Wireless USB ( Universal Serial Bus ) — это протокол беспроводной радиосвязи с высокой пропускной способностью и малым радиусом действия, созданный группой Wireless USB Promoter Group с целью повышения доступности общих технологий на основе USB. Он не имеет отношения к Wi-Fi и отличается от предложений Cypress WirelessUSB. Ее поддерживал WiMedia Alliance , который прекратил свою деятельность в 2009 году. Беспроводной USB иногда сокращается как WUSB , хотя Форум разработчиков USB не одобряет эту практику и вместо этого предпочитает называть технологию Certified Wireless USB, чтобы отличить ее от конкурирующего стандарта UWB.
Беспроводной USB был основан на общей радиоплатформе Ultra-WideBand (UWB) WiMedia Alliance , которая способна передавать 480 Мбит/с на расстояние до 3 метров (9,8 футов) и 110 Мбит/с на расстояние до 10 метров ( 33 фута). Он был разработан для работы в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц , хотя местная нормативная политика может ограничивать допустимый рабочий диапазон в некоторых странах.
Стандарт устарел, и уже много лет не производится никакого нового оборудования. [ нужна цитата ]
Поддержка стандарта устарела в Linux 5.4 [1] [2] и удалена в Linux 5.7 [3].
Основанием для этой спецификации был ошеломляющий успех USB в качестве основы для периферийных устройств во всем мире: названные причины включают чрезвычайную простоту использования и низкую стоимость, которые позволяют существовать повсеместной двунаправленной и быстрой архитектуре портов . Определение Ultra-WideBand (UWB) очень близко соответствует возможностям и скорости передачи данных USB (от 1,5 и 12 Мбит/с до 480 Мбит/с для USB 2.0) и обеспечивает естественное беспроводное расширение USB на небольшом расстоянии. (3 метра, до 10 со сниженной скоростью 110 Мбит/с). Тем не менее, физической шины для питания периферийных устройств больше не было , а отсутствие проводов означает, что некоторых свойств, которые в USB-системах обычно считаются само собой разумеющимися, необходимо добиваться другими средствами.
Целью спецификации было сохранить функциональную модель USB, основанную на интеллектуальных хостах и простых с точки зрения поведения устройствах, одновременно позволяя ей работать в беспроводной среде и сохраняя безопасность на уровне, предлагаемом традиционными проводными системами. Он также стремится быть сравнительно энергоэффективным. Для этого он использует существующий стандарт, который определяет подходящий физический уровень и контроль доступа к среде , с помощью которых может быть достигнута желаемая производительность, и добавляет к нему уровень конвергенции для объединения обеих архитектурных усилий.
W-USB определялся как шина, пусть и логическая, а не физическая, которая может одновременно соединять хост с рядом периферийных устройств. Хост делит доступную полосу пропускания с помощью стратегии множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Он сохраняет возможность USB безопасно управлять устройствами на лету . Хосты могут общаться с устройствами на расстоянии до 10 метров.
Беспроводной USB использовался в игровых контроллерах , принтерах , сканерах , цифровых камерах , портативных медиаплеерах , жестких дисках и флэш-накопителях USB . [ нужна цитация ] Он также подходил для передачи параллельных видеопотоков с использованием USB по сверхширокополосным протоколам.
Группа промоутеров Wireless USB была сформирована в феврале 2004 года для определения протокола Wireless USB . В состав группы входили Agere Systems (теперь объединенная с LSI Corporation [4] ), Hewlett-Packard , Intel , Microsoft , NEC Corporation , Philips Semiconductors и Samsung . [5]
В мае 2005 года группа Wireless USB Promoter Group анонсировала версию 1.0 спецификации Wireless USB. [6]
В июне 2006 года пять компаний продемонстрировали первую демонстрацию совместимости беспроводного USB от разных производителей. Ноутбук с хост-адаптером Intel с использованием PHY Alereon использовался для передачи видео высокой четкости с беспроводного полупроводникового устройства Philips с PHY Staccato Communications, и все это с использованием драйверов Microsoft Windows XP , разработанных для беспроводного USB.
