【把无线进行到底――WUSB带来的个人无线世界】将婚姻进行到底

随着蓝牙、Wi-Fi等技术的日益兴盛，相信很多用户已经体验到无线技术特有的魅力。我们可以大胆猜测，无线替代有线的时代已经离我们越来越近了！但是现阶段的无线技术依然存在一些局限性――比方说蓝牙只有最高3Mbps的传输速度(Ver.
2.0标准)，速度快一些的Wi-Fi却存在成本高、功耗大两项致命的弱点；在面对数据爆发性增长的时候，现有的这些无线连接标准无论是在速度上还是在覆盖范围方面都显得力不从心。为了满足人们对无线的需求，各大硬件制造商和通信制造商将目光投向了UWB(Ultra Wideband，超宽带)技术，本文的主角WUSB也正是基于UWB技术。

与时俱进，USB也要无线化

据不完全统计，现在世界上正在使用的USB设备已经超过了20亿个(套)，而且随着数码相机、手机、PDA、MP3等设备的进一步普及，这一数字还会有突飞猛进的增长。毫无疑问，USB总线已经成为个人电脑史上最为“忙碌”的总线之
一，同样也是最成功的外置设备数据传输总线。

从1995年正式推出USB
1.0规范开始，一直到现在广为普及的USB
2.0 Hi-Speed，USB即将迎来她11岁的生日。十一年来，USB虽然发生了很大变化，但是作为最基本的接口和连接形式却一直没有改变，这一方面保持了设备之间最大的通用性，而另一方面也存在着一些新的问题……

可能大家最直接的感受就是现在计算机的USB接口正在被越来越多的设备所使用，随之而来的便是杂乱无章的USB线缆相互交错―不仅严重影响整体美观，而且也降低了USB设备的通用性和移动性。设想一下，假如某一天我们要从众多的线缆中取下打印机的USB线，我们会切身体会到拆弹专家的“苦衷”―这么多连接线，一个不小心就会拔错，到底会是哪一根呢？如果将USB的连接线全部去掉，那是多么美好的一件事情啊！这就是Wireless USB(下文简写为WUSB)诞生的直接动力。

什么是超宽带(UWB)技术？

超宽带技术的全称是Ultra Wideband(简写为UWB)，又称作脉冲无线电技术。其实早在19世纪人类刚掌握无线电技术的时候，就开始了对UWB的研究。与其它无线电调制(调频、调幅)技术不同的是，超宽带技术使用的是脉冲调制―宽度在纳秒级(1n s=10-9s)的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流一直到G H z，脉冲成型后可以直接送至天线进行发射。U W B技术使用的脉冲间隔(脉冲峰峰时间)一般在10～100飞秒(1p s=10-12s)，频谱的形状可根据需要来调整。U W B信号在时间轴上是稀疏分布的，其功率谱密度相当低；而且可以将多路UWB信号一起发送而不互相干扰，在建筑物内UWB能以极低的频谱密度达到100Mbps以上的数据传输速率。

为了保证国防设施和G P S卫星不受影响，按照F C C(美国通信委员会，Federal Communications Commission)的规定，U W B使用的频段在
3.1G H z到
10.6G H z之间。由于UW B技术的诸多优秀特性，使其有着广阔的应用前景，近期备受关注的WiMax、Wireless USB、Wireless 139
4、UWBBlueTooth等技术都构建在UWB技术之上。

WUSB诞生的背景

在2 0 0 4年的英特尔春季技术论坛( I D F 2 0 0 4 )上，WUSB推广组织正式宣布成立。该组织集合了包括Agere、惠普、英特尔、微软、N E C、飞利浦以及三星在内的7家业界知名公司，并确立了W U S B技术的初步规范――使用基于W i M e d i a的通用U W B无线平台，使W U S B技术达到480M b p s的接入带宽，方便连接个人电脑、各种外设、消费类电子产品以及移动通讯工具。到现在为止，已经有超过100个成员加入该组织并积极为W U S B的向下兼容性、互用性、安全性、易用性和低成本化而共同努力。

