Этой публикацией мы завершаем цикл статей, посвящённых долгому пути разработки, становления и прихода к массовому покупателю технологии . Относительно давно – по крайней мере, по сравнению со скоростями развития других компьютерных технологий, стандарт Wireless USB был представлен в качестве рабочего проекта; затем начали обновляться бета-версии его спецификаций, о чём подробно был изложено в наших публикациях, датированных ещё 2005 годом:
- Wireless USB. Часть 1
- Wireless USB. Часть 2
Технология Wireless USB 1.0 для начинающих
Всем хороши современные проводные интерфейсы для компьютеров и электроники FireWire и USB. С треском выгнав на пенсию "тормозных" старичков LPT и COM параллельного типа (да-да, подрабатывают пенсионеры вечерами, но это уже давно не мейнстрим), новые последовательные интерфейсы прижились везде – в качестве аналогий вспомним Serial ATA и Serial Attached SCSI (SAS) на месте SCSI и PCI-Express на смену PCI/AGP. Да, всем хороши FireWire и USB – первый в своей новой версии добрался до скоростей 800 Мбит/с, а второй наконец-то обзавёлся одноранговым расширением "On-The-Go". Одна беда – пару метров постоянно путающихся проводов. И баста.Что там у нас без проводов для ближних дистанций? Bluetooth? Увы, даже в современной версии - Bluetooth Version 2.0, его производительность порядка 2,1 Мбит/с, мало пригодна для обмена большими файлами или передачи современного мультимедийного контента, равно как и Zigbee: звук ещё туда-сюда, а видео – уже никак, даже в стандартном разрешении, не говоря уж о HD Video. Может быть, Wi-Fi? Может, но не панацея. Во-первых, стандарты IEEE802.11a/g с производительностью до 54 Мбит/с и даже IEEE802.11n с производительностью вдвое большей всё равно не заменяют проводные USB/FireWire. Во-вторых, Wi-Fi – это всё же в большей степени сеть, нежели интерфейс для перекачки файлов, а если и так, то в качестве "пушки по воробьям". Прямых конкурентов проводным интерфейсам USB и FireWire не было, и возникла нехитрая идея: воспользоваться уже имеющимся пулом протоколов и спецификаций, дабы попросту отрезать эти самые провода и пустить обмен данными на расстоянии до 10 метров посредством радиоканала. Желательно, с сохранением полной аналогии с основными потребительскими свойствами USB и FireWire, а именно, простотой подключения, идентификации, сохранением скорости передачи и защищённости данных. Отмечу, что подразумевается разработка беспроводной технологии FireWire в полной аналогии с WUSB, однако это уже за рамками нашей сегодняшней темы.
Итак, Wireless USB 1.0. Желающих подробно изучить принцип функционирования этой технологии отправлю к двум предыдущим публикациям, а сейчас – лишь в общих чертах. Стандарт Wireless USB базируется на концепции платформы сверхширокополосной (Ultra Wideband, UWB) беспроводной технологии для передачи данных на короткие - до 10 метров, расстояния; с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низким энергопотреблением. Платформа UWB - это решение для беспроводной передачи высококачественного мультимедийного контента, например видео, между устройствами бытовой электроники и периферийными устройствами ПК. Одно из основных преимуществ технологии UWB заключается в том, что она не создает помех для других беспроводных технологий, используемых в настоящее время, таких как Wi-Fi, WiMAX и сотовой связи. Схематически интерфейс Wireless USB можно описать таким образом: стандарт подразумевает использование двух основных "слоев" для обмена данными - транспортного и физического уровня. Транспортный уровень базируется на выше упомянутой сверхширокополосной (UWB) технологии; физический представляет собой уровень формирования среды передачи данных, где помимо WUSB с легкостью могут фигурировать W1394 (Wireless FireWire), Bluetooth и прочие, к настоящему времени еще не изобретенные и не сформулированные протоколы. Стандарт Wireless USB - первый UWB-интерфейс, доведенный до коммерческого стандарта.
Сверхширокополосная модуляция (UWB, IEEE 802.15.3a), в свою очередь, весьма схожа с применяемой в стандарте Bluetooth: передатчик генерирует миллиарды импульсов в очень широком - порядка нескольких гигагерц, частотном спектре, а приемная часть преобразовывает импульсы в данные путем отслеживания схожих последовательностей импульсов; модуляция производится мультиплексированием по ортогональным несущим частотам (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что в совокупности с принципом использования нескольких частотных диапазонов составляет технологию MultiBand OFDM. Что касается передачи пакетов данных, здесь всё просто – практически полная аналогия формирования транзакций по принципу USB 2.0. Благодаря использованию сверширокополосной модуляции с низкой спектральной плотностью, сигнал как бы "размазывается " в виде своеобразного "белого шума" по широкому спектру частот, при этом рекомендованная спектральная плотность излучения не должна превышать в среднем уровня -41,3 дБм/МГц. Отсюда вытекают два полезных практических вывода: отсутствие влияния на работу других средств связи и мизерное энергопотребление.
Стандарт транспортного уровня MultiBand OFDM для Wireless USB регламентирует спектральный участок шириной 7,5 ГГц, который разделен на пять каналов и несколько отдельных 528 МГц поддиапазонов в каждом канале. В результате получается 14 поддиапазонов шириной 528 МГц каждый, сгруппированных в 5 частотных участков, при этом каждый из 14 поддиапазонов применительно к стандарту Wireless USB обладает возможностью поддержки обмена данными со скоростью до 480 Мбит/с! Гибкость нового беспроводного стандарта как раз в том, что в разных странах могут быть разрешены к использованию не все поддиапазоны, однако на финальную работоспособность и производительность это практически не влияет.