В октябре 2006 года Федеральная комиссия по связи США (FCC) одобрила беспроводные USB-продукты Host Wire Adaptor (HWA) и Device Wire Adaptor (DWA) от WiQuest Communications для использования как на открытом воздухе, так и в помещении. Первый розничный продукт был поставлен IOGEAR с использованием кремния Alereon , Intel и NEC в середине 2007 года. Примерно в то же время Belkin, Dell, Lenovo и D-Link начали поставлять продукты, включающие технологию WiQuest. Эти продукты включали встроенные карты в ноутбуки или адаптеры для тех ПК, которые в настоящее время не оснащены беспроводным USB. В 2008 году компания Dell представила новую беспроводную док-станцию USB от Kensington. Этот продукт был уникальным, поскольку это был первый продукт на рынке, поддерживающий видео и графику через USB-соединение с использованием графической технологии DisplayLink USB. В августе 2008 года компания Kensington выпустила универсальную док-станцию Wireless USB для беспроводного соединения между ноутбуком и внешним монитором, динамиками и существующими проводными периферийными устройствами USB. Компания Imation объявила в четвертом квартале 2008 года о выпуске нового внешнего беспроводного жесткого диска. [7]
16 марта 2009 г. WiMedia Alliance объявил о соглашениях о передаче спецификаций сверхширокополосной связи (UWB) WiMedia. WiMedia передала спецификации Специальной группе по интересам Bluetooth (SIG), Группе промоутеров беспроводного USB и Форуму разработчиков USB . После передачи технологии WiMedia Alliance прекратил свою деятельность. [8] [9] [10] В октябре 2009 года Специальная группа по Bluetooth отказалась от разработки UWB как части альтернативной технологии MAC/PHY, Bluetooth 3.0/High Speed. Небольшое, но значительное число бывших членов WiMedia не подписали и не подпишут необходимые соглашения о передаче интеллектуальной собственности . Затем группа Bluetooth переключила свое внимание с UWB на 60 ГГц . [11] [12] [13]
29 сентября 2010 г. была анонсирована версия 1.1 спецификации Wireless USB. [14] Он обеспечил несколько улучшений обратной совместимости: поддержка верхней полосы UWB для частот 6 ГГц и выше, улучшенное управление питанием и потреблением, а также поддержка NFC и ассоциации на основе близости.
Как уже упоминалось, модель USB сохранена и, как правило, внесены незначительные изменения с учетом конкретных потребностей беспроводной системы. Изменения следующие, сверху вниз:
Замена медных проводов на уровне шины вносит неопределенность в фактическое состояние соединений хост-устройство и, что еще более важно, потенциально полностью раскрывает связь для любого другого устройства в пределах диапазона распространения, в то время как по проводу она была достаточно защищена. Следовательно, необходимо установить явные безопасные отношения. Для этого уровни шины и устройства включают необходимые ресурсы для использования функциональным уровнем. Каждая передача W-USB шифруется на уровне шины без ущерба для горизонтальной связи между уровнями.
Шина использует метод опроса на основе TDMA , контролируемый хостом. Передача состоит из трех частей: токена , данных и рукопожатия . В целях эффективности несколько токенов, содержащих информацию о синхронизации для устройств, могут быть сгруппированы в один, образуя таким образом группы транзакций . Управление потоком и размеры пакетов корректируются с учетом энергоэффективности при соблюдении высокоуровневой модели канала связи между источником и пунктом назначения.
Даже сохранение типичного уровня ошибок модели USB в беспроводных средах требует внесения изменений в механизмы, используемые для достижения указанной модели: среди прочего, согласование данных и буферизация.
UWB определяет уровни PHY и MAC, которые необходимо интегрировать в модель W-USB. В частности, MAC соединяется с подуровнем управления логическим каналом (LLC), образуя канальный уровень , отвечающий за шифрование/дешифрование, управление ошибками PHY и синхронизацию, в то время как сам PHY обеспечивает правильность заголовков, а не полезных данных.
Уровень MAC особенно важен для W-USB. Он использует суперкадры , разделенные на 256 временных интервалов , первый из которых предназначен для передачи радиомаячной информации . Слоты могут быть дополнительно выделены для удовлетворения потребностей кластеров устройств, также идентифицируемых MMC (см. ниже). Хост поддерживает один или несколько каналов связи W-USB и полностью осведомлен об уровне MAC, тогда как устройству необходимо использовать только определенный интерфейс W-USB для связи через существующие каналы.
