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起因
USB(universal serial bus,通用串行總線)作為一個計算機與外設(shè)之問的接口方案,因其具有使用方便、傳輸速度快、端口易擴展等特點,已經(jīng)逐步擴展應(yīng)用到了消費電子、移動通信、家庭網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制以及儀器儀表等諸多領(lǐng)域。為了適應(yīng)各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸和接口技術(shù)的需要,USB技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)從1.0發(fā)展到了2.0,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矎淖畛醯?.5Mbit/s提高到了480Mbit/s。在傳輸速度大幅度提高的同時,USB更是緊跟通信技術(shù)的無線化趨勢,將傳統(tǒng)基于線纜的USB擴展為基于無線傳輸平臺的無線USB(wireless USB)。這種新的高速無線個人互連技術(shù),在繼承傳統(tǒng)有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)所具有的較高傳輸速率優(yōu)勢的同時,充分利用無線傳輸技術(shù)的靈活性與極高的自由度,免除了有線USB需要線纜連接所帶來的各種麻煩,為互連設(shè)備提供了更大的便利性與可移動性。2005年5月底剛剛通過標(biāo)準(zhǔn)的無線USB技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)化組織與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程
無線USB促進(jìn)組織(Wireless USB Promoter Group)是無線USB標(biāo)準(zhǔn)的制定機構(gòu)。該組織成立于2004年初,由英特爾(Inte1)發(fā)起,成員包括了杰爾系統(tǒng)(Agere Systems)、惠普(Hewlett Packard)、微軟(Microsoft)、NEC、飛利浦半導(dǎo)體(Philips Semiconductor)和三星(Samsung)這幾家業(yè)界領(lǐng)先的公司。由于無線USB促進(jìn)組織所制定的無線USB標(biāo)準(zhǔn)只涉及到較高層次協(xié)議規(guī)范的制定,物理層和MAC(media access control,媒體訪問控制)層則采用了由MBOA(Multi Band OFDM Alliance,正交頻分多路復(fù)用聯(lián)盟)和WiMedia聯(lián)盟(Wireless Multimedia A11iance,無線多媒體聯(lián)盟)共同制定的UWB(ultra wideband,超寬帶)無線標(biāo)準(zhǔn),因此,這兩家旨在推動個人無線領(lǐng)域互連互通的國際標(biāo)準(zhǔn)制定組織對無線USB技術(shù)的發(fā)展也起了極大的推動作用。在這些直接或問接影響無線USB標(biāo)準(zhǔn)制定的組織積極作用之下,從2004年初到2005年5月,短短一年多時間內(nèi),無線USB標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了數(shù)十次的修改、擴充、討論與完善。在2005年5月24日的無線USB開發(fā)者大會上,無線USB促進(jìn)組織宣布,無線USB標(biāo)準(zhǔn)1.0修訂版的制定工作已經(jīng)完成,現(xiàn)在通過的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)移交給USB實施論壇(USB-Implementers Fonum),由后者承擔(dān)無線USB標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證、兼容測試、標(biāo)志許可以及營銷工作。
新近通過的這個無線USB標(biāo)準(zhǔn)以MBOA和Wi-Media聯(lián)盟的超寬帶MAC層和物理層為基礎(chǔ),在WiMedia通用無線平臺上提供較高層的協(xié)議綜合,在3m范圍內(nèi)提供高達(dá)480 Mbit/s的傳輸速度,l0m范圍內(nèi)的傳輸速度也可達(dá)到110 Mbit/s。