Что касается топологии Wireless USB, здесь также просматривается аналогия с проводным USB - устройства обладают собственным адресом, получаемым при подключении или перечислении, при этом каждое устройство WUSB поддерживает один или несколько каналов для связи с хостом, может работать как MAC Layer устройство. Ключевым же топологическим отличием Wireless USB можно назвать то, что хост-контроллер может поддерживать до 127 устройств в кластерной группе, что, впрочем, не исключает обычного варианта "точка-точка" как частного случая. Интересно отметить, что концентраторы в определении Wireless USB отсутствуют как класс по причине их полной невостребованности в такой архитектуре: кластеры сосуществуют в перекрывающейся пространственной среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет функционировать нескольким WUSB-кластерам в пределах общей зоны действия. Плюсы такой топологии – в возможности двойного применения, когда устройство может в ограниченном объеме выполнять функции хоста - 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. Обратная совместимость Wireless USB с проводным USB также позволяет создавать прозрачные мосты на проводные USB-устройства и хост-контроллеры, то есть, организовывать передачу данных между двумя кластерами. Фактически, это можно назвать "работой над ошибками" USB, где устраненными для проводной версии лишь с появлением протокола USB 2.0 - USB-On-The-Go. Каждое Wireless USB устройство, равно как его драйверы, обладают собственной системой управления энергопотреблением, без перекладывания этой проблемы на хост-контроллер. Имеются три схемы экономии энергии: нормальный обмен данными (прекращение излучения в промежутках между посылками и везде, где это имеет смысл в текущий момент); спящий режим (увеличение промежутков опроса наличия канала); разъединение. Суммарная мощность, потребляемая устройствами Wireless USB, для PHY первого поколения ограничено максимальным уровнем 130 - 160 мВт; ожидается ужесточение этого показателя. Скорость обмена данными интерфейса Wireless USB значительно зависит от расстояния между хостом и устройством и может изменяться в многозадачном окружении в пределах от 53,3 Мбит/с до 480 Мбит/с: порядка 106,7 Мбит/с на расстоянии до 10 метров; 200 Мбит/с на расстоянии более 4 метров и до 480 Мбит/с на расстоянии более 2 метров. Пример навскидку: типичный поток видео с качеством SDTV/DVD составляет 3 -7 Мбит/с и порядка 19 - 24 Мбит/с в стандарте HDTV. 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. Технология Wireless USB обеспечивает шифрование трафика с открытыми ключами, применяемыми для аутентификации. Шифрование с использованием открытых ключей может использовать типичный уровень шифрования и более защищенный - RSA с 3072-битным ключом и хэшем SHA-256. Архитектура шифрования при смешенных проводных USB/WUSB соединениях также подразумевает шифрование трафика, проходящего через проводные соединения, это позволяет избежать путаницы и ошибок при сортировке трафика на проводной/беспроводной. Наконец, программная часть. Компания Microsoft, участвовавшая во всех этапах становления стандарта, обеспечила совместимость уже существующих драйверов почти без изменения, за исключением USB ISOC, плюс единственный функциональный драйвер для проводных/беспроводных PAL (Protocol Abstraction Layer). Программная хост-архитектура реализации поддержки UWB включает поддержку шин PCI и PCI Express для интерфейсных слотовых карт плюс автоматически вытекающую из этого поддержку версий CardBus и ExpressCard. Помимо этого, поддерживаются WUSB-решения со стандартными интерфейсными разъемами "проводного USB" (USB Dongles). В конечном итоге, операционной системе 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.
Завершить технологический экскурс стоит на том, что в настоящее время индустриальный альянс UWB - WiMedia Alliance насчитывает более 200 компаний-участников, которые работают над коммерциалиацией своих устройств в рамках спецификаций стандарта Wireless USB. Теперь – пожалуй, самое интересное, рассказ о реальных устройствах Wireless USB.
1 год назад
Wireless USB - это беспроводной USB, то есть стандарт беспроводной передачи данных. Он разрабатывается группой Wireless USB Promoter Group.Wireless USB относится к технологиям класса PAN (Personal Area Network). Прежде всего, она предназначена для того, чтобы осуществлять обмен данными на небольшие расстояния. Спецификация декларирует пропускную способность 480 Мбит/с - на расстоянии до 3 м, 110 Мбит/с - на расстоянии до 10 м.
Первая версия Wireless USB, которую анонсировали в 2005 году, показала именно такую пропускную способность. А в 2007 году уже вышли на рынок первые продукты.
Существующие в данный момент прототипы уже обеспечивают такие скорости. Примером сети этого класса может служить Bluetooth. Однако необходимо отметить, что пропускные способности, которые можно достичь в рамках этой технологии, на два порядка ниже.
Необходимо также подчеркнуть, что Wireless USB использует в сто раз меньше энергии, чтобы передать такое же количество информации на той же битовой скорости.
Потенциальными рынками для Wireless USB принято считать не только привычную сферу для проводного USB, то есть рынок периферии ПК, но и рынки мобильной техники, как и бытовой электроники.
Wireless USB способен заменить традиционные проводные USB. К типичным подключаемым устройствам следует отнести клавиатуру, мышь, камеру, принтер, внешние накопители и прочее. Wireless USB также вполне подойдет для простого совместного использования принтеров, если у них нет стандартного сетевого интерфейса или подключения к серверу печати.
Принтер, подключенный к Wireless USB, работает так, будто он подключен с помощью USB непосредственно к обычному компьютеру. Технология не предназначена для того, чтобы создавать компьютерные сети, хотя теория предполагает и это.
Такую технологию довольно часто считают наиболее вероятным кандидатом на роль основного транспорта для «цифрового дома». Чтобы получить самые высокие результаты в этой области, была введена расширенная поддержка изохронного трафика. Это следует считать одним из основных новшеств по отношению к проводному USB. В итоге появится возможность обеспечивать качественную передачу потокового аудио и видео.
В 2010 году завершена спецификация Wireless USB 1.1, которая приведет к повышению скорости передачи данных. Она также предполагает поддержку более высоких частот — до 6 ГГц и выше. Wireless USB 1.1 предусматривает поддержку технологии Near Field Communication (NFC). Это означает, что настройка и эксплуатация Wireless USB-устройств становится проще. При этом разработчики сохранили обратную совместимость с существующим оборудованием.
Современный пользователь мобильной электроники от телефонов до ноутбуков, сам того не замечая, от покупки к покупке «обрастает» все большим количеством беспроводных интерфейсов. Казалось бы, совсем недавно для всех коммуникационных нужд было достаточно обладать инфракрасным портом ан нет, появился Bluetooth, и жить стало легче, жить стало веселей. Сегодня многие уже не мыслят своей жизни без Wi-Fi, на очереди появление WiMAX, да и сама по себе мобильная телефония в широком смысле является беспроводным интерфейсом для связи с внешним миром.
Итого, к сегодняшнему дню мы рискуем запутаться уже не в клубке интерфейсных проводов, но в клубке различных и порой не очень хорошо совместимых стандартов. Однако, на горизонте маячат новые доселе неизвестные стандарты беспроводных коммуникаций, один из которых Wireless USB, со временем грозит вытеснить собой некоторые известные способы взаимодействия мобильных устройств с периферией.
Казалось бы, зачем изобретать велосипед, то есть, переиначивая фразу в применении к сектору беспроводных интерфейсов, зачем придумывать новый стандарт, когда уже есть тот же Bluetooth, инфракрасные порты, а для более масштабных расстояний и скоростей Wi-Fi? Обратимся к схеме ниже и рассмотрим ежедневные сферы применения, где столь популярный Bluetooth никоим образом не сможет справиться с предлагаемым потоком данных.
Обратите внимание: удел Bluetooth работа с периферией и приложениями, потребляющими относительно низкоскоростной трафик, как правило, устройствами ввода, синхронизации и передачи речи с относительно невысокими требованиями к качеству аудиопотока. Несмотря на то, что Intel планирует сделать Bluetooth 1.2 стандартным интерфейсом в ноутбуках на базе технологии Centrino уже в 2005 году (главным образом, для передачи стереозвука), везде, где речь заходит о передаче видео, Bluetooth автоматически остается за бортом.