全面审视WUSB技术

从图3中我们可以看出，WUSB是一种基于星形拓扑结构的无线技术―也就是说主机(HOST)将作为整个系统的中心，负责处理所有连接设备的数据传输工作，并为每个设备分配使用的时间片和数据带宽。在这种拓扑结构中，WUSB主机和WUSB设备间的连接方式是点对点直接连接，我们也可以将这种方式形象地称为集群；从理论上来说，WUSB主机最多可以连接127个WUSB设备。同时，该技术允许空间重叠，也就是说多个WUSB集群在保证没有冲突(准确说法是以最小冲突)的前提下，可以在同一个空间中共存(具体支持多少数目的集群目前还没有确定)；而且通过在一定区域中使用多重的活动频道，允许多个设备在同一时间内共用数据带宽，这样一来有限的频谱空间将被充分利用起来，实现了小空间中的大带宽。

除此之外，在WUSB规范中还定义了一种双重角色模式(Dual-Role Device)，什么是双重角色模式呢？举个例子来讲，我们现在有三台WUSB设备(一台WUSB主机、一台支持WUSB的数码相机、还有一台WUSB的打印机)，如果按照传统星形拓扑的工作方式，数码相机需要先连接到WUSB主机上面，然后再由主机将信号传递给打印机，这实际上是一个“数码相机→主机→打印机”三者协同工作的拓扑结构；而在双重角色模式中，打印机本身扮演“节点”与“主机”的双重角色，那上面的工作流程就变成了“数码相机→打印机”(不需要经过主机)。如此一来，WUSB各设备之间的连接会更加方便、快捷。

除了提供无线互连的功能之外，WUSB必须实现对现有有线USB技术的向下兼容，这就需要为有线USB设备设计桥接装置；同时，WUSB允许数据在集群间、设备间自由交换，而不是限定在以某个主机为中心的孤立“小单元”中。

在数据传输速率方面，现有的WUSB设备可以在3米以内实现480Mbps的通讯带宽，而在3～10米范围内稳定在110Mbps。也就是说在距离比较近时，WUSB的速度与现在的有线USB
2.0 Hi-Speed相当；而且随着WUSB技术的进步，借助UWB技术本身的优势，在不久的将来WUSB可以实现1Gbps甚至更高的传输速率。不过在目前看来，WUSB带来的最直观的好处就是在易用性方面比有线USB大大增强。

很多朋友对无线设备的安全性问题比较关心，因为无线设备的工作信号是在空中自由传播的，任何人都可能截获该信号。对于WUSB用户来说，这个问题并不需要他们考虑，因为在安全性方面WUSB有自己独特的认证体系，下面我们就来详细介绍一下其中的工作过程。首先，当用户的设备进入网络后，系统会自动根据所处环境的特点寻找接入点―如果匹配成功的话，将会直观地告知用户；当然，如果出现连接不成功的情况会 通知用户连接不成功。所有WUSB设备在接入之初，必须要向主机发送连接请求并等到认证以后才会允许其下一步操作。紧接着主机需要对WUSB设备进行安装，这一步与现有的有线USB设备相同：WUSB设备在首次接入一个系统时会自动进行驱动安装、安全性检查，并与操作系统展开互动；然后等到第二次接入系统时就方便多了，简单开启设备后就可以直接使用了。在安全性方面，WUSB可以通过内建的协议和认证过程，提供对数据的加密保护，并且这样的加密过程不会对WUSB设备性能和成本带来较大影响。

由于在WUSB定义的设备使用范围中包括了移动设备，对于一款使用电池作为动力的移动产品来说，功耗过大意味着什么想必大家都心中有数。WUSB产品也面临着这样的问题，根据目前的资料，WUSB模块工作时的总功耗一般在300mW左右，在以后的一段时间内会逐渐降低到100mW左右；除此之外，WUSB会使用各种智能化的节能技术，比方说在空闲时系统将进入休眠状态，只有在需要时才被唤醒，以此来降低设备空闲时的耗电量。

看到此处，恐怕很多人会有一个疑问―“WUSB的出现是否宣告着80
2.11a/b/g等无线局域网技术走向消亡？”其实并不是这样的，80
2.11a/b/g在标准制定之初就是一种网络技术，缺少硬件总线所必须的协议和接口，这也正是像Wi-Fi这样的技术被移植到数码相机、打印机等设备上时会面临种种兼容性问题的根本原因。在WUSB技术普及之后，80
2.11a/b/g技术将更专注于无线网络方面的应用，而WUSB技术将负责连接计算机周边的硬件设备，二者各司其职共同为用户构建一个彻底无线的数字世界。