無線USB的體系結(jié)構(gòu)
無線 USB系統(tǒng)由一個無線USB主機和多個無線USB設(shè)備,以及主機和設(shè)備之間的互連機制這三部分共同構(gòu)成。其中,USB互連機制是USB主機與USB設(shè)備之間進(jìn)行連接和通信所使用的一系列策略的總稱,涉及到三個方面的內(nèi)容:
1.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2.數(shù)據(jù)流模型
3.USB總線調(diào)度
無線USB的技術(shù)特點
作為有線USB在無線領(lǐng)域的擴展,無線USB的設(shè)計目標(biāo)是向用戶提供有線USB的功能,而無需線纜的連接。無線USB具有下列一些技術(shù)特點。
1)充分考慮了與有線USB的兼容。
2)采用了MBOA制定的UWB超寬帶物理層標(biāo)準(zhǔn)。無線USB能夠支持53.3、80、106.7、200、320、400和480Mbit/s等多速率和多通道的數(shù)據(jù)傳輸,同時也提供了較好的差錯檢測和校正機制,尤其適合無線USB的室內(nèi)密集多徑場所的高速無線接人。無線USB標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定了無線USB主機必須支持上述所有的傳輸速率,而對無線USB設(shè)備則不要求支持上述所有的傳輸速率。
3)保留了原有USB任務(wù)的劃分模型。盡管無線化的傳輸給USB實現(xiàn)帶來一定的復(fù)雜性,但是無線USB仍然保留了有線USB中“智能主機/簡單設(shè)備”的任務(wù)劃分機制。
4)提供了高效的電源管理機制。
5)提供了安全機制。
6)更加易于使用。易于使用是所有USB標(biāo)準(zhǔn)共同的目標(biāo),無線USB擺脫了線纜的束縛,增加了移動性,更加易于使用。
無線USB應(yīng)用
無線USB技術(shù)可以催生出一些新的應(yīng)用,這些應(yīng)用反過來又會推動無線USB技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與完善。
1 企業(yè)領(lǐng)域中的無線USB應(yīng)用
與傳統(tǒng)USB相比,在企業(yè)中部署無線USB的應(yīng)用無需繁瑣復(fù)雜的線纜連接,提供了一種省時、高效而且高速的互連方式,極大提高了企業(yè)人員的工作效率。歸納一下,在企業(yè)中,有一些無線USB的典型應(yīng)用:
1)專用的無線USB互連。
2)基于無線USB的移動打印。
3)基于無線USB的PDA數(shù)據(jù)同步更新。
4)共享外部設(shè)備。
2 家庭網(wǎng)絡(luò)中的無線USB應(yīng)用
現(xiàn)代家庭使用的消費電子產(chǎn)品,如數(shù)字影音設(shè)備、攝像設(shè)備、便攜計算機、PDA、MP3播放器、高清晰圖像顯示設(shè)備等正在向輕巧、便攜和移動化的趨勢發(fā)展,這些分別具有較強的多媒體功能、攝像功能、顯示功能、打印功能以及播放功能的設(shè)備,依靠基于無線USB技術(shù)構(gòu)建的家庭網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)便捷快速的互連互通,從而提供出更為強大的家庭娛樂服務(wù)功能。
3 dua1-role無線USB設(shè)備帶來的新應(yīng)用
借鑒一種新的有線USB標(biāo)準(zhǔn)USB on-the-go的設(shè)計理念,無線USB定義了一種具有雙重身份的新設(shè)備類型:dual-role設(shè)備。該設(shè)備具有USB主機和USB設(shè)備雙重功能,既可以作為USB設(shè)備使用,與USB主機互連,也可以充當(dāng)USB主機,互接其它的USB設(shè)備。下面列舉了6種dual role設(shè)備的應(yīng)用場景:
1)數(shù)碼相機與打印機。
原本都只能充當(dāng)USB設(shè)備的數(shù)碼相機和打印機,必須通過USB主機的中繼才能完成兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸和打印服務(wù),低效而叉繁瑣?,F(xiàn)在數(shù)碼相機具有了USB主機和設(shè)備的雙重功能,就可以以USB主機的身份,直接與作為USB設(shè)備的打印機建立無線USB的連接,方便快捷的完成圖片的數(shù)據(jù)傳輸與打印。