А как же Wi-Fi, возможности которого к настоящему времени в реализациях версий IEEE 802.11a/g простираются до обмена трафиком до 54 Мбит/с? Спору нет, это уже лучше, но во-первых, Wi-Fi это все же инструмент, заточенный немного под другие задачи, хотя, на безрыбье может подойти и он. Во-вторых, не стоит забывать, что это только сейчас пользователь чувствует себя относительно вольготно на выделенных для Wi-Fi каналах, а что будет, когда в каждой второй квартире начнут подключать друг к дружке наушники, пылесосы и прочие ноутбуки? И в-третьих, как не крути, но даже для некоторых современных приложений пиковая скорость Wi-Fi, не превышающая 54 Мбит/с (обсуждение способов сжатия трафика пока оставим за кадром) оказывается безнадежно малой. Что уж говорить о грядущих цифровых домах и желании передавать/транслировать объемы аудио/видео контента с более-менее приличным качеством...
Итак, получается, что нужда в простом надежном и производительном локальном интерфейсе все же существует. Иными словами, пользователю совсем будет не лишним вариант с возможностями IEEE1394 или USB 2.0, но без проводов. Пусть радиус его действия будет сравним с проводными вариантами 3-5 метров, не более 10, но обязательно должна гарантироваться приличная, сравнимая с проводными вариантами скорость обмена данными, теоретически неограниченное количество каналов, а раз уж речь зашла о современных реалиях, по возможности, с хорошей защитой от несанкционированного доступа к данными и малым энергопотреблением.
Вроде, ничего не забыли? Фактически, мы желаем разместить в нынешних перегруженных радиочастотных каналах неограниченное количество диапазонов. Которые, из-за ширины канала, требуемой для приличной скорости обмена данными, согласно теореме Котельникова, просто «сожрут» все имеющиеся ресурсы, попутно вытеснив телевидение, радио и прочие участки мобильных операторов и спутниковые стволы. Плюс к этому желательно, чтобы размеры самих интерфейсных адаптеров были сравнимы с нынешними разъемами кабелей USB, максимум с габаритами флэш-брелоков, а еще лучше, чтобы и вовсе не «выпирали» из мобильников, карманных ПК и ноутбуков, скрываясь внутри.
Фантастика? Да, если использовать современные виды модуляции с
частотным, фазовым, временным и любым другим уплотнением. Нет, если
речь идет о широкополосной передаче данных.
Стандарт Wireless USB: первые робкие шаги
Начало сентября 2004 года ознаменовалось проведением очередной осенней сессии Форума Intel для разработчиков в Сан-Франциско, на которой Intel совместно с NEC, Texas Instruments и Wisair впервые продемонстрировали в работе новые устройства, совместимые со спецификациями стандарта Wireless USB. Новой технологии обмена данными пока что не исполнилось и года, ибо впервые рабочая группа поддержки стандарта Wireless USB Wireless USB Promoter Group , заявила о своем существовании в феврале 2004 года. На тот момент группа поддержки WUSB состояла из компаний Agere Systems, HP, Intel, Microsoft, NEC, Philips и Samsung, однако, за последние полгода к группе подключились Appairent Technologies, Alereon Inc., Staccato Communications, STMicroelectronics, Texas Instruments и Wisair, внесшие весомый вклад в развитие новой технологии.
Основная задача, которую поставила перед собой новая рабочая группа при продвижении Wireless USB сохранение существующих устройств USB, инфраструктуры драйверов, внешнего вида и удобств использования проводных устройств USB , тем самым поставив обязательным условием сохранение осуществленных ранее капиталовложений.
Несмотря на то, что впервые словосочетание «Wireless USB» прозвучало в феврале на весеннем форуме IDF 2004, а работы по адаптации UWB в качестве стандартного скоростного интерфейса для ПК еще раньше, первые более-менее осмысленные детали спецификаций стандарта мы узнали в июле, в дни проведения конференции Wireless Japan 2004. Именно тогда прозвучали невероятно близкие сроки начала коммерческого внедрения стандарта 2005 год, и WUSB, можно сказать, впервые заставил заговорить о себе всерьез, хотя, действительно массовое внедрение интерфейса начнется в 2006 – 2007 годах. Именно к тому времени, по прогнозам аналитиков из In Stat Group, количество всевозможной периферии с интерфейсом USB, ныне превышающее 1 млрд. устройств, составит более 3,5 млрд. Согласитесь, весомый рынок, о будущем которого надо думать заранее.
Итак, разработчики нового стандарта поставили перед собой задачу подготовить спецификации, которые станут привычным простым высокопроизводительным беспроводным интерфейсом для настольных и мобильных ПК, PDA, мобильных телефонов, компьютерной периферии и устройств бытовой электроники, обеспечивая удобное соединение и высокоскоростной обмен данными.
По задумке, новая технология и связанные с ней подстандарты обеспечат использование высокоскоростных беспроводных соединений между различными устройствами в быту и офисе. Новые стандарты разрабатываются для беспроводных персональных сетей (WPAN) и предназначены для передачи изображения, звука и других данных по высокоскоростным широкополосным соединениям. Вот лишь краткий список бытовой электроники, наиболее нуждающийся в появлении Wireless USB уже сейчас:
- Развлекательные домашние центры на базе ПК
- Цифровые видеокамеры
- Цифровые фотокамеры
- HDTV телевизоры
- Внешние пишущие приводы DVD-RW/CD-RW
- Внешние накопители (HDD)
- Игровые приставки
- MP3 плееры
- ТВ-приставки
- Мобильные телефоны и коммуникаторы
- Карманные видео плееры (Personal Video Player, PVP)
- Карманные видеомагнитофоны (Personal Video Recorder, PVR)
- Принтеры
- Сканеры
- Цифровые проекторы
- Наушники и колонки
Каждый может сам продолжить этот список, по очереди припомнив все домашние или офисные устройства с интерфейсами USB/FireWire, особенно, с учетом появления спецификаций однорангового варианта USB USB-On-The-Go. Пожалуй, самое время подумать о способе отрезать клубок кабелей и освободить себя от привязанности к этим проводам.
Wireless USB: топология
Топология Wireless USB характеризуется емким понятием «hub-and-spoke», то есть, образно перефразируя на русский, «ось [колеса] и спицы» (см. схему ниже). Роль оси в нашем случае выполняет хост-контроллер, который инициализирует трафик с каждым подключенным к нему периферийным устройством и управляет потоком данных, выделяя каждому соответствующий тайм-слот и соответствующую ширину полосы пропускания канала.
Таким образом, каждое Wireless USB устройство подключается к хосту по схеме «точка-точка». Основным отличием такой схемы от проводной версии USB можно назвать отсутствие в топологической схеме специальных дополнительных концентраторов. Тем не менее, беспроводной USB-хост подразумевает логическое подключение до 127 Wireless USB устройств .
Интересно отметить, что получаемые в результате кластеры устройств с интерфейсом Wireless USB сосуществуют в едином окружении с минимальными взаимными помехами. В дополнение к получаемым беспроводным возможностям, интерфейс Wireless USB обратно совместим с проводной версией USB и позволяет создавать совершенно прозрачные мосты на проводные USB устройства и хост-контроллеры. Таким образом можно создавать не только «сетевые» соединения второго уровня между двумя хостами, но также организовывать передачу данных между двумя кластерами.
Обязательно стоит упомянуть, что топология WUSB в обязательном порядке подразумевает поддержку двоякой модели взаимодействия, когда устройство наделяется некоторыми ограниченными возможностями хоста (по образу и подобию USB-On-The-Go), что позволяет мобильным устройствам получать доступ к некоторым сервисам в качестве хост-устройства, например, к принтерам.
