Drei Verfahren für drahtloses USB

Stromversorgung über USB-Kabel entfällt

CWUSB ist nach wie vor mit Einschränkungen behaftet. Dazu gehören nicht nur die fehlende Möglichkeit der Stromversorgung über das konventionelle USB-Kabel, sondern auch die höheren Kosten durch Halbleiterbausteine, Funk-Lösungen und komplexere Bauelemente. Auch der enorme Bestand an über zwei Milliarden Geräten, die es zu verbinden gilt, darf nicht vergessen werden. Dennoch gibt es großen Rückhalt für CWUSB. Es existieren standardisierte PHY- und MAC-Schichten, Microsoft unterstützt und schreibt Applikations-Treiber, und die Hersteller können von zehn Jahren Protokollentwicklung für USB und Bluetooth profitieren. Hinzu kommt: Der Kunde verlangt nach dem Verzicht auf Kabelverbindungen. Insgesamt lässt dies die Prognose zu, dass Wireless USB die hohen Erwartungen erfüllen wird. Viele drahtlose Protokolle buhlen um das Interesse der Konsumenten. Branchenexperten können aber nicht übersehen, dass die WiMedia-Implementierung der UWB-Technik das Zeug hat, sich als nächste High-speed-USB-Technik zu etablieren. Die Konsumenten mögen USB wegen seiner Einfachheit. Sie werden jedoch auch die Transportabilität und den einfachen Anschluss der künftigen Geräte mit nativer CWUSB-Funktionalität zu schätzen wissen. Bis es soweit ist, werden Sie in Ihrem Aktenkoffer noch die verschiedensten Kabel mitschleppen müssen, auf die aber langfristig verzichtet werden kann.

Weiterführende Informationen:

[1] Dornan, A.:Wireless USB vs. Cable-Free USB, Mar 9, 2006. http://www.networkcomputing.com/channels/wireless/showArticle.jhtml?articleID=181502427
[2] Kartchner, N.: Wireless USB vs. Bluetooth: Battle Royale. html>www.comptechlib.com/341.html
[3] Freescale Semiconductor (Hrg.): USB Without Wires: Understanding Different Approaches Using Ultra-Wideband Technology. White Paper.
[4] Wireless Universal Serial Bus Specification Revision 1.0.
[3] Sabolev, V.: As Certified: Intel and the USB-IF comment on their vision of unwired USB. DigiTimes dayly IT news. pdf>www.usb.org/press/articles/2006_04_14_digitimes.pdf
[4] Thomas, E.: Ultra-Wideband: Four Years Later, CES 2006. www.wimedia.org –> Resources -> Presentations
[5] Zero-Install Wireless USB 2.0 Evaluation Kit. www.freescale.com
[6] WiMedia Ultra-Wideband and Microsoft Windows. www.microsoft.com

Steve Kolokowsky arbeitet seit acht Jahren im Technischen Bereich bei Cypress Semiconductor in San Diego, Kalifornien. Sein Studium des System Engineerings am Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, hat er mit einem Bachelor of Science abgeschlossen. syk@cypress.com

In leitungsgebundenen Systemen ist eine direkte Kommunikation von Geräten ohne die Existenz eines Host nicht möglich. Um diesem Mangel abzuhelfen und die Voraussetzungen für eine Peer-to-Peer-Kommunikation zu schaffen, sieht Certified Wireless USB Geräte mit Doppelfunktion vor, die neben der Device-Funktionalität auch bestimmte Host-Fähigkeiten bieten.

An diesem Topologie-Beispiel wird ebenso deutlich, dass Certified Wireless USB keine Hubs benötigt. Der Host kann direkt mit jedem der 127 Geräte Verbindung aufnehmen, womit sich eine geschichtete Struktur wie bei einem traditionellen USB-System erübrigt. Zunächst jedoch muss die Industrie den Weg für eine langsame Umstellung der weltweit zwei Milliarden USB-Geräte ebnen.

Dies wird durch die Entwicklung von „Device Wireless Adaptors“ und „Host Wireless Adaptors“ geschehen. Dabei handelt es sich im Prinzip um Hardware-Dongles, die auf der einen Seite den konventionellen USB-Port haben und einen drahtlosen „Hub“ für kabelgebundene USB-Geräte implementieren. Derartige Lösungen werden in der Zukunft nach und nach durch Peripheriegeräte mit nativer CWUSB-Funktionalität verdrängt werden.