2)MP3播放器與無線音箱。
具有雙重功能的MP3播放器,可以與就近的無線音箱建立無線USB連接,從而在最大限度使用MP3播放器便捷移動性的同時,還能充分享受到高音質(zhì)、環(huán)繞立體聲設(shè)備播放出來的完美音樂。
3)數(shù)碼攝像機與DVD刻錄機。
數(shù)碼攝像機在增加了雙重功能之后,可以以USB主機的身份與充當(dāng)USB設(shè)備的DVD刻錄機建立無線USB連接,從而能夠方便快捷的將實時拍攝到的影像信息下載到DVD刻錄機上,完成重要影像資料的DVD光盤刻錄工作。
4)PC機與手機。
PC機作為USB主機,與充當(dāng)USB設(shè)備的手機建立無線USB連接,PC機上的相關(guān)數(shù)據(jù),如日程表、聯(lián)系信息、音樂、圖片等都可以通過無線鏈路傳輸?shù)绞謾C上,實現(xiàn)資源共享利用。
5)影像存儲設(shè)備與影像播放設(shè)備。
影像存儲設(shè)備上能夠播放數(shù)小時的影像資料可以通過無線USB連接,在幾分鐘內(nèi)傳輸?shù)接跋癫シ旁O(shè)備上,上下班路上、工作閑暇、午間休息、等車,任何時候都可以打開影像播放設(shè)備,觀看下載的新聞、電影以及體育比賽實況。
6)PDA與大容量存儲設(shè)備。
PDA中通常會存儲一些重要信息,比如電話號碼、E-mail、日記、工作日志、便條以及各種工作文檔,可以通過無線USB連接至一些大容量的存儲設(shè)備,比如DVD刻錄機、Hash U盤等,完成重要信息的下載與保存。
前景
可以預(yù)見,隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定完成,在Intel、微軟等業(yè)界領(lǐng)先公司的大力推廣下,無線USB技術(shù)在計算機、消費電子、移動通信、工業(yè)自動化控制等眾多領(lǐng)域?qū)玫娇焖賾?yīng)用與發(fā)展。
USB是一種神奇的接口,它使用簡單、操作方便、應(yīng)用面廣、兼容性強,幾乎所有電腦都已配備了USB接口,而幾乎所有外設(shè)也均有USB型的產(chǎn)品,可以說USB的問世,是個人電腦端口發(fā)展的一個里程碑。不過,USB接口同樣存在著其他接口無法避免的問題,這就是必須借助線纜傳輸。當(dāng)你的USB設(shè)備越來越多時,你的桌面也將越來越凌亂。現(xiàn)在,基于UWB超寬帶技術(shù)的無線USB即將問世,屆時不僅僅是PC,就連各種采用USB接口的外設(shè)也能搭乘“無線”的快車,在應(yīng)用方式和應(yīng)用范圍上發(fā)生革命性變化,下面就讓我們一同來領(lǐng)略無線USB的神奇。
概念介紹
與WLAN、GPRS等無線傳輸技術(shù)不同的是,無線USB并非使用常規(guī)的無線電波作為數(shù)據(jù)載體,而是采用與軍用雷達(dá)相似的脈沖電波,這種數(shù)據(jù)的無線傳輸技術(shù)就是超帶寬技術(shù)(Ultra WideBand),簡稱UWB。
超帶寬技術(shù)最早源于上個世紀(jì)60年代,應(yīng)用方向主要是軍用雷達(dá)系統(tǒng)。直到90年代中期,美國FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)才開始對超帶寬技術(shù)民用化引發(fā)的問題想外界征詢意見,盡管當(dāng)時美國軍方和航空界擔(dān)心該技術(shù)商業(yè)/民用化后可能對雷達(dá)造成干擾而不予支持,但在商業(yè)界強大的需求意愿前,F(xiàn)CC終于在2002年2月14做出妥協(xié),正式解除超帶寬民用的禁令。不過為避免對雷達(dá)造成干擾,F(xiàn)CC對民用超帶寬技術(shù)的脈沖發(fā)射功率和應(yīng)用范圍作了嚴(yán)格限定。
正如前文所述,常規(guī)無線通訊技術(shù)均以連續(xù)性的正弦無線電波作為數(shù)據(jù)載波,二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)則以某種調(diào)制方式加載在這些正弦波上,我們熟悉的802.11系列無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、802.16等無線技術(shù)均如此。對這類正弦波而言,數(shù)據(jù)傳輸率的快慢主要取決于載波頻率、頻譜帶寬以及作用的信號調(diào)制技術(shù)。出于無線電頻譜資源的限制,這類無線技術(shù)很難實現(xiàn)480Mbps甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸率。然而超帶寬技術(shù)則不同,它使用的并非連續(xù)的正弦波而是短脈沖信號。所謂脈沖,是指產(chǎn)生和消失時間極短的瞬時電流,電波為間隔性的尖波型,其產(chǎn)生和消失的時間可達(dá)微秒甚至納秒級,換言之,超帶寬技術(shù)每秒就能發(fā)送多達(dá)10億個脈沖信號,從而大幅度提升數(shù)據(jù)傳輸率。