Wireless USB: радиочастотный спектр и тип модуляции
Стандарт Wireless USB основан на использовании технологии сверхширокополосной UWB (Ultra-Wideband) модуляции на базе рекомендаций MultiBand OFDM Alliance (MBOA) и WiMedia Alliance. Точнее будет сказать, что Wireless USB лишь один из почти достигнувших практической реализации стандартов для создания так называемых беспроводных персональных сетей Wireless PAN (Personal Area Network), на базе только зарождающейся коммуникационной технологии UWB, подразумевающей использование очень широкой полосы частот до 30 ГГц. Впрочем, частотный диапазон технологии UWB пока обозначен лишь в США, где его принятие в FCC было достигнуто после многократного обсуждения с производителями радаров; ратификация UWB национальными подкомиссиями электросвязи Японии и стран Еврозоны еще впереди.
Обе вышеупомянутые организации MBOA и WiMedia Alliance, являются открытыми индустриальными ассоциациями, созданными для продвижения стандартов персональных беспроводных сетей WPAN (Wireless Personal Area Networks). Спешу вас обрадовать: 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 нескольких гигагерц, частотном спектре. Приемная часть преобразовывает импульсы в данные путем отслеживания схожих последовательностей импульсов. 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.
Под современной UWB технологией подразумевается применение иного принципа модуляции мультиплексирования по ортогональным несущим частотам (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что, впрочем, также 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, динамически подстраиваем их ширину, отключаем запрещенные, и в конце концов стандарт все равно вписывается в предъявленные требования.
В случае с продвигаемыми подстандартом MultiBand OFDM спектральный 7,5 ГГц участок разделен на несколько отдельных диапазонов шириной 528 МГц. Возможность динамического подключения тех или иных участков позволяет удовлетворить требования любых национальных комитетов электросвязи.
План распределения частотного диапазона для MultiBand OFDM устройств, согласно рекомендациям MBOA, разбит на пять логических каналов (см. схема выше). Поддержка канала Channel 1, включающего в себя три первых частотных участка, является обязательным требованием для всех UWB устройств. Сочетание различных каналов позволяет организовать различные режимы работы устройств MultiBand OFDM.
В нынешней рекомендации ассоциации MultiBand OFDM Alliance, диапазоны с первого по третий (обязательные) используются для работы в режиме Mode 1, в то время как использование диапазонов в каналах со второго по пятый является необязательным. Такая организация позволяет обеспечить поддержку до четырех частотно-временных режимов модуляции на канал, что в сумме дает до 20 подканалов в нынешней рекомендации MBOA. Помимо этого стоит упомянуть, что рекомендации MBOA также позволяют уклониться от использования канала №2 в случае возникновения помех безлицензионным видам беспроводных интерфейсов (U-NII, Unlicensed-National Information Infrastructure) типа нынешнего IEEE802.11a.
Архитектура приемной и передающей радиочасти интерфейса при этом, несмотря на достаточно сложные схемы синтезаторов частот и других модулей, остается вполне типичной для OFDM решений.
Блок-схема передатчика
Блок-схема приемника
Кстати упомянуть, средние частоты диапазонов и их границы выбраны не случайным образом. Когда заходит речь о создании синтезатора частот видно, что в пределах каждого сектора тактовые частоты диапазонов генерируются прекрасным образом благодаря наличию единственного генератора опорной частоты:
Обратная совместимость с проводным стандартом USB на практике означает, что из этого стандарта по максимуму были портированы его характеристики, включая сигнальные события (соединение, разъединение, временное прекращение обмена, возобновление и т.д.), особенности построения протокола организации транзакций и др.
Пакеты данных формируются по технологии, основанной на протоколе множественного доступа с разделением каналов по времени TDMA (Time Division Multiple Access).
Из интересных идентификаторов протокола можно отметить обязательное наличие регистра, несущего информацию о функциональности устройства в качестве хоста. Также стоит упомянуть об уникальном индексе MSSI (Micro-Scheduled Stream Index), используемого для идентификации WUSB.
Wireless USB: питание и энергопотребление
Особенного внимания заслуживает вопрос энергопотребления радиочастотных компонентов интерфейса, поскольку именно этот параметр наиболее важен для портативных устройств. Как известно, энергопотребление типичного PDA без учета использования беспроводных интерфейсов колеблется в пределах 250 400 мВт, для сотовых телефонов типичным диапазоном энергопотребления является 200 300 мВт. Добавление интерфейса Wireless USB не должно увеличивать энергопотребление портативных устройств на величину большую, нежели это происходит при использовании других беспроводных интерфейсов.
Как известно, в нынешних условиях вполне желательно, чтобы устройства с автономным питанием обеспечивали работу мобильного устройства в ждущем режиме на протяжении 3 5 дней и до нескольких месяцев для устройств класса пульта дистанционного управления. Ожидается, что интерфейсные Wireless USB контроллеры первого поколения, выполненные на базе стандартизированных MBOA (MultiBand OFDM Alliance) радиочастотных решений будут обладать энергопотреблением менее 300 мВт. Второе поколение таких устройств будет потреблять менее 100 мВт. При разработке схем питания основное внимание будет уделяться использованию электрических цепей, уходящих в «спящий» режим в отсутствие сигнала, а также широкое использование режимов питания Sleep/Listen/Wake.
Wireless USB: производительность и перспективы ее масштабирования
Нынешняя спецификация Wireless USB версии 0.7 подразумевает работу интерфейса в радиусе до 3 метров со скоростью обмена данными до 480 Мбит/с при низком энергопотреблении, что сравнимо с существующим проводным стандартом USB 2.0. На самом деле, как и у многих других интерфейсов, в зависимости от расстояния между хостом и устройством, а также массы других характеристик окружающей среды производительность интерфейса колеблется от 55 Мбит/с до 480 Мбит/с. Приведем опорные декларируемые характеристики производительности интерфейса в зависимости от расстояния:
- 110 Мбит/с при расстоянии порядка 10 м
- 200 Мбит/с при расстоянии более 4 м
- 480 Мбит/с при расстоянии 2 м
При этом подразумевается энергопотребление передающей части не более 130 мВт и приемной части не более 160 мВт. Основные характеристики, заявляемые на нынешнем этапе экспериментов с интерфейсом, приведены в таблице ниже (при усилении антенны 0 дБ, данные Texas Instruments):
Согласно утверждениям разработчиков, следующее поколение спецификаций интерфейса будет поддерживать обмен данными на скорости до 1 Гбит/с.
Wireless USB: вопросы обеспечения безопасности
Пока мы работаем с обычным USB, вопросы защиты данных не имеют никакого смысла в связи с проводной сутью интерфейса. Однако, как и в любом другом беспроводном интерфейсе, при переходе к использованию WUSB на первое место выйдут вопросы безопасности. Тем не менее, требование спецификаций интерфейса при обеспечении безопасности обмена подразумевает отсутствие влияния процесса шифрования на скорость обмена и окончательную цену решения.