WUSB内部派系分道扬镳，UWB标准的博弈

和其它所有“有前景的IT技术”一样，有市场的利润就必然伴随有标准的争夺。围绕“WUSB采用何种UWB标准”这个问题从一开始就存在非常激烈的竞争，曾经有二十多个标准参与了初选，但是经过一轮轮的整合淘汰之后，就只剩下了两大阵营―它们是来自飞思卡尔半导体(Freescale)的DS-UWB和由英特尔、TI倡导的MBOA。2 0 0 3 年7月，由英特尔和T I 公司领导的T h eMultiband OFDM Alliance (MBOA)组织成立，并吸引了大批在消费类电子、个人电脑以及半导体市场上具有影响力的公司不断加入，目前MBOA的成员单位已经达到170多个，他们倡导的Ultra-Wideband Technolog被USB IF组织(USB实施者论坛，USB的国际官方组织)收为WUSB技术的蓝本。从技术上来讲，MBOA所倡导的UWB技术所能提供的高速度、高带宽将能满足现有以及未来一段时间内家庭以及办公场所各种移动设备对于数字视频、音频数据的传输要求。

尽管MBOA气势如虹，但是DS-UWB(Di r e c t-Sequence UWB)阵营也毫不示弱。在飞思卡尔的倡导下DS-UWB组建了UWB Forum(超宽带论坛)，共同发展基于DS-UWB的应用。而在产品实用化方面，DS-UWB先声夺人，早在2004年初的拉斯维加斯消费电子展上就展出了DS-UWB的样品；只不过诸多问题限制了DSUWB的应用，比方说过高的功耗，以及需要两根天线分别用于收/发信号等难题一直没有得到解决。最终，DSUWB没有被USB IF批准为WUSB的物理层，这也使得DS-UWB阵营有些英雄气短。

为了避免两大标准的分道扬镳，从2003年开始IEEE的80
2.
1
5.3a UWB(超宽带)任务组就开始在两大阵营之间进行协调，希望推出一个统一的IEEE标准。可惜的是经过3年努力和几十轮投票之后，两大阵营谁也无法获得压倒性的得票(超过75％支持率)。在2006年1月，IEEE80
2.
1
5.3a工作组进行了最后一次投票，在这次投票中最终获得了9
4.7%赞成票―只不过这次的投票主题变成了“是否解散IEEE 80
2.
1
5.3a工作组”。随着工作组的解散，两大阵营统一的希望也随之破灭，正如Blu-RayDVD和HD DVD一样，市场也将会决定DS-UWB和MBOA的生死。

即将上演的三国演义―WirelessUSB、UWB蓝牙与Wireless IEEE 1394

不要以为只有USB标准即将融合UWB技术而实现全面无线化，事实上在WUSB诞生之时就已经有众多竞争对手虎视眈眈了，这其中就包括了融合UWB技术的蓝牙无线通信协议和Wireless IEEE 1394两大标准。从技术的角度考虑，UWB仅仅是一种采用特殊调制方式的无线电信号，只要有合适的通讯协议或者通讯标准，谁都可以用它来实现高密度的数据传送。单就无线通讯协议而言，最成熟的莫过于蓝牙技术(Bluetooth)。发展到现在，蓝牙技术已经具备了相对完善的通信协议，它是一种短距离无线连接技术标准的代称，其实质内容就是建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准。UWB技术带来的高数据带宽、更大的覆盖范围正是当今蓝牙技术的软肋，而蓝牙技术经过多年发展形成的完善的通信接口协议也正是UWB技术所欠缺的。如果能将蓝牙的通信协议和UWB技术融合，这样取长补短的搭配肯定能打破现在蓝牙技术发展上的僵局。2006年3月，蓝牙标准化团体The Bluetooth SIG宣布，WiMedia联盟推广的多频带OFDM技术将成为下一代蓝牙技术的基础，这就意味着在蓝牙和WiMedia融合之后，新的基于UWB技术的蓝牙协议将可以实现200Mbps的传输率，同时在信号覆盖范围上也会有所加强。

值得注意的是，UWB蓝牙技术最终采用了来自WiMedia联盟的UWB解决方案，而WiMedia联盟中的很多成员，如TI、英特尔、诺基亚、三星以及SONY等也正是MBOA中的核心会员单位。这样一来，UWB蓝牙技术和WUSB在基础无线电方面就有了一致性，厂商很容易开发出兼容芯片。根据目前的趋势来看，UWB蓝牙与WUSB将来更多是互补的关系―WUSB将统治PC的周边设备，而UWB蓝牙将被广泛用于数码、手持设备的连接，而Wimedia/MBOA联盟就有机会成为UWB“事实上的标准”。