由于超帶寬技術(shù)無需擔(dān)心無線頻譜資源的占用問題,因此理論上其帶寬是無限的。目前FCC已開放了3.1~10.6GHz頻段,其跨度所帶來的數(shù)據(jù)傳輸能力已足夠USB、IEEE 1394等接口使用。另外,超帶寬技術(shù)的工作功率也比較低,不僅非常適合筆記本電腦等移動設(shè)備,而且也不會干擾手機信號或電臺廣播信號。相反,許多WLAN的用戶到是經(jīng)常為802.11b/g無線局域網(wǎng)與無繩電話的沖突而煩惱(二者均工作在2.4GHz頻段)。
無線USB的應(yīng)用范圍
解析無線USB
作為一種新型的無線傳輸技術(shù),無線USB極大的方便了用戶操作和使用USB設(shè)備。試想,當(dāng)你想把U盤中的數(shù)據(jù)拷入電腦中時,你不必把U盤從褲兜中的鑰匙串上摘下插入電腦USB接口即可訪問、傳輸數(shù)據(jù);你也不必再彎腰,繞到機箱背后尋找USB口。當(dāng)然,無線USB的魅力不僅僅是從有線變?yōu)闊o線這么簡單,它在其他方面的革新同樣為我們帶來了驚喜。
眾所周知,目前主流PC所提供的USB 2.0接口數(shù)非常有限,如果你使用臺式機,那么最多可以看到8個接口(背面6個、前置2個),若要連接更多設(shè)備就不得不借助USB HUB。而在無線USB系統(tǒng)中,HUB的概念是不存在的,系統(tǒng)只要有一個無線USB控制器便可同時與多個設(shè)備通信,其定義和功能與WLAN中的無線AP(無線訪問點)非常相似。理論上,無線USB最多可支持127個設(shè)備同時接入,這是一個相當(dāng)驚人的數(shù)字,是傳統(tǒng)有線USB需要串聯(lián)20個USB HUB才能達(dá)到的數(shù)字。
無線USB結(jié)構(gòu)圖
應(yīng)用模型多樣化
傳統(tǒng)的USB總線必須以PC為中心,屬于主/從通信架構(gòu)而非對等架構(gòu)。換言之,你可以將移動硬盤與PC連接,但別指望掌上電腦與MP3播放器、刻錄機等設(shè)備直接連接。然而無線USB就可以,它改變了以PC為中心的傳統(tǒng)設(shè)計思路,采用對等的設(shè)備結(jié)構(gòu),并在每個無線USB設(shè)備中集成擁有完整的數(shù)據(jù)發(fā)送/接受功能的控制芯片,在芯片高集成度的今天,這種方案實現(xiàn)起來并不困難,成本也不會太高。
上圖列出了無線USB的應(yīng)用范圍,可以看到它的應(yīng)用模型已趨向多樣化,幾乎達(dá)到“無所不能”的地步。
除了以PC為中心的傳統(tǒng)應(yīng)用外,你可以將任何一個品牌的數(shù)碼相機與其他任何一個品牌的打印機連接打印照片,或是讓MP3播放器中的音樂直接在無線USB音箱中播放,又或者讓無線USB鼠標(biāo)獲得完全等同于有線USB鼠標(biāo)的靈敏度和精確度等等。此時此刻的無線USB早已脫離了傳統(tǒng)USB的局限性,以趕超藍(lán)牙技術(shù)的便攜性和媲美有線USB的高速走進(jìn)我們的生活。
除了便攜和高速的特性外,超低的功耗也是無線USB技術(shù)的一大優(yōu)點。在沒有數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)時,設(shè)備之間不會發(fā)送脈沖電波,只有在需要傳輸數(shù)據(jù)之時雙方才會建立練習(xí),從而大大節(jié)省了功耗;同時,無線USB的功耗僅僅為毫瓦級,不到目前WLAN、藍(lán)牙、紅外等無線傳輸技術(shù)的十分之一甚至百分之一,非常適合各種依托電池工作的移動設(shè)備。
成本方面,無線USB脈沖電波傳輸數(shù)據(jù)的基本原理讓芯片設(shè)計顯得更加簡單,芯片內(nèi)只要有基本的脈沖發(fā)射/接收器及其相關(guān)的編碼/解碼電路即可,它會像現(xiàn)在有線USB設(shè)備中的控制芯片那樣小巧,能夠輕松的被集成在主板的芯片組或其他設(shè)備的控制芯片中。不難預(yù)見,一旦量產(chǎn),無線USB的成本會相當(dāng)?shù)土?
