无线USB技术探微

随着超带宽（UWB）技术的普及无线技术日趋成熟，成本的日益降低, 无线USB（Wireless USB）也浮出水面，WUSB是由杰尔系统、惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦和三星共同开发的，能在3米的距离内实现480 Mbps的等效带宽。通过兼顾安全性、可靠性、降低功耗及其他挑战，和提供移动外设连接，WUSB 摆脱了繁多的线缆，增强了用户体验。

为USB厂商向WUSB演进提供了正确的途径。

无线USB综述

WUSB的运行利用了MBOA-MAC架构，同时保留了主从架构，和USB 2.0一样，它也能处理控制、突发、中断和同步所有这4种传输形式。主机和WUSB设备合称WUSB集群，采用星型拓扑；与USB 2.0. A的树型拓扑不同，不需要WUSB 集线器 （HUB）, WUSB主机能直接连接多达127个设备。另外由于 WUSB没有线缆，所有的WUSB设备都是自行供电的。

USB 2.0支持高速480 Mbps、全速12 Mbps和低速1.5 Mbps的数据传输。WUSB主机支持以下数据率：53.3 Mbps、80 Mbps、106.7 Mbps、200 Mbps、160 Mbps、320 Mbps、400 Mbps和480 Mbps。WUSB设备必须支持53.3 Mbps、106.7 Mbps和200 Mbps，其他5种为可选数据率。53.3 Mbps为基本信号速率具有最高的可靠性。所有的标准USB控制请求、MMC(微调度管理指令)特殊控制令牌、应答交换和设备请求（DN）都使用这个基本信号速率。

WUSB主机必须符合MBOA 信标协议，以解决多集群共存、干扰问题。WUSB设备有以下3种选择：

* 全面支持MBOA 信标协议，成为独立的信标设备。 这一选择会有最大的功耗。

* 作为 WUSB主机引导信标设备，以避免将功率浪费在指示每个超级帧上，并可降低处理的复杂性。这一选择会有适中的功耗。

* 将所有相邻设备整合在主机内，作为非信标设备部署。 这一选择会有最低的功耗。
WUSB和USB 2.0的数据通信拓扑类似，共分3层：功能层、设备层和总线层。除了准同步设备之外，USB 2.0的其他大多数功能层软件, 无需修改可以直接在WUSB中重新使用。WUSB设备需要 一个重试机制，以在欠佳的无线媒体上进行可靠的数据包传输；由于服务周期从1毫秒延伸至4毫秒或更长, WUSB设备还需要一个更大的缓冲器。通过在设备层加密与扩展无线媒体管理，WUSB设备可以安全可靠地与主机通讯。因传输媒体性质的不同，总线层将被完全替换。

WUSB的数据传输

一般而论，每次USB传输都需要经过3个阶段：令牌、数据和应答交换。在一次集总（integral）传输中，令牌、数据和应答交换阶段是不分割的，阶段间的周转时间为18全速位时间（18纳秒×83纳秒 = 1.5 微秒）。在分割（splitted）传输中，令牌、数据和应答交换阶段可能与其他传输的阶段交叉。

对WUSB而言，传输和接收之间的交换时间为10微秒。为将交换时间缩至最短，WUSB采用分割传输， “数据包” 传输顺序依次为令牌、数据输出和数据输入，这样一来, 传输和接收之间的交换只会发生在两次：最后一个数据输出与第一个数据输入；最后一个数据输入与第一个令牌。WUSB将所有的令牌整合在一个控制数据包中，即微调度管理指令（简称MMC）, 将令牌阶段的持续时间缩至最短。

如图1 所示，首先，主机传输一个MMC；然后， WUSB集群中的设备读取这一包含主机时钟信息、下一个MMC的开始时间、信道时段分配（CTA）和信道管理信息的MMC。 每个CTA 包含设备与主机进行通信的进度安排。主机确定CTA的进度，MMC之后紧接着是输出传输，然后是输入传输，最后是输出的应答交换。WUSB设备同步设备和主机时钟, 并根据CTA接收和传输数据包，其余时段处于休眠状态以保持低功耗。

为优化突发和准同步传输过程中每次交易的开销，WUSB将多个交易整合成单个数据突发。如图2所示，每个数据突发的范围可传输1个至16个数据包。具有数据突发功能的设备通过描述符向主机报告其突发能力，主机可以任意选择突发组合。值得注意的是, 控制和中断传输不能使用数据突发机制。

表1是WUSB和USB 2.0的简单对比：

表1 WUSB和USB 2.0的对比（常规）

对比项目

USB 2.0

WUSB 1.0

数据率

USB,3种数据率：

高速：480 Mbps

全速：12 Mbps

低速：1.5 Mbps，仅用于控制和中断传输

WUSB,8 种数据率：

53.3 Mbps、80 Mbps、106.7、160、200、320、400和480 Mbps
WUSB,设备请求（DN）：

-连接请求

-断开连接请求

-远程唤醒请求

-其他请求

USB设备通过有线电器信号传输设备请求到主机

WUSB设备通过分隙阿罗哈冲突协议（Slotted-Aloha), 获取设备请求时隙(DNTS)并传输设备请求数据包到主机

传输突发（BURST）支持

USB,不支持

WUSB支持

USB- 仅支持突发和准同步传输

WUSB- 突发范围介于1个至16个数据包之间

设备的供电模式

USB- 总线供电

WUSB- 自主供电

USB- 仅自主供电