В устройствах существует три степени сознания MAC. Самый высокий из них соответствует устройству с автомаяком , которое способно самостоятельно выполнять маякование. Следующая степень представляет устройства с направленной маяковой передачей , которые не знают о кадрах MAC и имеют ограниченные возможности передачи маяковых сигналов в зависимости от хоста для обнаружения и передачи маяков для близлежащих устройств. Наконец, существуют устройства без маяков , которые имеют очень ограниченные возможности передачи и приема; с другой стороны, устройства, которые не обнаруживаются хостом, не могут быть затронуты этими устройствами или влиять на них.
Таким образом, устройства без маяков могут работать только в непосредственной близости от хоста. Устройства с направленным и автомаяком должны иметь возможность идентифицировать своих скрытых соседей, что они и делают, излучая маяки. Со своей стороны, хосты управляют глобальными таймерами с точностью, необходимой для физической среды (20 частей на миллион ). Время канала передается внутри MMC и используется для распределения слотов, поэтому важно, чтобы хосты выполняли точную передачу маякового сигнала. Устройства также могут передавать объявления о резервировании.
Суперкадр включает в себя временные интервалы уведомлений устройств для асинхронных передач, инициированных устройствами (которые не используют каналы, а вместо этого напрямую подключаются к уровню шины); хост динамически назначает слоты по мере необходимости. Помимо этого, транзакции W-USB между хостом и конечными точками выполняются так же, как и в USB.
Транзакции используют микропланирование TDMA, придерживаясь семантики USB. Протокол разделенных транзакций используется для одновременного выполнения нескольких транзакций. Это связано с концепцией группы транзакций, которая состоит из микрозапланированной команды управления (MMC) и выделенных временных интервалов для выполнения связанной с ней рабочей нагрузки.
Беспроводная передача данных обычно связана с очень значительными накладными расходами; чтобы смягчить это, W-USB заменяет их фазой данных в пакетном режиме , которая группирует один или несколько пакетов данных, что уменьшает разделители пакетов и промежутки между ними, в отличие от правила USB, согласно которому один пакет данных на транзакцию. Степень применения этой практики можно регулировать, что приводит к различной степени равенства между конкурирующими устройствами.
Спецификация определяет четыре конкретных типа передачи данных; их отличительные особенности суммированы здесь.
Управление питанием также может влиять на передачу данных, поскольку устройства могут контролировать энергопотребление по своему усмотрению. Тот факт, что протокол связи основан на TDMA, означает, что и хост, и устройства точно знают, когда их присутствие не требуется, и могут использовать это для входа в режимы энергосбережения. Устройства могут отключать свои радиомодули незаметно для хоста, сохраняя при этом свои соединения. Они также могут отключаться на длительный период времени, если предварительно уведомят хост, поскольку они будут игнорировать все сообщения от указанного хоста. В конце концов устройство запустит процедуру пробуждения и проверит наличие незавершенных работ.
В свою очередь, хост обычно выключает свое радио, когда оно не нужно. Если он решает остановить канал, временно находиться в режиме ожидания или перейти в режим гибернации или выключения, он должен уведомить об этом устройства, прежде чем он сможет это сделать.
Архитектура WUSB позволяет напрямую подключаться к хосту до 127 устройств. Поскольку нет проводов и портов, больше нет необходимости в концентраторах.
Однако, чтобы облегчить переход от проводного подключения к беспроводному, WUSB представила новый класс адаптера провода устройства (DWA) . DWA, который иногда называют «концентратором WUSB», позволяет использовать существующие устройства USB 2.0 по беспроводной сети с хостом WUSB.
Возможности хоста WUSB можно добавить к существующим ПК с помощью адаптера хост-провода (HWA) . HWA — это устройство USB 2.0, которое подключается снаружи к USB-порту настольного компьютера или ноутбука или внутри к интерфейсу MiniCard ноутбука.
WUSB также поддерживает устройства двойной роли (DRD) , которые не только являются устройством WUSB, но и могут функционировать как хост с ограниченными возможностями. Например, цифровая камера может выступать в качестве устройства при подключении к компьютеру и в качестве хоста при передаче изображений непосредственно на принтер.