為了更好的推進(jìn)無線USB技術(shù)早日實現(xiàn)商業(yè)化,Intel早在2004年春季IDF論壇上就宣布成立無線USB促進(jìn)聯(lián)盟(Wireless USB Promoter Group),該聯(lián)盟的每位會員都被授權(quán)可制訂無線USB的詳細(xì)規(guī)格,并達(dá)成統(tǒng)一共識。目前的標(biāo)準(zhǔn)是將數(shù)據(jù)傳輸率定為480Mbps,也就是傳統(tǒng)有線USB的標(biāo)準(zhǔn)速率。
按照計劃,無線USB將在2005年實現(xiàn)產(chǎn)品化,雖然我們現(xiàn)在還沒有看見相關(guān)產(chǎn)品上市,但可以肯定的是,它的腳步已越來越近了,畢竟WLAN的普及讓大家領(lǐng)會到無線的魅力,人們擺脫線纜束縛的欲望也越來越強烈。
毫無疑問,無線USB的到來意味著幾乎所有USB電子外設(shè)的一場革命,雖然我們無法斷言無線USB問世后,有線USB會從此一蹶不振或是走向沒落,但可以肯定是,無線USB終將稱為應(yīng)用的主流,因為沒有人會拒絕更簡單、更便捷新技術(shù)。
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無線USB傳輸技術(shù)探索 最近幾年各種數(shù)字電子機器採用2.45GHz與5GHz的WLAN(Wireless Local Area Net),以及2.45GHz的藍(lán)芽(Bluetooth)進(jìn)行連接的情況相當(dāng)普遍,在此同時利用網(wǎng)路連結(jié)的電子設(shè)備,除了個人電腦(PC)與可攜帶資訊終端機(PDA)之外,甚至擴展到影像、音響(AV: Audio Video)等領(lǐng)域,因此終端消費者對無線通信技術(shù)要求更加多樣化??梢灾г鲜鰰r代需求的無線通信技術(shù)之一,亦即UWB(Ultra Wide Band)通信技術(shù)立即成為注目的焦點,事實上頻寬介于3.1~10.6GHz的UWB通信技術(shù),2002年2月獲得美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)正式承認(rèn)后,它的發(fā)展動向一直是全球相關(guān)業(yè)者關(guān)心的話題。 雖然UWB屬于短距離通信技術(shù),不過研究人員發(fā)現(xiàn)能夠應(yīng)用它的超頻寬進(jìn)行高速無線通信,例如一般家庭相當(dāng)普及的高速串行介面(serial interface)USB2.0(Universal Serial Bus)無線通信,就是該技術(shù)最典型的應(yīng)用例。 發(fā)展經(jīng)緯圖1是各種無線通信速度與傳輸距離的比較。由于UWB的問世使得無線USB2.0可望實用化,例如國外無線通信業(yè)者曾經(jīng)透過USB IF(Implementers Forum)進(jìn)行無線USB標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。此外,2005年5月USB IF發(fā)表Rev1.0規(guī)范,該規(guī)范規(guī)定「無線化UWB無線通信技術(shù),必需使用WiMeda Alliance標(biāo)準(zhǔn)化建構(gòu)的MAC(Media Access Control)層與物理層,同時USB IF還明確定義MAC層的上層為PAL(Protocol Adaptation Layer)」,一般認(rèn)為由于Rev1.0規(guī)范的問世,未來USB無線化后仍然能夠與目前USB2.0規(guī)范繼續(xù)維持相容性。  圖1 各種無線通信速度與傳輸距離的比較 圖2是無線USB的典型應(yīng)用例。事實上美國電氣電子技術(shù)者協(xié)會(IEEE)802.15作業(yè)分組(task group)3a(TG3a),曾經(jīng)針對利用UWB進(jìn)行資料通信進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。圖3是UWB的Through put與通信距離的關(guān)系,由圖可知雖然UWB短距離時可以作高速通信,不過隨著距離的增加,它的Through put卻急遽下降。在IEEE的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)過程中,最后成為標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)候選者只剩UWB Forum推薦的DS-UWB(Direct Sequence UWB)方式,與WiMedia Alliance推薦的多頻道直交頻率多重分割(Multiband OFDM)兩種方式,不過IEEE認(rèn)為這兩種方式都無法持續(xù)獲得通信信任性,因此在2006年1月的IEEE會議中未將這兩種方式標(biāo)準(zhǔn)化,IEEE最后甚至決定解散802.15作業(yè)分組TG3a。 