Auch das Kommunikationsprotokoll ist sehr ähnlich. Ebenso wie USB ist auch CWUSB ein paketorientiertes TDMA-Protokoll. Der Host-Controller initiiert sämtliche Datentransfers. Außerdem bestehen Wireless-USB Transfers aus einer Abfolge von Token, Daten und Handshake (Bild 4).

Ein gravierender Unterschied ist allerdings, dass Wireless USB mehrere verschiedene Token-Informationspakete in einem einzigen Paket zusammenfasst, um die Effizienz zu verbessern. Ebenso wie bei der leitungsgebundenen USB-Technik bedient sich Wireless USB auch einer Pipe-Struktur.

Diese richtet Endpunkte ein, auf die sich die Verbindung zwischen Host und Gerät stützt. Die protokollarischen Ähnlichkeiten zwischen USB und Wireless USB geben den Unternehmen die Möglichkeit, existierende USB-Infrastrukturen und das entsprechende Intellectual Property zu nutzen. Da die Entwicklungskosten nicht selten der größte Kostenfaktor sind, ist es wichtig, den Einarbeitungsaufwandund die Komplexität des Protokolls zu minimieren.

Beide Techniken verwenden das in den USA übliche UWB-Band von 3,1 bis 10,6 GHz, nutzen das Spektrum allerdings auf unterschiedliche Weise. Die Direct-Sequence-Methode (DS) codiert die Daten und bedient sich dertraditionellen, gepulsten UWB-Methoden. Das OFDM-Verfahren dagegen arbeitet mit der standardmäßigen DSP-OFDM-Technik, verteilt über drei je 528 MHz breite Bänder im Bereich von 3168 bis 4752 MHz. Momentan hat es den Anschein, als hätte das UWB-Forum alle seine Schlachten verloren und als hätte sich die von Wi-Media unterstützte OFDM-Methode international durchgesetzt. Das USBIF entschied sich ebenso für die Wi-Media-OFDM-Technik wie die Bluetooth-SIG (Special Interest Group). Während sich das für UWB zuständige Standardisierungs-Gremium des IEEE auf keinen der beiden Standards festlegen wird, hat sich die ECMA als die entsprechende europäische Organisation bereits für WiMedia entschieden.

Einer der Hauptgründe dafür, dass der WiMedia-Standard den Sieg unter den Protokollen davonträgt, ist die Interoperabilität. Der WiMedia Media Access Controller (MAC) wurde nämlich so ausgelegt, dass er mehrere Protokolle in ein und demselben Frequenzspektrum unterstützen kann. Hierzu dienen so genannte Superframes mit einer Länge von 65 ms, die in 256 „Media Access Slots“ (MAS) aufgeteilt sind. Diese Zeitschlitze werden verschiedenen Anwendern zugeteilt, die mit unterschiedlichen Protokollen wie zum Beispiel Certified Wireless USB, Bluetooth oder TCP/IP arbeiten können, so dass eine störungsfreie Koexistenz möglich ist (Bild 2). Diese gemeinsamen PHY- und MAC-Schichten schaffen die Voraussetzungen dafür, dass mehrere Protokolle wie Certified Wireless USB, Wireless 1394, TCP/IP, Bluetooth, Ethernet, DVI und HDMI auf die Wireless-UWB-Plattform aufsetzen können. Erfahrene USB-Designer werden sich über die Nachricht freuen, dass Wireless USB die gleiche Host/Device-Topologie nutzt wie der leitungsgebundene USB. So besteht jeder Netzwerk-Cluster aus einem Host (Master-Device) und bis zu 127 Peripherie-Devices (Slaves). Das Konzept des USB-Hub existiert in der drahtlosen Welt dagegen nicht, denn die Funktechnik ermöglicht direkte Sende- und Empfangs-Transaktionen mit jedem Gerät (Bild 3).

1. Drei Verfahren für drahtloses USB
2. Stromversorgung über USB-Kabel entfällt