Wireless USB je technologie, která umožňuje spojení zařízení, obsahující rozhraní USB bez použití drátů, a to s vynikajícími parametry přenosu, které jsou shodné s rychlostmi standardního USB verze 2.0. Datový přenos zde nejvíce záleží na vzdálenosti komunikujících zařízení. Podle informací vyňatých ze specifikace by měl datový tok dosahovat hodnoty 480 Mbit/s při vzdálenosti do 3 metrů a 110 Mbit do vzdálenosti 10 metrů. Jako frekvenčního pásma se používá volné spektrum od 3,1 GHz do 10,6 GHz, samozřejmě přesné rozsahy frekvencí budou podléhat legislativním restrikcím v provozovaném regionu. 

Samotný fyzický přenos je postaven na bezdrátové platformě UWB, jejíž autorem je aliance WiMedia. Na této technologii jsou postaveny i jiné standardy pro bezdrátový přenos dat, např.: Bluetooth, ZigBee, WiNET aj. Nezisková společnost, která stojí za propagací rozhraní USB, tzv. USB Implementers Forum, dbá na to, aby se pro Wireless USB používalo správného značení. Celý název je Certified Wireless USB, který je třeba striktně dodržovat, neboť mnoho výrobků světových firem nese podobná označení, která ovšem nezaručují technologii a kvalitu.

WiMedia® je standard certifikovaný ISO pro vysokorychlostní, širokopásmovou, rádiovou konektivitu. Díky efektivnímu řízení vysílacího výkonu (a tím i menším výkonovým ztrátám) a vysoké datové propustnosti byla WiMedia UWB zvolena neziskovou asociací Bluetooth SIG (Special Interest Group) a USB Implementers Forum jakožto rádiová platforma pro jejich vysokorychlostní bezdrátové produkty (spotřební elektronika nové generace, počítačové a mobilní aplikace). V neziskovém sdružení WiMedia Alliance je v současné době více jak 200 mezinárodních společností a výzkumných institutů, které vyvíjejí specifikace, certifikační testy a výukové programy.

Použití:

WUSB bude použit v zařízeních, která jsou nyní připojena skrze obyčejný USB kabel, jako např.:

• tiskárny, skenery,
• digitální fotoaparáty a kamery,
• MP3 přehrávače,
• herní ovladače, 
• externí výměnná úložiště,
• přenos digitálních médií, 
• bezdrátové displeje a obrazovky atd.

Možnosti propojení: 

Architektura Wireless USB dovoluje propojit až 127 zařízení k hostujícímu zařízení. Jelikož zde nejsou přítomny žádné dráty nebo porty, nejsou již nadále potřeba huby.

Stejně jako USB nabízí Wireless USB jen jednoduchý model komunikace, kdy jeden z bodů funguje jako hostitel, druhý jako host (viz následující obrázek). Hostitel vždy řídí celou komunikaci, host pouze odpovídá na požadavky. V praxi je hostitelem počítač, hostem periférie. Tím se USB liší třeba od standardu FireWire, kde obě komunikující strany mohou být aktivní.

 
U bezdrátového připojení se počítá i s dvojí rolí zařízení (tzv. Dual-Role Devices, DRDs). Typickým  příkladem je třeba digitální fotoaparát. Při připojení k počítači se bude chovat jako USB disk, připojený k tiskárně nabídne uživateli možnost pomocí několika jednoduchých funkcí fotografie přímo vytisknout. To vše pomocí standardního protokolu.  Zatímco počítač bude nutně obsahovat plnou podporu Wireless USB se všemi vymoženostmi, jednoduchá zařízení s dvojí rolí budou moci obsahovat mnohem jednodušší software, a budou tedy stále velmi levná.

Jednoduchý bude i přechod od USB k Wireless USB po stránce ovladačů. Ty se nebudou měnit vůbec, liší se pouze fyzický přenos, systém tak nepozná, zda máte klasickou drátovou USB myš nebo myš s WirelessUSB.

První produkty WirelessUSB byly něco na způsob vysílačky, tedy čistá náhrada USB kabelu, který dříve spojoval dvě zařízení. Vysílačky se jednoduše připojí do USB, např. na počítači a třeba na tiskárně a bez jakýchkoli dalších zásahů bude možno tisknout bezdrátově. Na pravém obrázku je zobrazen produkt od firmy Belkin, jedná se o standardní USB hub, který je ale zároveň vybaven technologií Wireless USB, spolu s bezdrátovým donglem (klíčenka), který nahrazuje kabel.

Připraveny jsou samozřejmě i čipy, které se stanou standardní součástí takových zařízení. Uživatelé, kteří se však těší na to, že nová technologie vyřeší všechny jejich bezdrátové potřeby, asi zklameme. Wireless USB je koncipováno jako nahrazení klasického drátového USB. Stejně tak jako USB není určeno pro vytváření počítačových sítí, i když to teoreticky možné je. Tam se bez problémů udrží technologie Wi-Fi, které by naopak pro připojení periférií k PC bylo zbytečně složité a finančně nákladné. Typickým zařízením budou ale nejen bezdrátové klávesnice a myši. S další digitalizací domácností se počítá především s připojením digitálních kamer, přehrávačů a bezdrátových obrazovek. Šířka pásma totiž postačuje i těmto zařízením – přenos videa ve vysokém rozlišení (HDTV) potřebuje okolo 25 Mb/s.