如上所述UWB標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)非常不順利,它與藍(lán)芽標(biāo)準(zhǔn)化時遭遇的情況非常類似,亦即在市場上已經(jīng)充分獲得「事實標(biāo)準(zhǔn)(de facto standard)」認(rèn)定的方式,最后都會成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,尤其是USB IF與1394 TA(Trade Association)已經(jīng)相繼明確表示支持WiMedia Alliance,這意味著USB IF認(rèn)定的無線USB制品,如果不採用WiMedia Alliance推薦的多頻道直交頻率多重分割(Multiband OFDM)方式,理論上就不能上市發(fā)表,換言之到此為止UWB標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)總算塵埃落定獲得正式承認(rèn),上述Multiband OFDM方式可以實現(xiàn)距離3m時通訊速度為480Mbit/s,10m時通信速度為110Mbit/s的無線化USB2.0目的。  圖2 無線USB的應(yīng)用例  圖3 UWB的Through put與通信距離的關(guān)系 WiMedia Alliance主要任務(wù)是確保封裝后UWB機器之間相互連接性,依此制定業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的民間組織,它相當(dāng)于WLAN的Wi-Fi Alliance(聯(lián)盟)。該聯(lián)盟除了針對物理層與MAC層之外,同時還對無線USB、無線1394等高階層,以及「可以同時使用UWB資源的IP(Internet Protocol)網(wǎng)路與Conversion層」,進(jìn)行層的規(guī)范制定、相容性測試、認(rèn)證、標(biāo)志程序(logo program)等標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。圖4是典型UWB相關(guān)的protocol stack,由圖可知以WiMedia為準(zhǔn)則的物理層加上MAC層,一個無線模組除了無線USB以外,還可以同時作IP與藍(lán)芽等復(fù)數(shù)應(yīng)用。有關(guān)無線USB的標(biāo)志認(rèn)證,由于Wi-Fi Alliance充分提供物理層與MAC層的測試規(guī)范給USB IF,因此只要通過USB IF的標(biāo)志認(rèn)證程序,未來都可以獲得WiMedia水準(zhǔn)的相互連接性保證。  圖4 典型WWB相關(guān)的protocol stack 無線USB的架構(gòu)有關(guān)USB2.0無線化的基本規(guī)格政策是「必需繼承現(xiàn)有的軟件資源環(huán)境」。此外基于現(xiàn)有的USB Host與USB元件(device)都能夠直接進(jìn)行無線化等考量,因此無線USB的架構(gòu)還充分導(dǎo)入Wire Adapter觀念。Wire Adapter觀念具體內(nèi)容,類似圖2的Host端的HWA(Host Wire Adapter)與元件端DWA(Device Wire Adapter,),以USB2.0與UWB無線單元作物理介面時,基本上都必需使用Wire Adapter架構(gòu)。由圖2可知由于Wire Adapter被當(dāng)作假想USB主控制器(Host Controller),所以Host端與元件端彼此都是獨立bus動作。此外在USB2.0的介面,亦即EHCI(Enhanced Host Controller Interface)的Pipe概念,在Wire Adapter則被RPipe(Remote Pipe)新概念取代。 圖5是利用Wire Adapter建構(gòu)的USB元件的topology與Pipe的關(guān)系,如圖所示HWA驅(qū)動器在USB host連接的HWA之間建構(gòu)Pipe;DWA驅(qū)動器透過無線通信,在HWA-DWA之間建構(gòu)RPipe;USB class驅(qū)動器則在USB元件之間建構(gòu)RPipe,(此USB元件系連接于DWA本身具備的USB hub上),由此可知各種數(shù)字電子機器,彼此為了建構(gòu)假想性bus,因此必需使用Wire Adapter。  圖5 無線USB相關(guān)的protocol stack 圖6是支援無USB時,典型host端的stack圖。