Предполагается, что шифрование в Wireless USB будет обеспечиваться аппаратно по протоколу AES-128, обеспечение дополнительной безопасности может быть реализовано на уровне приложений.
Итого
Проведенная в рамках осенней сессии Форума Intel для разработчиков 2004 года демонстрация стала важным шагом для альянса Multi-Band OFDM (MBOA), поскольку на базе общего интерфейса физического уровня и прототипа набора приложений Wireless USB впервые была установлена связь между устройствами MAC-уровня различных компаний.
В настоящее время на повестке дня разработчиков стандарта Wireless USB принятие протокола физического уровня. В четвертом квартале 2004 года ожидается финальная версия MAC-протокола, также до конца нынешнего года будет выпущена финальная версия спецификаций WUSB. Ожидается, что в начале-середине 2005 года будет представлен первый UWB и WUSB кремний, а первые решения на базе Wireless USB появятся на рынке в конце 2005 года.
Разработчики считают, что первыми на рынке будут востребованы WUSB решения для настольных ПК и CE-решений, а варианты интерфейса для мобильных устройств появятся несколько позже. Таким образом, в 2005 2006 годах на рынке будут появляться главным образом отдельные хост-контроллеры и интерфейсные платы в виде решений под шины PCI, PCI Express, ExpressCard, а также варианты под порт USB 2.0. В 2006 2007 настанет время интегрированных контроллеров WUSB и появления периферии с «родным» WUSB.
Не удивляйтесь, что в настоящее время так мало слышно об интерфейсе WUSB, его время еще не пришло. Сами разработчики обещают открыть сайт поддержки Wireless USB только в четвертом квартале 2004, ближе к готовности финальной версии стандарта. Возможно, к этому времени мы впервые увидим логотип нового стандарта.
Соответственно, пока нет стандарта, никто особенно и не «шумит» об его будущем. Но мы с вами к его встрече теперь в какой-то степени уже готовы...
Дополнительные ресурсы
Особое внимание во всем мире сегодня уделяется внедрению беспроводных технологий связи и интерфейсов, которые приобретают все большую популярность у пользователей, стремящихся к мобильности. Однако технология Bluetooth применяется в первую очередь в качестве беспроводной гарнитуры мобильных телефонов, Wi-Fi решает по большей части сетевые задачи и используется для обслуживания абонентов широкополосного беспроводного доступа на последней миле при выходе в Интернет, а технология WiMax еще неизвестно когда появится и будет решать те же задачи, что и Wi-Fi, то есть предоставлять широкополосный беспроводной доступ вне зоны прямой видимости между антеннами абонентской и базовой станций, только гораздо быстрее.
ежду тем остался как бы на обочине сектор локальных компьютерных интерфейсов всего того, что работает на расстоянии нескольких метров и обеспечивает обмен данными и/или связь всевозможной электроники с периферией или друг с другом. Беспроводной инфракрасный интерфейс IrDA тихо ушел в прошлое вместе с портами COM и LPT, так и не получив широкого признания, а технология Bluetooth, в силу ограниченного быстродействия и проблем с совместимостью, в этом плане не оправдала ожиданий.
В области проводных компьютерных интерфейсов все большую популярность набирает USB, который многие компьютерные эксперты характеризуют не иначе как самый успешный интерфейс в истории персональных компьютеров. Это самый универсальный, удобный и востребованный интерфейс, который используются сегодня для подключения и мышей, и клавиатур, и принтеров, и жестких дисков, и DVD-приводов, и прочей компьютерной периферии. Так, согласно оценкам экспертов, сегодня в мире используются около 3 млрд. портов USB и в ближайшие два-три года к ним прибавятся еще 3-4 млрд. Столь внушительный успех заставил задуматься о перенесении стандарта USB и в мир беспроводных технологий. Идея, касающаяся избавления привычного интерфейса USB от проводов в свете модной сегодня мобильности выглядит вполне закономерной и обоснованной. Ведь даже если самые прогрессивные проводные шины в настоящее время попадают под влияние моды на «отрезание проводов», то почему бы не убрать и все остальные провода у наших компьютеров?
К тому же помимо сектора локальных интерфейсов, обеспечивающих обмен данными и/или связь всевозможной электроники с периферией или друг с другом, у беспроводного (Wireless) USB есть еще одна важная миссия, с которой не под силу справиться ни Bluetooth, ни Wi-Fi, ни даже WiMax. Речь идет о так называемой концепции цифрового дома, для реализации которой понадобится удобная, надежная и при этом недорогая инфраструктура с высокой пропускной способностью. Потребность в новой технологии обусловлена проникновением беспроводных идей в мир бытовой электроники. Передача цифровых аудио- и видеопотоков между многочисленными устройствами, формирующими среду цифрового дома, требует огромной пропускной способности. Ни технология Bluetooth (максимальная скорость которой равна 1 Мбит/c), ни Wi-Fi (до 54 Мбит/c) обеспечить ее не в состоянии, да и не приспособлены они для одновременной транспортировки нескольких высокоскоростных потоков на небольшие расстояния в условиях жестких ограничений на излучаемую мощность.
А вот Wireless USB благодаря своим техническим характеристикам и архитектурным особенностям позволит домашним пользователям объединить в домашней сети всю мультимедийную аппаратуру и бытовую технику. В функциональном отношении устройства с интерфейсом Wireless USB должны унаследовать от своих проводных аналогов все их преимущества (включая высокую скорость обмена до 480 Мбит/с версии USB 2.0) и добавить к ним еще одно ценное качество полное отсутствие проводов, а следовательно, высокую мобильность.
Инициатива компании Intel
омпания Intel (которая, между прочим, вложила значительные ресурсы в разработку концепции цифрового дома) и другие отраслевые лидеры в начале 2004 года создали консорциум Wireless USB Promoter Group, основной задачей которого стало продвижение высокоскоростной технологии для беспроводного подключения внешних устройств Wireless USB (WUSB). Помимо Intel, в эту группу вошли такие компании, как Agere Systems, HP, Microsoft Corporation, NEC, Philips Semiconductors и Samsung Electronics. Работе Wireless USB Promoter Group активно способствуют Appairent Technologies, Alereon, Inc., STMicroelectronics и Wisair.
Wireless USB Promoter Group уже разработала спецификации для технологии Wireless USB с пропускной способностью 480 Мбит/с, которые поддерживают ту же модель использования и ту же архитектуру, что и проводная технология USB 2.0, которая сегодня применяется в качестве высокоскоростного средства подключения внешних устройств к персональным компьютерам. Это обеспечивает беспроблемный переход от современных проводных USB-решений к новым беспроводным технологиям. Не исключено, что со временем эта технология преодолеет гигабитный барьер пропускной способности. Уровень мощности, излучаемой устройствами Wireless USB, предполагается ограничить величиной в 300 мВт, а в дальнейшем он должен снизиться до 100 мВт.
В начале прошлого года произошли два серьезных события, касающиеся судьбы нового стандарта: были приняты черновые спецификации WUSB версии 0.95, а два основных разработчика технологии, альянсы WiMedia Alliance и MBOA-SIG, объявили об устранении противоречий с Wireless USB Promoter Group и об объединении усилий с ней в дальнейшей разработке WUSB. В последние числа мая на форуме Wireless USB Developers Conference была объявлена финальная версия Wireless USB 1.0, что вывело WUSB в разряд коммерческих стандартов. А в конце 2005 года на рынке появились и первые коммерческие продукты.
