无庸置疑的，通用同步总线（USB）已经成为迄今为止最为成功的PC外围连接设备，深受PC及外部设备生产商的青睐。预计到2005年底，将有超过五亿个USB产品投入使用。USB之所以能取得势不可挡的商业成功，源于以下几个特点：

无线技术日趋发展成熟，成本也日益降低。尤其是超宽带（UWB）技术，特别适用于无线USB，能在三公尺的距离内实现480Mbps的高带宽。WirelessUSB（WUSB）的功能在于其避免了复杂的缆线，因此为所链接设备提供了高度的可移植性。无线功能可增强用户体验，但也面临着安全性、可靠性、降低功耗及其他挑战。

WUSB是由Agere、惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦和三星共同开发的，为USB厂商向无线迈进提供了正确的演进途径。

WUSB概述

WUSB的运行采用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（Control、Bulk、Interrupt and Isochronous）所有这四种传输形式。主机和WUSB设备合称WUSB丛集，采用星型拓扑；与USB 2.0. A的树型拓扑不同，WUSB主机能直接连接多达127个设备，因此在WUSB丛集中不需要包含WUSB集线器。而由于WUSB没有缆线，因此，所有的WUSB设备都必须自行供电（self-powered）。

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主机支持以下数据传输率：53.3Mbps、106.7Mbps、200Mbps、80Mbps、160Mbps、320Mbps、400Mbps和480Mbps。WUSB设备必须支持53.3 Mbps、106.7 Mbps和200 Mbps，其他五种为可选数据传输率。53.3Mbps是基本信号速率，为所有的USB标准控制请求、MMC（Micro-scheduled Management Commands）、信号交换（Handshakes）、和设备通知（Device Notifications；DN）提供更高的可靠性。

WUSB主机必须符合多频带正交多频分工联盟（Multi-band OFDM Alliance；MBOA）联盟信标协议，以解决干扰问题。另一方面，WUSB设备还有以下三种选择：

WUSB和USB 2.0的数据通信拓扑类似，共分三层：功能层、设备层和总线层。除了同步设备之外，USB 2.0的其他大多数功能层软件组件都可以在WUSB中重新使用。无线同步设备需要 一个重试机制，以改进在欠佳的媒体上进行数据封包传输的可靠性，同时还需要一个更大的缓冲器，以实现4毫秒或更长的服务时间。设备层可增强安全性，扩展无线媒体管理 。总线层因无线媒体性质的不同，在数据传输方面有很大差异。

WUSB的数据传输

一般来说，每次USB传输都需要经过三个阶段：Token、数据和信号交换。在一次完整的传输中， Token、数据和信号交换阶段是不分开的，阶段间的周转时间为18FS（full-time）位时间（18奈秒×83奈秒=1.5微秒）。为了分开传输，USB Token、数据和信号交换阶段会与其他传输的同等阶段交叉进行。

对WUSB而言，传输和接收之间的交换时间超过10微秒。为将交换时间缩至最短，WUSB采用分割传输（split transaction）以及群组处理（groups transaction），「封包」传输顺序依次为Tokens、Data OUT and Data IN。为将Token阶段的持续时间缩至更短，WUSB将所有的Token整合在一个控制封包中，即微调度管理指令（Micro scheduled management or MMC）。

如(图一)所示，首先，主机传输一个MMC；然后，WUSB丛集中的设备读取这一包含主机频率信息、下一个MMC的开始时间、信道时间分配（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，最后是输出的信号交换。WUSB设备根据CTA接收和传输封包，其余时段处于休眠状态，其频率和主机频率同步。

《图一 WUSB和USB 2.0的传输比较》

为避免传输过程中每次交易的功耗，WUSB将特定设备的交易整合在数据突发（data bursts）中。如(图二)所示，数据突发的范围可介于一个数据封包和十六个数据封包之间。具有数据突发功能的设备在其描述符号中报告其突发能力。主机可以选择任何它可以启动传输设备的突发组合。控制和中断的末端不支持数据突发。

《图二 WUSB的数据突发》

(表一)是WUSB和USB 2.0的简单对比：

异步设备通知

USB 2.0 设备使用缆线传输电子信号来通知「连接」、「中断连接」或「远程启动」等多种主机事件。而 WUSB 设备则采用空中DN封包的方式来通知相同的主机事件，包括：连接DN、切断DN和远程启动DN等。WUSB 主机通过DN CTA传输 MMC 后，设备将根据Slotted-Aloha 来争取 DN 时隙并向主机传输设备通知事件。

流程控制

USB 2.0设备采用NAK和 NYET进行流程控制。由于 WUSB 设备支持中断传输和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时段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DN_EPReady通知后，才会为这些特定端点的传输安排进度。这种DN_EPReady流程控制机制可帮助主机和设备节约功耗和节省带宽。

WUSB 面临的挑战

相联（Association）

所有相联处理过程都包含三个阶段：

使用USB 缆线，USB 2.0设备能安全可靠地与主机进行通信：

而在 WUSB 内，主机和设备也遵循同样的识别—认证—授权步骤：

WUSB 采用了两种相联方式：

安全性

完成相联之后，主机和设备就能够透过 ASE 128 位秘密引擎进行安全通信。

可靠性

完成相联之后，主机和设备就能够透过 ASE 128 位秘密引擎进行安全通信。

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。

此外，由于WUSB基于TDMA进行传输，设备能够精确识别收发时间。因此还能透过以下方式来节约功耗：

为了尽可能地降低中断键盘、鼠标、游戏游戏杆等设备时所造成的功耗，WUSB支持低功耗中断对CTA没有响应的设备，并进入休眠状态。在没有数据传输的时候，这种低功耗中断设备可休眠四秒钟。