如果说UWB蓝牙和WUSB更多的是协作关系，那Wireless IEEE 1394与WUSB的关系就很微妙了。

Wireless IEEE 1394标准中将引入名为PAL(ProtocolAdaptation Layer)物理层协议，这样一来新的WirelessIEEE 1394应用软件就可以使用包括DS-UWB、MBOA在内的两大UWB无线物理层技术。而在传输率方面现在的Wireless IEEE 1394则依然保持着400Mbps的速度*，在未来可能还会出现传输率达到800Mbps的Wi reless IEEE 1394b标准。因此从某种意义上说，Wi r ele s sIEEE 1394与Wireless USB的竞争将持续下去，就好像当初IEEE 1394与USB的竞争一样。不过最新的一些进展也使前景变得更加微妙，那就是WiMedia联盟开发的MBOA融合层软件，它能使WUSB底层的UWB射频技术能够支持Wireless IEEE 139
4、蓝牙、互联网协议(IP)或USB协议的软件栈，在未来能否实现“三国归一统”还要取决于硬件生产商的态度。

大会上，USB IF正式发布了WUSB的
1.0版本规范，从而向该技术的标准化迈出了一大步。在该规范中，USB IF确定采用基于MBOA阵营的超宽带技术的MAC和PHY，并确定了WUSB的传输速率在3m以内时为480Mbps，在3～10m时为110Mbps，同时UWB物理层芯片的功耗为130～160 mW。

很多厂商认为WUSB将会是UWB技术第一个合理的应用目标，这主要是因为全球庞大的USB设备保有量以及USB总线在用户心中的影响力。不过要让众多的现有USB设备实现与WUSB设备良好的勾通和兼容，却不是一件简单的工作，仍然需要耗费大量的时间和精力来进行兼容性方面的改造。而在操作系统方面，微软方面表示定于今年年底发布的新一代操作系统Windows Vista将不会捆绑UWB或者WUSB的驱动程序；而WUSB设备生产企业或者是OEM厂商还需要配合微软进行驱动开发和测试的工作。从目前的进展来看，预计会有15个针对WUSB类设备的驱动程序，其中已经成功测试了的有13个。

在解决了软件和设备的兼容性问题之后，WUSB还要面临无线电管制的巨大障碍。由于WUSB采用的频率波段处于各国无线电委员会的管制范围之内，因此WUSB设备必须在取得所在国无线电管理委员会(开放频谱)的许可之后才能上市销售和使用。英特尔的技术战略专家兼WiMe d i a 联盟主席Stephan Wood透露，欧盟告知英特尔预计于今年6月完成的相关法规不可能与美国的FCC保持一致。“如果只是频段的变化那还比较容易处理，但如果他们要求降低发射功率，那么一些已计划的应用就将夭折。”StephanWood如是说。目前，韩国已经发放了UWB产品的测试许可证，并可能在年底发放完全的许可证，而英特尔则希望其它国家都能在今年年内有所行动。

尽管WUSB还有众多障碍等待一一清除，但是已经有不少厂商迫不及待地开始试产了。在CES2006上，Seagate展出了自己基于WUS B的存储设备―一款WUS B
1.8英寸移动硬盘，成为现场的焦点( 图9 ) 。此后不久，外设制造厂商贝尔金就拿出了WUSBHub和与之配套的WUS B适配器―虽然从原理上来说，这款产品只实现了主机与Hub间的无线通讯，但作为一种趋势，它给我们带来了无线的概念。

写在最后：WUSB的未来，无线=无限

USB IF预计，WUSB技术将会在明年随着芯片成本的降低而走进千家万户。现在已经有很多硬件制造商开始着手开发基于WUSB的适配器，届时用户只需要将适配器接入原来的USB接口上，就可以让你的计算机实现WUSB支持。

随着WiMedia融合层软件的不断进步，WUSB、UWB蓝牙再加上Wireless IEEE 1394三者之间的关系正在微妙化，随着芯片整合程度的提高，也许在不久的将来我们就会看到“三国归一统”的局面，毕竟它们在UWB的物理层上是一致的。

随着WUSB的普及，必将掀起一场外置设备的革命。很快我们就将彻底摆脱各种烦人的连接线，以后也不需要将PC与各种外设堆在一起。配合80
2.11的无线局域网技术，WUSB将给我们一个彻底的、“无限”的世界。当然，不要忘了插上你的电源线，那根是省不掉的，至少目前来说是这样。