无线USB技术探微

异步设备通知

USB 2.0 设备使用线缆传输电信号来请求主机 “连接设备”、“断开设备连接”或“远程唤醒主机”等多种设备请求。而 WUSB 设备则采用无线设备请求（DN）数据包的方式来请求主机处理相似设备请求，包括： “设备连接请求”、“设备断开请求”和“远程唤醒主机请求”等。WUSB 主机通过MMC设备请求时段，设备将根据冲突协议Slotted-Aloha 来争取设备请求时隙, 并向主机传输设备请求。

流控制

USB 2.0设备采用NAK和 NYET 响应进行流控制。由于 WUSB 设备支持中断传输和准同步传输等周期性传输方式，所以即使设备对先前的输入或输出等处理响应为NAK ，主机也能够在下一个服务周期为这些令牌处理安排进度。而在控制和突发等非周期性传输中，一旦在处理时接收到设备发出的 NAK 响应，主机只有在接收到 端点待命请求（DN_EPReady）后，才会为这些特定端点的从新传输安排进度。这种端点待命请求（DN_EPReady）流控制机制可帮助主机和设备节约功耗和有效利用带宽。

WUSB 带来的挑战

相联

所有相联过程都包含三个阶段：识别、认证、授权。

使用USB 线缆，USB 2.0设备安全可靠地与主机进行相联：

1. 用户识别器设备和主机；

2. 将设备接入主机后代表用户已默认主机和设备的连接；

3. 通过将所有信号波束缚在线缆内，USB 线缆能够阻止恶意设备窃听讯息。

而在 WUSB 内，主机和设备也遵循同样的识别—认证—授权步骤：

1. 主机通过128 位连接主机识别符（CHID），设备通过128 位连接设备识别符（CDID）进行自我识别。此时，主机采用的是独特的CHID-CDID对。

2. 首次相联时，主机利用一个带内或带外信道将CHID-CDID对、128位联接密钥, 传输至设备。当主机和设备再次连接之时，主机和设备将使用联接密钥，启动一个四路应答交换过程，彼此进行识别认证；

3. 在四路应答交换阶段，也是相互授权的过程, 主机和设备会生成对话密钥（SK）用于以后的数据交换。

WUSB 采用了两种相联模型：

1． USB 线缆模型：通过USB 线缆, 主机与设备间以带外方式传输CHID-CDID对、128位联接密钥；

2． 数字密码模型：通过内无线方式, 主机与设备间利用 Deffie-Hellman 公开密钥协议，传输CHID-CDID对、128位联接密钥。为了防止 MITM 攻击（一种窃听攻击技术），用户可在主机和设备上确认显示的数字，完成主机和设备授权过程。

安全性

完成相联之后，主机和设备就能够通过对话密钥与AES-128 位加密引擎进行安全通信。

可靠性

对比性能非常可靠的有线 USB 媒介（PER可以达到10-6 级），UWB 媒介的 PER 维持在 10-1 级。WUSB 主机通过控制以下参数来降低数据包错误率, 提高传输可靠性与有效性：

1. 增强发送功率（TPC）

2. 降低收发数据率

3. 减少数据包长度

4. 缩短传输突发的长度

5. 重发

6. 切换至其他PHY 信道,以躲开干扰.

节约功耗

由于射频（RF）占用了将近70% 的功率资源，所以节约功耗最简便易行的方法就是关掉射频。WUSB 是基于TDMA 进行传输，设备通过与主机同步来节约功耗：

* 主机与设备在闲置时段关闭射频，进入休眠模式；

* 设备发送休眠请求，要求主机暂不传输任何数据，然后进入休眠模式。当设备再次想与主机通讯, 设备给主机发送远程激活请求；

* 设备发送断开设备请求，由主机断开设备与主机的连接，设备可以进入休眠模式。

为了尽可能地降低断开键盘、鼠标、游戏手柄等设备时所造成的功耗，低功耗设备在没有数据须要传输之世, 可以对中传输时段不予响应，并保持休眠状态多达4 秒钟。

主机线缆适配器和设备线缆适配器（HWA 和 DWA）

WUSB 定义了一个新的 USB设备类别 — 线缆适配器, 用来将现有的有线USB主机和设备升级到WUSB。

主机线缆适配器（HWA）是一种采用 USB 2.0 线缆接口向上连接有线USB 主机， 向下通过WUSB连接集群下游的 WUSB 设备。设备线缆适配器（DWA）则是一种采用 WUSB 接口向上连接WUSB主机，USB 2.0 线缆接口向下连接有线USB下游端口设备。

线缆适配器设备类别为 HWA 和 DWA 指定了 USB 接口。两种 WA通过一个通知中断端点和一对突发端点（输入和输出）进行数据传输。

MBOA MAC

WUSB 采用多频带OFDM 联盟 (MBOA) 作为媒体访问控制（MAC）层。MBOA-MAC 采用能够提供480 Mbps 空中数据连接速度的 UWB 技术。UWB 的频率范围介于在免于授权的无线波段: 3.1 到 10.6 GHz 之间。

MBOA MAC 属于分布式 MAC 协议，专为无线个人局域网而设计，通过时分复用[TDMA], 频分复用[OFDM]和空分复用(SPATIAL REUSE)来提高频谱利用率。

每个 MBOA MAC 设备都有一个唯一的 64 位 MAC 地址（EUI-64）。为了减少通讯冗余，MBOA 将 64 位 MAC 映射为一个16 位设备地址 — DevAddr。相隔 2 级跳程［ＨＯＰ］以上的MBOA 设备可在毫无冲突的情况下再利用通话时间，16 位设备地址，信标时间槽。这些通话时间可能是通过分布式预约协议（DRP）预约得到的无冲突时间片，也可能是基于优先级竞争访问（PCA）的有冲突时间片。