Надо ли говорить, что инициатива Intel возникла не на пустом месте. Платформа Wireless USB является развитием технологии Ultra-Wideband (UWB), которая прежде разрабатывалась исследовательской группой 3a подкомитета стандартов IEEE 802.15.3.
Основная идея UWB, давшая название данной технологии, базируется на ширине доступной полосы спектра, которая составляет не менее 25% величины центральной частоты сигнала либо больше 500 МГц. В этом отношении UWB принципиально отличается от так называемых узкополосных технологий (при всей условности данного термина) там ширина полосы не превышает 10% от центрального номинала, а на практике оказывается еще меньше (например, в сетях 802.11b, использующих диапазон 2,4 ГГц, ширина канала составляет всего 22 МГц). Применение сверхширокого частотного диапазона позволяет значительно увеличить пропускную способность при крайне низкой излучаемой мощности, и это является ключевым моментом для построения персональных беспроводных сетей (правда, малая мощность существенно ограничивает дальность такой связи). Первоначально планировалось довести дальность передачи по UWB до 1-2 км, но в конце концов дело ограничилось лишь несколькими метрами и дальнейшее развитие этой технологии застопорилось.
А поскольку понятно, что для использования в секторе локальных интерфейсов километровой дальности и не нужно, то технологии UWB как нельзя лучше подошли к использованию в Wireless USB. Судите сами: малый радиус действия передающего UWB-оборудования позволяет повторно задействовать одну и ту же область частотного спектра, поэтому устройства, расположенные в соседних помещениях и относящиеся к разным кластерам (так именуется совокупность устройств, непосредственно обменивающихся трафиком), могут передавать данные по одному каналу и при этом не мешать друг другу. Кроме того, использование сверхширокополосного сигнала означает, что даже в одном помещении несколько кластеров UWB могут функционировать одновременно, почти не создавая помех ни друг другу, ни иным устройствам. Сверхширокополосный сигнал UWB как бы размазывается в виде своеобразного белого шума по широкому спектру частот и фактически не оказывает влияния на работу различных средств связи, поскольку пиковый уровень излучения реально не превышает эфирного уровня шумов.
К тому же явное преимущество UWB перед другими беспроводными технологиями (которые являются узкополосными) состоит в прогнозируемой дешевизне готовых изделий. Широкополосные UWB-передатчики могут модулировать передаваемый сигнал безо всяких дорогостоящих компонентов и не нуждаются в точной настройке параметров. Конечно, архитектура принимающих устройств несколько усложнится, но использование процессоров цифровой обработки сигналов позволит удержать цены решений в разумных пределах. Следует также иметь в виду высокую устойчивость сетей UWB к помехам в эфире и к затуханию сигнала при множественных отражениях. Более того, за счет наличия в сетях UWB нескольких путей распространения сигнала можно улучшить качество приема.
Разработчики UWB определяют три основные сферы применения данной технологии: беспроводное подключение периферийных устройств к настольным и портативным компьютерам, высокоскоростная передача мультимедиаконтента между компьютерами и компонентами цифрового дома (цифровыми камерами, видеокамерами, MP3-плеерами и т.д.) и обслуживание владельцев мобильных терминалов. Кроме того, UWB может использоваться при построении небольших локальных сетей (например, для сбора информации с различных датчиков), при организации высокоскоростного доступа к беспроводным сетям общего пользования и даже в приложениях, требующих определения местоположения объекта (данная технология позволяет достичь точности порядка 30 см).
Специфика Wireless USB
о аналогии с проводным USB устройства Wireless USB обладают собственным адресом, получаемым при подключении или перечислении. Каждое устройство WUSB поддерживает один или несколько каналов для связи с хостом, и каждое устройство WUSB может работать как устройство MAC Layer (стандарт WUSB описывает три категории устройств, представляющие разные степени реализации механизма MAC Layer).
Базовыми элементами инфраструктуры USB являются концентратор и радиальные линии к USB-устройствам в топологии «звезда», в которой хост-контроллер инициирует любой обмен данными между подключенными к нему устройствами, выделяя временные интервалы и полосу пропускания каждому подключенному устройству. Подобная группа устройств называется кластером. Описанные соединения относятся к типу «точка-точка» и осуществляются между USB-хостом и USB-устройством. USB-хост с логически подключенными к нему USB-устройствами образует неформальный USB-кластер (поддерживается подключение до 127 устройств).
Однако в определении Wireless USB концентраторы отсутствуют, так как в беспроводной архитектуре они не будут востребованы. WUSB-кластеры сосуществуют в перекрывающейся пространственной среде с минимальными взаимными помехами, что позволяет функционировать нескольким WUSB-кластерам в пределах общей зоны действия всех радиоизлучающих устройств.
При этом данная топология будет поддерживать модель двойного применения, в которой, с некоторыми ограничениями, устройство может выполнять функции хоста. Такая модель позволит мобильным устройствам пользоваться сервисами, которые обеспечивает центральный хост (например, печатать на принтере). Кроме того, подобная модель предоставит устройству доступ к данным, расположенным за пределами этого кластера. Для того чтобы подключиться к устройствам вне указанного кластера, оно должно создать другой кластер, выступая в качестве хоста с ограниченными возможностями.
Поскольку Wireless USB обратно совместим с проводной версией USB, у него имеется возможность создавать прозрачные мосты на проводные USB-устройства и хост-контроллеры, то есть организовывать передачу данных между двумя кластерами. Такая двойная модель использования Wireless USB, где любое устройство может получить ограниченные возможности хост-контроллера, базируется на расширении USB-протокола USB-On-The-Go. Как известно, в ранних версиях проводного USB такой возможности не было, а появилась она только в USB 2.0.
Но главной особенностью беспроводного интерфейса Wireless USB является быстрая и эффективная масштабируемость трафика. Так, в зависимости от расстояния между хостом и устройством скорость обмена данными может мгновенно изменяться в пределах от 53,3 до 480 Мбит/с. Масштабирование происходит следующим образом:
- на расстоянии до 10 м в реальном многозадачном окружении скорость потока составит до 106,7 Мбит/с;
- на расстоянии до 4 м 200 Мбит/с;
- на расстоянии до 2 м до 480 Мбит/с.
Последующие версии стандарта Wireless USB, по предварительным данным, смогут обеспечивать пиковую производительность до 1 Гбит/с.
Что касается безопасности соединения по WUSB, то, по словам разработчиков стандарта, эта беспроводная технология в перспективе будет обладать очень надежной защитой трафика от несанкционированного доступа на уровне проводного стандарта USB 2.0. В процессе аутентификации WUSB поддерживает шифрование с открытыми ключами, а при передаче данных в первом поколении WUSB будет применено шифрование AES-128 с использованием алгоритма CBC-MAC (Cipher-Block Chaining with Message Authentication Code Protocol) это стандартный потоковый криптоалгоритм с применением блоков AES (высокоскоростное AES-шифрование широко применяется в VPN-сетях). Архитектура шифрования при смешанных проводных/беспроводных USB-соединениях также предполагает шифрование трафика, проходящего по проводам. Это позволяет избежать путаницы и ошибок при сортировке трафика на проводной и беспроводной.