圖6的右側(cè)是能夠支援HWA與DWA的stack層,不過類似與PCI bus,亦即利用USB2.0以外的bus,與WiMedia、MAC層、物理層連接時,不需要導(dǎo)入HWA概念時,因此變成圖6的左側(cè)的架構(gòu)。  圖6 Wire Adapter可以建構(gòu)的USB Device topology UWB的法制化2002年2月FCC正式承認(rèn)UWB,ITU-R(International Telecommunication Union-Radio communication sector)調(diào)查小組(study group)1(SG1)TG 1/8的工作分組(working group)3(WG3),在2005年10月正式提出電力mask的推薦案,該推薦案合併記載美國FCC案、歐洲CEPT案,以及日本等三種暫定電力mask,這三種暫定電力mask可以針對各國實際狀況進(jìn)行法制化作業(yè),未來5GHz以下使用UWB時,過去承認(rèn)-43dBm/MHz的輸出,2006年2月的推薦案,基于可以在歐洲與日本地區(qū)使用等考量,因此要求裝設(shè)DAA(Detect and Avoid)。至于該DAA一旦檢測出有被干涉系統(tǒng)存在時必需設(shè)法迴避,不過如何檢測、迴避,不論是技術(shù)觀點或是基于維持各UWB相容性而制定的規(guī)范等觀點,一般認(rèn)為今后必需作進(jìn)一步的討論。 圖7是2006年2月日本、美國、歐洲地區(qū)的暫定電力mask;表1是無線USB使用的頻率范圍,表中的頻道群組(band group)是指無線USB形成一個網(wǎng)路時使用的頻道;頻道ID(Identification)是指某特定時間使用的頻率范圍(頻寬)。以2006年2月的時間點為例,目前若使用無線USB會發(fā)現(xiàn)還沒有日、美、歐三國完全共通的頻道群組。事實上使用頻道群組中某個特定頻道ID的頻率范圍,理論上可以利用無線USB進(jìn)行通信,不過基于便利性的考量,今后隨著無線USB使用普及化必需進(jìn)行各種檢討與改善。  圖7 UWB的暫定電力mask  此外為確保UWB的法制化與無線USB相互連接性,因此標(biāo)志程序扮演的角色越來越重要。有關(guān)UWB的法制化,如上所述2006年3月已經(jīng)分別在歐洲與日本進(jìn)行法制化作業(yè),至于DAA標(biāo)準(zhǔn)化討論則積極展開中,一般認(rèn)為2006年以后WiMedia與USB IF會針對相容性測試、認(rèn)證,以及有關(guān)標(biāo)志程序的規(guī)格制定、相互連接性等測試設(shè)置專用場所。 結(jié)語以上介紹無線USB技術(shù)動向。一般認(rèn)為利用低消費電力、低制作成本與高through put的UWB,使一般家庭也普遍使用的高速高速串行介面USB無線化,形成所謂的無線USB,可望獲得市場高度肯定,因此國外業(yè)者正積極開發(fā)無線USB應(yīng)用產(chǎn)品,試圖藉由無線USB開拓新的無線通信商機。
小談無線USB技術(shù)
目前,USB技術(shù)已經(jīng)成為PC間普遍流行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),幾乎任何外設(shè)都能輕易用在PC上,只要用電纜一連就行了。如果我們設(shè)想一下,如果一個家庭的所有裝置,比如:打印機,掃描機,外接硬盤和數(shù)碼相機等等,都將沒有任何的電線直接連接到你電腦上。再來想像一下,如果整個的家庭娛樂中心的所有附件都將不需要一根電線就能夠連接。或者,我們再想像一下,如果數(shù)碼照片不需要電線就可以接到照片打印機上,這該是多么方便、多么美好的事情。這樣的情景并不是夢想,而將會逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實,這就是無線USB (WUSB)技術(shù)。
2004年Intel技術(shù)峰會(美國)上,WUSB促進(jìn)聯(lián)盟宣布成立,其目的就是讓USB用起來更簡單——去掉電纜?;萜?、英特爾、微軟、NEC、飛利浦半導(dǎo)體、三星電子等都是這個團(tuán)體的成員。
WUSB的優(yōu)勢
◆方便、高速
已經(jīng)有了藍(lán)牙和各種版本的802.11,為什么還需要另一種無線技術(shù)?就無線發(fā)送數(shù)據(jù)和文件而言,藍(lán)牙和802.11確實很好,但是在傳輸一些很大的文件如音頻和視頻文件時帶寬可能還不夠,傳輸速率高達(dá)480Mbps的WUSB就不存在這個問題。