Wireless USB se také může stát zajímavým prvkem menších kanceláří. S jeho pomocí je totiž možné velmi snadno „sdílet“ tiskárny. Ty musí pro sdílení v síti obsahovat síťové rozhraní nebo musí být připojeny k print serveru. To je ideální řešení u větších a výkonnějších tiskáren, u těch menších je ale zbytečně složité. S Wireless USB může každý tiskárnu používat tak, jako by byla přímo připojena k počítači, bez nutnosti sítě mezi nimi. Dnes se běžně prodávají tiskárny vybavené WiFi, ale cenový nárůst není vzhledem přidané hodnoty adekvátní.

Wireless USB určitě ocení i majitelé notebooků, kteří je využívají na pracovním stole i na cestách. Místo různých dokovacích stanic a replikátorů portů bude patrně stačit zmáčknout jediné tlačítko.

Jak to funguje:

Jak již bylo řečeno, struktura připojení zůstává stejná, existuje jeden nebo více připojných bodů v PC, laptopu atd. Vysvětlení je na obrázku níže. Komunikace mezi Host (hostitel) a Device (zařízení) probíhá různými rychlostmi (80, 160, 320, 400, 480Mb/s) podle vzdálenosti mezi nimi a automaticky se přepíná podle úrovně signálu .

Pro samotnou komunikaci se potom využívá ultraširokopásmové modulace OFDM specifikovaného aliancí MBOA – MultiBand OFDM Alliance. V základu jde o využití 7,5 GHz širokého pásma, které je rozdělené do úseků po 528 MHz. Počáteční frekvence je 3,1 GHz a koncová 10,6 GHz. Spektrum potom obsahuje více pásem s velkým množstvím subnosných jako klasické OFDM. Využití této modulace přináší jednu obrovskou výhodu, kterou je veliká rychlost a malý dosah, který je tu rozhodně velkým přínosem. Stejné specifikace využívá například standard WiMAX.

Modulace OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplex):

Modulační metoda OFDM spočívá v použití několika stovek až tisíců nosných kmitočtů. Nosné jsou dále modulovány dle potřeby různě robustními modulacemi QPSK, 16QAM nebo 64QAM. Jednotlivé nosné jsou vzájemně ortogonální, takže maximum každé nosné by se mělo překrývat s minimy ostatních. Datový tok celého kanálu se tak dělí na stovky dílčích datových toků jednotlivých nosných. Poněvadž jsou ve výsledku toky na jednotlivých nosných malé, je možné vkládat ochranný interval – čas, kdy se nevysílá žádná nová informace. Na přijímací straně je tak možné nerušeně přijmout (právě) vysílaný symbol, i když přichází k přijímači více cestami s různým zpožděním. Stejný symbol přijatý vícekrát s různým zpožděním tak může odpovídat i více vysílačům. Přijímané výkonové úrovně více vysílačů, resp. odrazů se tak na přijímací straně do jisté míry sčítají.

Přenos dat: 

Na obrázku níže lze nalézt porovnání drátového a bezdrátového USB, co se týče protokolu a přenosu paketů. Stejně jako v případě drátového USB lze nalézt i u WUSB podobnou strukturu TDMA (časového rámce), která obsahuje tři pakety – handshake (předat), token (převzít) a data. Naproti u WUSB nejsou pakety odděleny, ale jsou sdruženy do jednoho, který určuje, zda má zařízení „poslouchat“ nebo „vysílat“ případně předat/převzít řízení.

 

Zabezpečení přenosu je zajištěno pomocí šifrování AES-128/CCM. Je zde možná autentizace zařízení pomocí předsdíleného klíče, jde o podobné zabezpečení, jako je např. WAP ve WiFi. Možností použití různých typů klíčů je opravdu velká řada a opět záleží na výrobci, co si vybere, a uživateli, co bude používat. Co se týče spotřeby – zařízení revize 1.0 mají odebírat 300 mW z výkonu, zařízení následující revize by měly mít 100 mW.

Závěr:

Technologie Wireless USB skýtá velký potenciál i přesto, že produktů s tímto rozhraním je na trhu pomálu. Velká výhoda je hlavně v transparentnosti celého připojení, kdy systém nepozná žádný rozdíl mezi klasickým USB a tím bezdrátovým. Další velkou devízou této technologie je dodržení přenosových rychlostí dle specifikací a zejména malý dosah. Ten je opravdu výhodou a ne naopak, jak by se mohlo zdát, malým dosahem je totiž radikálním způsobem zamezena možnost "odposlouchávání" datového provozu např. mezi externím úložištěm a PC majitele.

Odkazy & Download:

• Oficiální stránka organizace USB: http://www.usb.org/developers/wusb/
• Oficiální stránka Aliance WiMedia: http://www.wimedia.org/en/index.asp
• Článek o pozemní digitálním vysílání a principu modulace OFDM

Část textu bylo s povolením převzato ze semestrální práce studenta ČVUT v Praze, Jana Svobody, tímto mu vřele děkuji.