Что касается программной поддержки Wireless USB на уровне операционной системы, то здесь проблем тоже не будет, так как компания Microsoft, входящая в консорциум Wireless USB Promoter Group, принимала участие в разработке спецификаций WUSB и как никто другой заинтересована в реализации поддержки стандарта на уровне своих платформ. Разумеется, компании пришлось провести некоторые работы по построению инфраструктуры драйверов классов USB и IP для работы с новым интерфейсом. Главные цели, намеченные Microsoft, по словам ее представителей, заключались в как можно более ранней адаптации стандарта, в достижении возможности использования уже существующих драйверов практически без изменения и в написании одного-единственного функционального драйвера для проводных/беспроводных уровней (Protocol Abstraction Layer). Наряду с этим были внесены небольшие изменения в уже существующий пакет USB и IP, а также реализована простая ассоциативная модель с высокой степенью защищенности информации, сравнимой с безопасностью обмена данными по USB-кабелю.
Беспроводное будущее интерфейса USB
оскольку архитектура и характер использования изделий, поддерживающих Wireless USB, максимально соответствуют всему существующему на данный момент оборудованию с портами USB, то пользователи не будут испытывать неудобств при переходе на новый стандарт. Кроме того, это удешевит разработку готовых изделий и будет способствовать их скорейшему распространению. Все оборудование WUSB будет обратно совместимым с проводным стандартом USB. Заявленная пропускная способность технологии WUSB 480 Мбит/с, а рабочее расстояние, на котором будет обеспечиваться высокоскоростная передача данных, до 10 м при низком энергопотреблении. При этом интерфейс WUSB обладает такими достоинствами, как возможность беспроводного высокоскоростного подключения, безопасность, простота использования и обратная совместимость. Таким образом, технология WUSB предоставит всем нам удобное в применении мобильное средство для высокоскоростного подключения внешних устройств: мультимедийной бытовой электроники, периферийных устройств, а также различных других мобильных аппаратов.
Для сравнения: основной современный локальный беспроводной стандарт Bluetooth, который тоже развивался весьма динамично, в соответствии со спецификаций Bluetooth Version 2.0 имеет пиковую производительность до 3 Мбит/с (при средней пропускной способности до 2,1 Мбит/с), а первая версия этого стандарта имела пиковую пропускную способность всего лишь 771 Кбит/с. Что касается производительности интерфейсов Wi-Fi, способных уже сейчас обеспечить трафик до 54 Мбит/с, то в перспективе ожидается увеличение пропускной способности лишь до 100 Мбит/с (обещанная в будущем версия IEEE802.11n). Но ограниченное количество каналов в сочетании с приличным радиусом действия этих интерфейсов рано или поздно даст о себе знать, особенно в мегаполисах. К тому же даже пиковый трафик 100 Мбит/с никак нельзя назвать адекватной альтернативой нынешним 480 Мбит/с у беспроводного WUSB.
Возможно, в самом ближайшем будущем не только исчезнут шнуры у наших компьютерных мышей и клавиатур, но и в телефонных гарнитурах технологии Bluetooth будут вытесняться новым интерфейсом Wireless USB. Причем пострадает не только Bluetooth, но и другие типы традиционных коаксиальных/оптических аудио/видеоинтерфейсов. Например, даже дисплейные цифровые шнуры и AV-интерфейсы, такие как DVI или даже HDMI, могут быть вскоре заменены на беспроводной WUSB.
В целом задачи, поставленные перед WUSB, предполагают скоростной обмен данными в структуре развлекательных центров на базе ПК, игровых приставок, MP3- и DVD-плееров, ТВ-приставок, HDTV-телевизоров, цифровых фото- и видеокамер, внешних DVD-RW/CD-RW-приводов, HDD-накопителей, карманных ПК, мобильных телефонов и смартфонов, карманных видеоплееров (Personal Video Player, PVP) и видеомагнитофонов (Personal Video Recorder, PVR), принтеров, сканеров, проекторов, наушников, колонок и многих других устройств, которым, возможно, понадобится быстрый обмен данными.
Первыми WUSB-устройствами, видимо, станут отдельные контроллеры под шины PCI или PCI Express, а также USB-приставки или интерфейсные платы с портом USB для настольных ПК, компонентов домашнего цифрового дома и карманной электроники. Версии WUSB для ноутбуков под слот ExpressCard появятся уже в нынешнем году, а через год можно ожидать начала выпуска интегрированных контроллеров WUSB и начала процесса встраивания чипов WUSB во всевозможную периферию от фотоаппаратов и телефонов до принтеров и аудиоколонок. Напомним, что инициатором продвижения этой технологии является компания Intel, так что поддержку WUSB в самом ближайшем будущем следует ожидать и со стороны чипсетов материнских плат.
Внедрение технологии Wireless USB
недрению технологии WUSB на американском континенте ничего не мешает. Федеральная комиссия связи США (FCC) разрешила эксплуатацию UWB-устройств уже несколько лет назад, так что для WUSB, базирующейся на этой технологии, уже никаких проблем не было. Еще в апреле 2002 года был издан документ, регламентирующий технические характеристики подобного оборудования. В частности, на территории США для передачи UWB-сигналов может задействоваться полоса частот от 3,1 до 10,6 ГГц. При этом излучаемая мощность не должна превышать 41 дБ/МГц, дабы не создавать помех работе таких узкополосных сетей, как 802.11a/b/g (Wi-Fi). Для других стран эта величина может незначительно колебаться, хотя можно предположить, что в конечном счете рекомендации FCC окажутся стандартообразующими.
Несмотря на очевидный прогресс в деле вывода WUSB на американский рынок, в ряде стран регламентирующие документы еще ждут своего часа. По мнению руководителей Intel, весьма многообещающим является рынок Японии, с регулирующими органами которой компания интенсивно взаимодействует.
А пока WUSB-устройства появились в продаже только в Америке, где их мощность и полоса частот уже сертифицированы. В Европе начало продаж ожидается в текущем году. К тому же сегодня наблюдается некоторая неразбериха, так как термин Wireless USB применяется также ко многим Bluetooth- и Wi-Fi-устройствам, подключаемым к ПК по USB-интерфейсу. Настоящие же WUSB-устройства будут промаркированы специальным стикером.
Первый из них – Wireless USB (сокращенно WUSB), призванный дополнить (а в последующем и полностью заменить) стандартный интерфейс USB, в настоящее время медленно, но верно подбирается к массовому рынку – последняя спецификация WUSB 1.1 полностью закончена и вот-вот будет окончательно одобрена, так что начало массовой компании по внедрению беспроводного USB можно вполне ожидать уже в конце этого – начале следующего года. Главное достоинство WUSB – это полная совместимость с оригинальным проводным стандартом USB (естественно, с точки зрения протоколов и спецификаций, а не кабелей), что позволяет надеяться на то, что адаптация нового стандарта к существующему оборудованию пройдет быстро и безболезненно.