主机缆线配接器和设备缆线配接器（HWA和DWA）

WUSB定义了一个新的USB设备类别—缆线配接器（Wire Adapter）。

主机缆线配接器（HWA）是一种采用 USB 2.0 缆线接口进行上游连接的USB设备， 可作为主机到丛集下游的WUSB设备。设备缆线配接器（DWA）则是一种采用WUSB接口进行上游连接的USB设备，可作为连接至其下游埠设备的有线USB 2.0主机，如(图三)所示。

缆线配接器设备类别为HWA和DWA指定了USB接口。还描述了数据传输模式。两种WA都为数据传输提供了一个通知中断端点和一个突发端点对（IN and OUT）。

《图三 HWA与DWA的拓扑图》

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480Mbps空中数据连接速度的UWB技术。UWB的频率范围则介于无须执照的3.1～10.6GHz之间。

MBOA MAC属于分布式MAC协议，专为无线个人局域网络（PAN）而设计，透过再利用通话时间（air-time）、解决干扰和保持低能耗等方法拓展了设备的使用空间。所有MBOA设备都在点对点（ad-hoc）模式下运行。

每个MBOA MAC设备都有一个唯一的64位MAC地址（EUI-64）。为了减少架构冗余，MBOA将64位MAC映像到一个16位设备地址—DevAddr。两条跳线以上的MBOA设备可在毫无冲突的情况下再利用通话时间。这些通话时间可能在分布式预约协议（DRP）预约和信标时隙间进行自由竞争，也可能是基于竞争的区分优先级竞争访问（PCA）。此外，16位设备地址在空间上同样也能再利用。

为了管理通话时间，MBOA定义了媒体存取间隙（Medium Access Slot；MAS）。每个MAS的长度为256微秒；256MAS组成了一个时间长度为65毫秒的超帧（super-frame）。MBOA将使每个超帧与最慢的频率保持同步，以控制设备中的频率漂移。

在节省功率方面，设备能够在一个时隙里接听所有信标帧，因此MBOA指定所有信标在一个信标周期（BP）内进行传输。BP保留了每个超帧中的前32MAS（8毫秒）。

《图四 WUSB处理过程中的超帧示意图》

结语

WUSB处理过程中的超帧示意图

WUSB技术是从最为成功且最为普及的产业标准—USB 2.0演化而来的。由于WUSB保留了现有USB 2.0标准的大部分基础架构，如设备驱动器、数据流、 连接速度及拓扑结构，因而是一种非常易于采用的技术。WUSB还为用户提供了HWA和DWA，使现有的USB 2.0硬件能够进行升级，与WUSB标准相兼容。

[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞

采用MBOA MAC和UWB技术后，未来的WUSB数据传输速率将增加到1Gbps。除现有的USB应用外，WUSB将实现许多全新的应用，如家用定位（home position），家用搜索（home ranging）及家庭网络（home networking）等应用。（作者为飞利浦半导体高级软件工程师）如果说IT（Information Technology；信息技术）界要颁发最速黯淡奖，那么笔者可能会提名InfiniBand，理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草，2000年正式 发表，之后主力业者纷纷退出。 UWB的技术研究约在60年代，最初只是研究时域（Time Domain）下的脉冲响应控制，之后成为70年代军用雷达所实行的一项技术，80年代演变成无载波（Carrier）式无线电技术，至1989年正式由美国国防部称为UWB。毫无疑问的，UWB与Smart Antenna（智能型天线）、Phased Array Radar（相位数组雷达，类似技术即是今日IEEE 802.11g所即将用上的MIMO）等相同，皆是由军方先行研发运用的无线技术。InfiniBand：还会有多少人想起我？ UWB技术特性评析你可在「UWB技术特性评析」一文中得到进一步的介绍。 UWB技术特性评析在「将时间拉回1998年，当Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba等五家业者联合提出蓝芽（Bluetooth）技术时，许多人都认为Bluetooth将成为一统3C的无线通信方式，理由是五家业者各是3C领域的龙头厂商，Ericsson、Noki主通讯，IBM、Intel主信息，Toshiba主消费性电子，因此Bluetooth必将成为最主流的无线新标准。」一文为你做了相关的评析。

市场动态

WUSB失色？ ZigBee退让？拒绝灭种 Bluetooth力求双线再进化如果说IT（Information Technology；信息技术）界要颁发最速黯淡奖，那么笔者可能会提名InfiniBand，理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草，2000年正式 发表，之后主力业者纷纷退出。Cypress Semiconductor宣布，Thomson集团旗下Gyration采用Cypress WirelessUSB无线系统单芯片（radio-system-on-a-chip）开发其最新型无线鼠标与键盘。InfiniBand：还会有多少人想起我？ Cypress Semiconductor宣布，Thomson集团旗下Gyration采用Cypress WirelessUSB无线系统单芯片（radio-system-on-a-chip）开发其最新型无线鼠标与键盘。你可在「 USB技术及解决方案厂商Cypress Semiconductor宣布开始供应WirelessUSB N：1开发工具包。WirelessUSB N：1透过一套高成本效益、低耗电、高可靠度的无线解决方案来取代低传输率、高节点密度的有线系统。」一文中得到进一步的介绍。 Cypress推出WirelessUSB传感器网络开发工具包在「飞思卡尔半导体（Freescale）与Icron Technologies展示首个使用超宽带（UWB）技术的USB 2.0无线解决方案，该解决方案将Icron的ExtremeUSB与飞思卡尔的UWB芯片组相结合，使PC、外围设备和消费型电子应用厂商能让其USB产品支持无线方式。」一文为你做了相关的评析。