W-USB может формировать настоящие USB-системы, состоящие из хоста, устройств и поддержки межсоединений. Он реализует модель USB -концентратор-спица , в которой до 127 беспроводных устройств могут формировать двухточечные соединения (лучи) с хостом (концентратором). Хост-контроллер уникален в системе и обычно встроен в работающий компьютер, хотя его можно подключить к нему через простое USB-соединение, возможно, также беспроводное. Такая топология похожа на звездообразную сеть (но все коммуникации строго двухточечные, а не между устройствами).
Чтобы обеспечить возможность подключения обычных проводных USB-устройств, в спецификации определены проводные адаптеры устройств . Аналогично, хосты подключаются к системам W-USB с помощью адаптера хост-провода . Несмотря на то, что физический уровень основан на Ultra-WideBand, устройства W-USB имеют полностью совместимый интерфейс USB. Физический уровень может поддерживать широкий диапазон скоростей передачи, три из которых определены как поддерживаемые в обязательном порядке: 53,3, 106,7 и 200 Мбит/с, все остальные возможные скорости UWB являются необязательными для устройств (хосты должны поддерживать их все).
Устройства W-USB классифицируются так же, как и традиционные USB. Из-за наличия проводных адаптеров традиционные USB-концентраторы не нужны. Устройство поддерживает один или несколько каналов связи с хостом и выделяет конечную точку 0 для канала управления USB. Информация о типе устройства доступна через этот канал.
Соединения с хостом создаются посредством сообщения об установлении, отправленного в какой-то момент. Затем и хост, и устройство могут приступить к аутентификации, используя свои уникальные ключи; если процесс завершается успешно, хост назначает устройству уникальный адрес USB, после чего устройство становится видимым для протокола USB. Поскольку модель подключения допускает мгновенное и необъявленное отключение, соединения всегда должны оставаться активными. Помимо принудительного отключения хоста или устройства, длительные периоды бездействия могут запускать те же механизмы завершения.
Кроме того, у хостов W-USB есть и другие обязанности, выходящие за рамки обязанностей проводного хоста; а именно, их подуровень MAC отвечает за контроль пригодности уровней MAC устройства. При необходимости для этого потребуется помощь им в выполнении их обязанностей по передаче маяков и обработке данных радиомаяков, которые могут быть отправлены им. Более того, радиосвязь UWB и связанная с ней полоса пропускания могут использоваться совместно с другими объектами, и хост должен убедиться, что определенные политики выполняются; в зависимости от совместного использования (которое может быть скоординировано во избежание помех) оно сможет обеспечивать полную или частичную функциональность.
СШП — это общий термин для радиосвязи с использованием импульсов энергии, которые распространяют излучаемую радиочастотную энергию на более чем 500 МГц спектра или превышают 20% дробной полосы пропускания в диапазоне частот от 3,1 ГГц до 10,6 ГГц, как это определено постановлением Федеральной комиссии по связи, изданным для СШП в феврале. 2002. СШП не является специфичным для WiMedia или какой-либо другой компании или группы, и на самом деле существует ряд групп и компаний, разрабатывающих технологию СШП, совершенно не связанную с WiMedia. WUSB — это протокол, обнародованный Форумом разработчиков USB , который использовал радиоплатформу UWB WiMedia. Другие протоколы, которые объявили о своем намерении использовать радиоплатформу UWB WiMedia, включали Bluetooth и протокол управления логическим каналом WiMedia. [ нужна цитата ]
Несколько проблем отличают Wireless USB от других предлагаемых/конкурирующих стандартов, использующих диапазон 60 ГГц, таких как WiGig :
Надежность является одной из основных задач, на которых строится спецификация, и поэтому управление ресурсами, а также подключение/отключение устройств становится даже более важным, чем в проводном USB. Потеря и повреждение пакетов решаются с помощью тайм-аутов , а также аппаратной буферизации, гарантированных повторных попыток (как упоминалось в описании моделей передачи) и других методов управления потоком . Если невозможно поддерживать политики синхронизации, ошибки могут обрабатываться аппаратным или программным обеспечением (повторные попытки, максимальное количество неудачных повторных попыток, решения по восстановлению после сбоя и т. д.).