Wireless hd
Что касается Wireless HD, то он, как и его брат-близнец WHDI (Wireless Home Digital Interface), ориентируется в основном на передачу аудио- и видеоконтента в системах потребительской электроники и является своего рода беспроводной инкарнацией интерфейса HDMI. В стандарте Wireless HD частотный диапазон выходит далеко за рамки UWB и простирается от 55 до 65 ГГц, скорость передачи потоковых данных составляет 2-5 Гбит/с (в первых версиях стандарта, тогда как теоретический предел составляет 20-25 Гбит/с), а радиус действия всего 10 метров. Которых, впрочем, вполне достаточно для организации беспроводного домашнего кинотеатра. Тогда как WHDI (рассматриваемый многими производителями как временное решение, пока не будет окончательно доведен «до ума» Wireless HD) использует частоту 5 ГГц, такую же, как и некоторые Wi-Fi-устройства. WHDI способен передавать несжатое видео со скоростью до 3 Гбит/с, при этом расстояния могут достигать 30 метров, невзирая на преграды (вроде стен). Таким образом, интерфейс WHDI может передавать изображение на приличные дистанции, хотя с увеличением расстояния качество картинки снижается.
Стандарты беспроводных локальных сетей Wi-Fi
Из всех рассматриваемых в этой статье стандартов беспроводной связи Wi-Fi, наряду с Bluetooth, является самым известным и распространенным. Термин «Wi-Fi» объединяет группу стандартов оборудования беспроводных сетей, разработанных консорциумом Wi-Fi Alliance.
Первая спецификация Wi-Fi (IEEE 802.11-1997) появилась в далеком 1997 году. Однако до 2003 года Wi-Fi не имел особой популярности. И только лишь с появлением мобильной платформы Intel Centrino, одной из составляющих частей которой стал адаптер Wi-Fi, беспроводные сети обрели массовое признание.
Ниже перечислены актуальные на сегодняшний день стандарты беспроводных сетей Wi-Fi (не стоит забывать, что подавляющее большинство современных беспроводных устройств поддерживают 2 или более различных стандарта одновременно):
· IEEE 802.11b – принят в 1999 году, работает в частотном диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 11 Мбит/с (при этом доступны также скорости 5,5, 2 и 1 Мбит/с). В рабочем диапазоне предусмотрены три непересекающихся частотных канала, поэтому на одной территории, не влияя друг на друга, могут работать три различные беспроводные сети. Существует также и не сертифицированный IEEE вариант 802.11b+, который может работать на удвоенной максимальной скорости 22 Мбит/с, однако совместимость оборудования разных производителей при этом не гарантируется. Впрочем, спецификация 802.11b/b+ на сегодняшний день является устаревшей;
· IEEE 802.11a – принят в 1999 году, работает в частотном диапазоне 5 ГГц (также разделенном на три непересекающихся поддиапазона) и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 54 Мбит/с, при этом доступны также скорости 48, 36, 24, 18, 12, 9 и 6 Мбит/с;
· IEEE 802. 11g – принят в 2003 году, является логическим развитием стандарта 802.11b/b+ и полностью совместим с ним. Он работает в том же самом частотном диапазоне 2,4 ГГц, но обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 54 Мбит/с. Существует также не сертифицированный IEEE вариант 802.11g+, который может работать на скоростях вплоть до 140 Мбит/с, однако совместимость оборудования разных производителей при этом чаще всего не обеспечивается;
· IEEE 802. 11n – был утверждён 11 сентября 2009 года. Максимальная скорость передачи данных может достигать 450 Мбит/с за счет технологии одновременной передачи данных по нескольким независимым каналам связи MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), благодаря которой также обеспечивается и гораздо большая зона покрытия одного передатчика. Технология особенно эффективна в помещениях в условиях интерференции, когда существуют различные пути распространения радиосигнала. Режимы функционирования MIMO обозначаются как количество каналов, работающих на передачу и на прием (например, 2x3 MIMO: два канала на передачу и три – на прием). При этом в устройствах используется несколько (чаще всего – 2 или 3) отдельных антенн. Оборудование стандарта 802. 11n может работать в частотных диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц и совместимо со стандартным оборудованием 802.11a/b/g.
27 июля 2011 года Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22 . Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволят передавать данные на скорости до 22 Мб/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.
Любая сетевая карта Wi-Fi (Wireless Network Interface Card, WNIC) позволяет без всяких проблем установить соединение с другой такой же, т.е. наладить сетевое соединение между двумя ноутбуками или между ноутбуком и настольным ПК. Такой режим работы называется Ad Hoc (в переводе с латыни ad hoc означает «для конкретной цели») или IBSS (Independent Basic Service Set). А вот для того, чтобы подключить к этой паре еще одного участника сети (в качестве которого может выступать и Интернет), потребуется уже дополнительное устройство – точка доступа (Access Point, AP). Точка доступа обеспечивает всем клиентам сети равноправный доступ к среде передачи данных, т.е. выполняет функции роутера проводной локальной сети. Такой режим работы называется клиент/сервер (или режим инфраструктуры – Infrastructure Mode). Существует два режима взаимодействия с точками доступа – основной BSS (Basic Service Set) и расширенный ESS (Extended Service Set). В режиме BSS все участники сети связываются между собой только через одну точку доступа, которая может выполнять также роль моста к внешней сети. В режиме ESS нескольких сетей BSS могут взаимодействовать друг с другом, что позволяет передавать трафик от одной BSS к другой. Между собой точки доступа соединяются с помощью сегментов кабельной сети или радиомостов.
В отличие от кабельных сетей, где перехват информации невозможен без физического доступа к среде передачи, беспроводные сети, если не применять специальных мер, оказываются практически беззащитными от несанкционированного доступа. Для защиты Wi-Fi обычно используют шифрование данных. Первый и наиболее простой из стандартов шифрования, WEP (Wired Equivalent Privacy), в настоящее время считается не очень стойким. На смену ему пришли более серьезные алгоритмы шифрования WPA (Wi-Fi Protected Access) и его усовершенствованный вариант WPA2, которые взломать, конечно, можно, однако сделать это будет гораздо сложнее.
Сетевые карты Wi-Fi имеют как внутреннее исполнение (обычные карты расширения формата PCI или PCI Express), так и внешнее (подключаются по шине USB 2.0). Для ноутбуков также существуют встроенные версии (в виде mini-PCI или mini-PCI Express карт) и внешние – в формате PCMCIA (PC Card) или ExpressCard.
Помимо стандартных точек доступа Wi-Fi, которые служат для объединения нескольких компьютеров в беспроводную сеть, существуют еще и беспроводные маршрутизаторы, с помощью которых возможно реализовать для всех компьютеров сети разделяемый доступ в Интернет с использованием DSL-модема, подключенного к телефонной линии, кабельного модема или Ethernet-подключения.
В последнее время круг устройств, поддерживающих Wi-Fi, существенно расширился и стал включать еще и сотовые телефоны (с поддержкой VoIP), цифровые фотоаппараты и веб-камеры, принтеры, мультимедийные центры, проекторы и телевизоры и многое другое.