Libovolná Wi-Fi síťová karta (Wireless Network Interface Card, WNIC) umožňuje bez problémů navázat spojení s jinou podobnou, tzn. vytvořit síťové připojení mezi dvěma notebooky nebo mezi notebookem a stolním počítačem. Tento režim provozu se nazývá Ad Hoc (přeloženo z latiny ad hoc znamená „pro konkrétní účel“) nebo IBSS (Independent Basic Service Set). Ale abyste mohli k tomuto páru připojit dalšího účastníka sítě (což může být také internet), budete potřebovat další zařízení - přístupový bod (AP). Přístupový bod poskytuje všem klientům sítě rovný přístup k médiu pro přenos dat, tzn. funguje jako kabelový router lokální síť. Tento režim provozu se nazývá klient/server (nebo režim infrastruktury). Existují dva režimy interakce s přístupovými body – základní BSS (Basic Service Set) a rozšířený ESS (Extended Service Set). V režimu BSS spolu všichni účastníci sítě komunikují pouze prostřednictvím jednoho přístupového bodu, který může fungovat i jako most k externí síti. V režimu ESS může mezi sebou komunikovat více BSS, což umožňuje předávání provozu z jedné BSS do druhé. Přístupové body jsou vzájemně propojeny pomocí segmentů kabelové sítě nebo rádiových mostů.
Na rozdíl od kabelových sítí, kde je zachycení informací nemožné bez fyzického přístupu k přenosovému médiu, jsou bezdrátové sítě, pokud nejsou přijata zvláštní opatření, prakticky bezbranné proti neoprávněnému přístupu. K ochraně Wi-Fi se obvykle používá šifrování dat. První a nejjednodušší ze šifrovacích standardů, WEP (Wired Equivalent Privacy), je v současnosti považován za nepříliš silný. Byl nahrazen serióznějšími šifrovacími algoritmy WPA (Wi-Fi Protected Access) a jeho vylepšenou verzí WPA2, kterou samozřejmě lze hacknout, ale bude to mnohem obtížnější.
Síťové karty Wi-Fi mají jak vnitřní provedení (běžné rozšiřující karty PCI nebo PCI Express), tak i provedení externí (připojené přes sběrnici USB 2.0). Pro notebooky existují také vestavěné verze (ve formě karet mini-PCI nebo mini-PCI Express) a externí - ve formátu PCMCIA (PC Card) nebo ExpressCard.
Kromě standardních bodů Wi-Fi připojení, které slouží k připojení více počítačů do bezdrátové sítě, existují i bezdrátové routery, pomocí kterých je možné realizovat sdílený přístup k internetu pro všechny počítače v síti pomocí DSL modemu připojeného k telefonní linka, kabelový modem nebo ethernetové připojení.
V poslední době se nabídka zařízení podporujících Wi-Fi výrazně rozšířila a začala zahrnovat mobilní telefony (s podporou VoIP), digitální fotoaparáty a webové kamery, tiskárny, multimediální centra, projektory a televize a mnoho dalšího.