WUSB與有線的USB 2.0設(shè)備間高速傳輸規(guī)格維持一致,從這方面來看, WUSB技術(shù)在很多方面都可以從比較成熟的高速USB上移植過來,能與幾乎無處不在的有線USB兼容,與有線USB的工作方式一樣,以點對點方式互相連接。WUSB還允許多個電子產(chǎn)品同時進(jìn)行無線傳輸。它能以無線方式把多達(dá)127個裝置連接到主機(通常是一臺PC)上,其中每個裝置都有自己的時間段來傳輸信息(圖1 WUSB拓?fù)洌?。即使是在共享WUSB的480Mbps傳輸帶寬時,仍然可以有數(shù)個裝置同時工作,并保持很快的數(shù)據(jù)傳輸速率。
 圖1
采用即將出臺的WUSB規(guī)范,某些裝置甚至無需PC主機就可以相互連接,這與現(xiàn)在的直聯(lián)打印(PictBridge)規(guī)范非常相似。某些裝置可以具有有限的主機能力,從而可以直接連接。例如,數(shù)字相機就可以直接連接到打印機上而不再需要PC作為中介。
◆低功耗
低功率傳輸意味著低功耗,因此WUSB產(chǎn)品非常省電。WUSB比802.11(Wi-Fi)裝置耗用功率低得多,這主要是因為其最大工作范圍要比后者小得多。因此WUSB裝置可以有很多休眠時間。與藍(lán)牙產(chǎn)品的無線部分相比,MP3播放器中的無線USB單元可使電池使用時間長出好幾倍。
超寬帶低功率輸出的另一個好處是有助于保持WUSB裝置不對其他電子產(chǎn)品產(chǎn)生電子干擾。因為UWB無線單元輻射的功率不比電子產(chǎn)品通常輻射的噪聲高,因此干擾只在非常近,比如幾英寸的距離上才顯現(xiàn)出來。
◆安全性
WUSB傳輸在10米范圍內(nèi)可以輕易竊聽,因此需要一種安全措施來確保特定WUSB裝置只連接到想要連接的主機上。例如,如果把采用WUSB的MP3播放器帶到公司中,它可能"聽到"附近有很多PC,為了確保與自己的PC連接,必須讓這個MP3播放器與自己的PC產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。WUSB裝置的安全和有線的USB是一樣的,在訪問之前,主機會判斷合適的設(shè)備并且加以驗證。無線裝置和有線的不一樣,在裝置互連時,人們并不能感覺到連接的存在。其實和有線的USB一樣,無線的WUSB也會提供一些密碼保護(hù)等高度的安全手段,最大限度保證使用者的數(shù)據(jù)安全。
◆低成本
目前已正在開發(fā)的更新的WUSB芯片價格有可能很低。一方面,它們發(fā)射功率很低,因此可以去掉一些電路,如功率放大器。它們還可以完全在CMOS中實現(xiàn)。新WUSB芯片的多功能性還可能使新產(chǎn)品降低成本。例如,給一臺PC添加一個WUSB端口,就可同時連接所有電子產(chǎn)品,而就有線USB連接而言,每個連接都需要一個獨立端口。
WUSB的應(yīng)用
隨著個人電腦的普及和增長,以及消費電子短距離交流的普及,紅外線、無線電、藍(lán)牙、IEEE802.11等標(biāo)準(zhǔn)的無線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。消費電子的使用環(huán)境中(圖2),如果WUSB主機可以合理分配不同設(shè)備所占用的傳輸帶寬,那么就能提高WUSB應(yīng)用的意義。
 圖2
例如:高分辨率電視使用3到7 Mbps的傳輸速率,HDTV則采用19到24Mbps的傳輸速率。和WUSB 480Mbps的帶寬相比,WUSB可以管理好幾個這樣的高速數(shù)據(jù)流。主機的緩沖可以有效的管理多個數(shù)據(jù)傳輸,為每個傳輸分配內(nèi)容和帶寬,為所有的使用者提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸管理和分配。
WUSB的未來
Intel相信WUSB芯片將會被植入到許多產(chǎn)品中,在眾多移動終端中發(fā)揮作用。未來,WUSB將會向整合的方向發(fā)展,變成一個標(biāo)準(zhǔn)芯片組的一部分。如同有線的USB技術(shù)一樣,無線的WUSB將會提供一些USB所不能提供的功能。同時,工業(yè)上也在開發(fā)WUSB產(chǎn)品,為消費者提供更好的方便性和移動性。
WUSB何時能夠?qū)崿F(xiàn),到目前還是一個未知之?dāng)?shù)。但對于一個用戶來說,WUSB的實現(xiàn)將把他們的生活全面帶進(jìn)無線環(huán)境當(dāng)中。除了免除布線的麻煩之外,WUSB的傳輸距離(10米內(nèi)保持高速)似乎也能保證大部分家庭用戶的需要,但卻未必滿足辦公室環(huán)境的應(yīng)用。
WUSB就像當(dāng)初USB接口的設(shè)計思想那樣,保證電腦以外的設(shè)備,包括電腦外設(shè)、電子消費設(shè)備、甚至未來的家庭影音設(shè)備,能夠與電腦保持良好的兼容性。愿我們在不久的日子里,生活在無拘無束的無線環(huán)境里。
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