Хост W-USB пытается снизить ненадежность беспроводной среды (коэффициент ошибок 10% считается приемлемым для пакетов размером 1 КБ; в проводной среде это значение обычно составляет около 10 −9 ), поддерживая счетчики и статистику для каждого устройства и возможный запрос информации. от них. Он также может получить доступ и изменить функции управления мощностью передачи каждого устройства, а также изменить параметры передачи, такие как размер полезной нагрузки данных и настройки полосы пропускания.
Основное внимание всегда уделяется обеспечению качества обслуживания, сравнимого с качеством традиционного USB. Провода обеспечивают очень высокий уровень безопасности (при типичной доверенной рабочей среде), поэтому стандартный USB с ним не справляется, хотя это и не препятствует его применимости или реализуемости; W-USB явно управляет безопасностью, но вместо того, чтобы использовать основу UWB, он разрабатывает модель, которая в целом подходит для USB. Из-за этого его необходимо добавить в общую плоскость управления USB-устройствами .
Чтобы общение существовало, необходимо установить безопасные отношения. Они должны иметь определенную цель и ограничивать членство в группе, которая служит основой доверия для выполнения желаемой работы. В проводных системах передача данных подразумевает контролируемое физическое соединение; это переводится в беспроводную область через концепцию владения : пользователь предоставляет доверие устройствам, которые, в свою очередь, доказывают это доверие другим (взаимодействуя в так называемых церемониях ), чтобы сформировать желаемые ассоциации. Идентификатор USB-адреса является знаком доверия владельца. Приложениям могут потребоваться другие базы доверия, которые напрямую не поддерживаются этой моделью USB, и в этом случае их можно реализовать поверх основного стека USB.
Более того, доверие нужно поддерживать, иначе оно истечет. После получения группового ключа кластера устройство должно поддерживать соединение, по крайней мере, подтверждая свое присутствие в пределах каждой границы тайм-аута доверия , которая установлена на четыре секунды. Если ему не удается выполнить это требование, требуется повторная аутентификация.
Следуя естественной асимметрии USB, хост инициирует все процессы (кроме сигнализации), и безопасность не является исключением. К устройствам отправляются запросы безопасности, чтобы определить их возможности безопасности, после чего можно выбрать соответствующие устройства. Стандартным методом симметричного шифрования является AES-128 с CCM , хотя для начальной аутентификации может использоваться шифрование с открытым ключом (а именно, только отправка исходного ключа CCM), при условии, что достигнутый уровень безопасности сопоставим (на практике при использовании 3072). -бит RSA и SHA-256 для хеширования).
Обратите внимание, что существует разница между главными ключами и ключами сеанса . Мастер-ключи долговечны и обычно работают как общий секрет или средство распространения сеансовых ключей, которые, в свою очередь, не сохраняются после соединения, для которого они были созданы, и обычно служат функциональным механизмом шифрования/дешифрования. Специальное поле заголовка указывает, какой из возможных ключей следует использовать. Также важно отметить, что механизмы предотвращения повторного воспроизведения требуют хранения счетчиков, которые обновляются при действительных приемах. Диапазон этих счетчиков еще больше ограничивает срок службы сеансовых ключей.
Существуют и другие формы USB через беспроводную связь, например, основанные на конкурирующей сверхширокополосной технологии прямой последовательности Cable-Free USB. [18] То же самое справедливо и для других систем замены проводов на основе радиочастот, которые могут передавать USB. В результате было принято название «Сертифицированный беспроводной USB» , чтобы позволить потребителям определить, какие продукты будут соответствовать стандарту и поддерживать правильный протокол и скорость передачи данных.
Был также USB over IP, который, возможно, использовал сеть на основе IP для беспроводной передачи USB-трафика. Например, при наличии соответствующих драйверов хост-сторона могла использовать Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac (или проводной Ethernet ) для связи с устройством. [19]
По состоянию на 2013 год [обновлять]Media Agnostic USB ( MA USB ) является спецификацией, разрабатываемой Форумом разработчиков USB . Он предназначен для обеспечения связи с использованием протокола универсальной последовательной шины (USB) в широком диапазоне физических сред связи, включая беспроводные сети Wi-Fi и WiGig . [20] Протокол разрабатывается на основе предыдущей спецификации WiGig Serial Extension Wi-Fi Alliance . [21] [22]
Media Agnostic USB отличается от предыдущих протоколов беспроводного USB, таких как сертифицированный беспроводной USB, и его не следует путать с ним.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )