Wireless USB ( Universal Serial Bus ) es un protocolo de comunicación por radio inalámbrica de corto alcance y gran ancho de banda creado por el Wireless USB Promoter Group, que tiene como objetivo aumentar la disponibilidad de tecnologías generales basadas en USB . No está relacionado con Wi-Fi y es diferente de las ofertas de Cypress Wireless USB. Fue mantenido por WiMedia Alliance , que cesó sus operaciones en 2009. Wireless USB a veces se abrevia como WUSB , aunque el USB Implementers Forum desaconsejó esta práctica y en su lugar prefiere llamar a la tecnología Certified Wireless USB para distinguirla del estándar UWB de la competencia.
El USB inalámbrico se basó en la plataforma de radio común Ultra-WideBand (UWB) de WiMedia Alliance , que es capaz de enviar 480 Mbit/s a distancias de hasta 3 metros (9,8 pies) y 110 Mbit/s a distancias de hasta 10 metros (33 pies). Fue diseñado para operar en el rango de frecuencia de 3,1 a 10,6 GHz , aunque las políticas regulatorias locales pueden restringir el rango de operación legal en algunos países.
El estándar ahora está obsoleto y no se ha producido ningún hardware nuevo durante muchos años, aunque Android lo ha adoptado para una señalización precisa [1].
El soporte para el estándar quedó obsoleto en Linux 5.4 [2] [3] y se eliminó en Linux 5.7 [4].
La razón de ser de esta especificación fue el éxito abrumador del USB como base para periféricos en todas partes; las razones citadas incluyen la extrema facilidad de uso y el bajo costo, que permiten la existencia de una arquitectura de puerto rápido y bidireccional ubicua. La definición de Ultra-WideBand (UWB) coincide muy de cerca con las capacidades y velocidades de transferencia del USB (desde 1,5 y 12 Mbit/s hasta 480 Mbit/s para USB 2.0) y hace que sea una extensión inalámbrica natural del USB en el corto alcance (3 metros, hasta 10 a una velocidad reducida de 110 Mbit/s). Aun así, ya no había un bus físico para alimentar los periféricos, y la ausencia de cables significa que algunas propiedades que normalmente se dan por sentadas en los sistemas USB deben lograrse por otros medios.
El objetivo de la especificación era preservar el modelo funcional del USB , basado en hosts inteligentes y dispositivos de comportamiento simple, al tiempo que le permitía operar en un entorno inalámbrico y mantener la seguridad a la par de los niveles ofrecidos por los sistemas cableados tradicionales. También busca ser comparablemente eficiente en términos de energía. Para lograr esto, utiliza un estándar existente que define una capa física adecuada y un control de acceso al medio , a través del cual se puede alcanzar el rendimiento deseado, y le agrega una capa de convergencia para fusionar ambos esfuerzos arquitectónicos.
W-USB se definió como un bus, aunque lógico y no físico, que puede conectar simultáneamente un host con varios periféricos. El host divide el ancho de banda disponible a través de una estrategia de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). Mantiene la capacidad del USB para administrar dispositivos de forma segura sobre la marcha . Los hosts pueden comunicarse con dispositivos a una distancia de hasta 10 metros.
El USB inalámbrico tenía usos potenciales en controladores de juegos , impresoras , escáneres , cámaras digitales , reproductores multimedia portátiles , unidades de disco duro y unidades flash USB . [ cita requerida ] También era adecuado para transferir transmisiones de video paralelas, utilizando USB sobre protocolos de banda ultra ancha .
El Wireless USB Promoter Group se formó en febrero de 2004 para definir el protocolo Wireless USB . El grupo estaba formado por Agere Systems (ahora fusionada con LSI Corporation [5] ), Hewlett-Packard , Intel , Microsoft , NEC Corporation , Philips Semiconductors y Samsung . [6]
En mayo de 2005, el Wireless USB Promoter Group anunció la versión 1.0 de la especificación Wireless USB. [7]
En junio de 2006, cinco empresas mostraron la primera demostración de interoperabilidad de USB inalámbrico entre varios proveedores. Se utilizó un ordenador portátil con un adaptador host Intel que utilizaba un PHY de Alereon para transferir vídeo de alta definición desde un semiconductor inalámbrico de Philips con un PHY de Staccato Communications, todo ello utilizando controladores de Microsoft Windows XP desarrollados para USB inalámbrico.
En octubre de 2006, la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) aprobó los productos USB inalámbricos Host Wire Adapter (HWA) y Device Wire Adapter (DWA) de WiQuest Communications para uso en exteriores e interiores. El primer producto minorista fue enviado por IOGEAR utilizando silicio de Alereon , Intel y NEC a mediados de 2007. Casi al mismo tiempo, Belkin, Dell, Lenovo y D-Link comenzaron a enviar productos que incorporaban la tecnología WiQuest. Estos productos incluían tarjetas integradas en computadoras portátiles o adaptadores para aquellas computadoras que actualmente no incluyen USB inalámbrico. En 2008, Dell puso a disposición una nueva estación de acoplamiento USB inalámbrica de Kensington. Este producto era único, ya que fue el primer producto en el mercado que admitía video y gráficos a través de una conexión USB utilizando la tecnología de gráficos USB DisplayLink . Kensington lanzó una estación de acoplamiento universal USB inalámbrica en agosto de 2008 para la conectividad inalámbrica entre una computadora portátil y un monitor externo, parlantes y periféricos USB con cable existentes. Imation anunció la disponibilidad en el cuarto trimestre de 2008 de un nuevo HDD inalámbrico externo. [8]
El 16 de marzo de 2009, la WiMedia Alliance anunció acuerdos de transferencia para las especificaciones de banda ultra ancha (UWB) de WiMedia. WiMedia transfirió las especificaciones al Grupo de Interés Especial (SIG) de Bluetooth , al Grupo Promotor de USB Inalámbrico y al Foro de Implementadores de USB . Después de la transferencia de tecnología, la WiMedia Alliance cesó sus operaciones. [9] [10] [11] En octubre de 2009, el Grupo de Interés Especial de Bluetooth abandonó el desarrollo de UWB como parte de la tecnología alternativa MAC/PHY, Bluetooth 3.0/High Speed. Un pequeño, pero significativo, número de antiguos miembros de WiMedia no habían firmado y no firmarían los acuerdos necesarios para la transferencia de propiedad intelectual . El grupo Bluetooth entonces dirigió su atención de UWB a 60 GHz . [12] [13] [14]
El 29 de septiembre de 2010, se anunció la versión 1.1 de la especificación USB inalámbrica. [15] Incluía varias mejoras de compatibilidad con versiones anteriores: compatibilidad con banda superior UWB para frecuencias de 6 GHz y superiores, mejor administración y consumo de energía, y compatibilidad con NFC y asociación basada en proximidad.
Como se mencionó, se conserva el modelo USB y, en general, se realizan ajustes menores para adaptarse a las necesidades específicas de un sistema inalámbrico. Los cambios son los siguientes, de arriba a abajo:
La sustitución de los cables de cobre en la capa de bus introduce ambigüedad en el estado real de las conexiones entre el host y el dispositivo y, lo que es más importante, expone potencialmente las comunicaciones por completo a cualquier otro dispositivo dentro del rango de propagación, mientras que eran razonablemente seguras a través del cable. Por lo tanto, se debe establecer una relación de seguridad explícita. Para ello, las capas de bus y de dispositivo incorporan los recursos necesarios para su uso por parte de la capa de función. Cada transmisión W-USB está cifrada por la capa de bus sin perjudicar la comunicación horizontal de capa a capa.
El bus sigue un enfoque de sondeo basado en TDMA supervisado por el host. Una transferencia está formada por tres partes: un token , datos y un protocolo de enlace . Por razones de eficiencia, varios tokens que contienen información de tiempo para los dispositivos se pueden agrupar en uno, formando así grupos de transacciones . El control de flujo y los tamaños de los paquetes se ajustan para lograr una eficiencia energética, respetando al mismo tiempo el modelo de canalización de alto nivel de comunicación entre el origen y el destino.
Incluso conservando el modelo USB las tasas de error típicas en medios inalámbricos requieren modificaciones en los mecanismos utilizados para lograr dicho modelo: entre otros, protocolos de enlace de datos y almacenamiento en búfer.
UWB define las capas PHY y MAC, que deben integrarse en el modelo W-USB. En particular, MAC se une con la subcapa de control de enlace lógico (LLC) para formar la capa de enlace , responsable del cifrado/descifrado, la gestión de errores PHY y la sincronización, mientras que PHY en sí se encarga de la corrección de los encabezados, no de las cargas útiles.
La capa MAC es particularmente relevante para W-USB. Utiliza supertramas divididas en 256 intervalos de tiempo , los primeros de los cuales están dedicados a la transferencia de información de balizamiento . Los intervalos pueden asignarse además para satisfacer las necesidades de grupos de dispositivos, también identificados por MMC (ver más abajo). Un host mantiene uno o más canales de comunicación W-USB y es plenamente consciente de la capa MAC, mientras que un dispositivo solo necesita utilizar la interfaz W-USB definida para comunicarse a través de los canales existentes.
Existen tres grados de conciencia MAC en los dispositivos. El más alto de ellos corresponde a un dispositivo autobalizador , que es capaz de realizar balizamiento por sí mismo. El siguiente grado representa a los dispositivos balizadores dirigidos , que desconocen las tramas MAC y tienen capacidades de balizamiento limitadas, dependiendo del host para detectar y balizar a los dispositivos cercanos. Por último, están los dispositivos no balizadores , que tienen una capacidad muy limitada para transmitir y recibir; por otro lado, los dispositivos que son indetectables por el host no pueden verse afectados por estos dispositivos, ni pueden afectarlos.
Por lo tanto, los dispositivos que no emiten señales solo pueden funcionar en proximidades muy cercanas al host. Los dispositivos con señales dirigidas y automáticas deben poder identificar a sus vecinos ocultos, lo que hacen mediante la emisión de señales. Por su parte, los hosts administran temporizadores globales con la precisión que requiere el medio físico (20 ppm ). El tiempo del canal se envía dentro de los MMC y se utiliza para la asignación de ranuras, por lo que es importante que los hosts realicen señales precisas. Los dispositivos también pueden emitir declaraciones de reserva de señales.
La supertrama incluye intervalos de tiempo de notificación de dispositivos para transferencias asincrónicas iniciadas por los dispositivos (que no utilizan tuberías, sino que aprovechan la capa de bus directamente); el host asigna intervalos de forma dinámica según sea necesario. Además de esto, las transacciones W-USB entre el host y los puntos finales se llevan a cabo como en USB.
Las transacciones utilizan la microprogramación TDMA y respetan la semántica USB. Se utiliza un protocolo de transacción dividida para permitir que se realicen varias transacciones simultáneamente. Esto está relacionado con el concepto de grupo de transacciones, que consta de un comando de gestión microprogramado (MMC) y de franjas horarias asignadas para la ejecución de su carga de trabajo asociada.
Las transferencias de datos inalámbricas tienden a generar costos muy significativos; para mitigarlos, W-USB los reemplaza con el modo ráfaga de fase de datos , que agrupa uno o más paquetes de datos, lo que reduce los delimitadores de paquetes y los espacios de separación, en contraste con la regla USB de un paquete de datos por transacción. El grado de aplicación de esta práctica se puede ajustar, lo que da como resultado un grado variable de equidad entre los dispositivos que compiten.
La especificación define cuatro tipos particulares de transferencia de datos; sus características identificativas se resumen aquí.
La gestión de la energía también puede afectar al transporte de datos, ya que los dispositivos pueden controlar su uso de energía a su discreción. El hecho de que el protocolo de comunicaciones se base en TDMA significa que tanto el host como los dispositivos saben exactamente cuándo no se requiere su presencia, y pueden utilizar esto para entrar en modos de ahorro de energía. Los dispositivos pueden apagar sus radios de forma transparente al host mientras mantienen sus conexiones. También pueden apagarse durante períodos prolongados de tiempo si notifican previamente al host, ya que ignorarán todas las comunicaciones de dicho host. Finalmente, el dispositivo activará el procedimiento de reactivación y comprobará si hay trabajo pendiente.
A su vez, el host normalmente apagará su radio cuando no la necesite. Si decide detener el canal, estar en estado de suspensión temporal o entrar en estado de hibernación o apagado, debe notificar a los dispositivos antes de poder hacerlo.
La arquitectura WUSB permite conectar hasta 127 dispositivos directamente a un host. Como no hay cables ni puertos, ya no se necesitan concentradores.
Sin embargo, para facilitar la migración de una conexión por cable a una conexión inalámbrica, WUSB introdujo una nueva clase de adaptador de cable de dispositivo (DWA) . A veces denominado "concentrador WUSB", un DWA permite utilizar dispositivos USB 2.0 existentes de forma inalámbrica con un host WUSB.
La capacidad de host WUSB se puede agregar a las PC existentes mediante el uso de un adaptador de cable host (HWA) . El HWA es un dispositivo USB 2.0 que se conecta externamente al puerto USB de una computadora de escritorio o portátil o internamente a la interfaz MiniCard de una computadora portátil.
WUSB también admite dispositivos de doble función (DRD) , que además de ser un dispositivo WUSB, pueden funcionar como host con capacidades limitadas. Por ejemplo, una cámara digital podría actuar como dispositivo cuando se conecta a una computadora y como host cuando se transfieren imágenes directamente a una impresora.
W-USB puede formar verdaderos sistemas USB, formados por un host, dispositivos y soporte de interconexión. Implementa el modelo USB hub-spoke , en el que hasta 127 dispositivos inalámbricos pueden formar enlaces punto a punto (spokes) con el host (el hub). El controlador del host es único en el sistema y suele estar integrado en un ordenador en funcionamiento, aunque podría estar conectado a él a través de una simple conexión USB, posiblemente también inalámbrica. Esta topología es similar a una red en estrella (pero todas las comunicaciones son estrictamente punto a punto, nunca entre dispositivos).
Para permitir la conexión de dispositivos USB cableados comunes, la especificación define adaptadores de cable para dispositivos . Asimismo, los hosts se conectan a sistemas W-USB mediante el uso de un adaptador de cable para host . Aunque la capa física se basa en Ultra-WideBand, los dispositivos W-USB tienen una interfaz USB totalmente compatible. La capa física puede admitir una amplia gama de velocidades de transferencia, de las cuales tres se definen como obligatoriamente compatibles: 53,3, 106,7 y 200 Mbit/s, siendo todas las demás velocidades UWB posibles opcionales para los dispositivos (los hosts deben admitirlas todas).
Los dispositivos W-USB se clasifican de la misma manera que los USB tradicionales. Debido a la existencia de adaptadores de cable, no se necesitan concentradores USB tradicionales. Un dispositivo admite uno o más conductos de comunicación con el host y asigna el punto final 0 para el conducto de control USB. La información del tipo de dispositivo está disponible a través de este conducto.
Las conexiones con el host se crean mediante un mensaje de establecimiento enviado en algún momento. Tanto el host como el dispositivo pueden proceder a la autenticación utilizando sus claves únicas; si el proceso tiene éxito, el host asigna una dirección USB única al dispositivo, después de lo cual el dispositivo se vuelve visible para el protocolo USB. Debido a que el modelo de conectividad permite desconexiones sobre la marcha y sin previo aviso, las conexiones siempre deben permanecer activas. Aparte de las desconexiones forzadas por el host o el dispositivo, los períodos de inactividad prolongados pueden activar los mismos mecanismos de terminación.
Además, los hosts W-USB tienen otras responsabilidades que van más allá de las de un host cableado; a saber, su subcapa MAC es responsable de supervisar la idoneidad de las capas MAC del dispositivo. Si es necesario, esto requiere ayudarlos en sus tareas de balizamiento y procesar los datos de balizamiento que se les puedan enviar. Además, la radio UWB y el ancho de banda asociado pueden compartirse con otras entidades, y el host debe asegurarse de que se cumplan las políticas definidas; según el uso compartido (que puede coordinarse para evitar interferencias) podrá ofrecer funcionalidad total o parcial.
UWB es un término general para la comunicación por radio que utiliza pulsos de energía que difunden la energía de radiofrecuencia emitida sobre más de 500 MHz de espectro o que superan el 20% del ancho de banda fraccional dentro del rango de frecuencia de 3,1 GHz a 10,6 GHz, tal como se define en la resolución de la FCC emitida para UWB en febrero de 2002. UWB no es específico de WiMedia ni de ninguna otra empresa o grupo y, de hecho, hay varios grupos y empresas que desarrollan tecnología UWB que no tienen ninguna relación con WiMedia. WUSB fue un protocolo promulgado por el USB Implementers Forum que utilizaba la plataforma de radio UWB de WiMedia. Otros protocolos que anunciaron su intención de utilizar la plataforma de radio UWB de WiMedia incluían Bluetooth y el Protocolo de control de enlace lógico de WiMedia. [ cita requerida ]
Algunas cuestiones diferencian el USB inalámbrico de otros estándares propuestos/competidores que utilizan la banda de 60 GHz como WiGig :
La robustez es una de las principales preocupaciones sobre las que se basa la especificación y, como tal, la gestión de recursos y la conexión/desconexión de dispositivos se vuelve incluso más importante que en el USB cableado. La pérdida y la corrupción de paquetes se solucionan mediante tiempos de espera, así como mediante el almacenamiento en búfer de hardware, reintentos garantizados (como se menciona en la descripción de los modelos de transferencia) y otros métodos de control de flujo . Si no se pueden mantener las políticas de sincronismo, los errores se pueden gestionar mediante hardware o software (reintentos, error en el número máximo de reintentos, decisiones de recuperación de errores, etc.).
El host W-USB intenta mitigar la falta de fiabilidad de los medios inalámbricos (una tasa de error del 10% se considera aceptable para paquetes de 1 kB; en medios cableados este valor suele rondar los 10 −9 ) manteniendo contadores y estadísticas para cada dispositivo y solicitando información de ellos en caso de ser necesario. También puede acceder y modificar las funciones de control de potencia de transmisión de cada dispositivo, así como cambiar parámetros de transmisión como el tamaño de la carga útil de datos y los ajustes del ancho de banda.
El enfoque siempre está puesto en proporcionar una calidad de servicio comparable a la del USB tradicional. Los cables ofrecen un nivel de seguridad muy alto (dado un entorno de trabajo de confianza típico), por lo que el USB estándar no se ocupa de ello, aunque no obstaculiza su aplicabilidad o implementabilidad; W-USB gestiona la seguridad explícitamente, pero en lugar de aprovechar la base de UWB diseña un modelo que es válido para USB en general. Por ello, debe añadirse al plano de control de dispositivos USB común .
Para que exista comunicación, se deben establecer relaciones seguras, que tengan un propósito definido y que limiten la pertenencia al grupo, que sirve como base de confianza para realizar el trabajo deseado. En un sistema cableado, las transferencias de datos implican una conexión física controlada; esto se traduce en el dominio inalámbrico a través del concepto de propiedad : el usuario otorga confianza a los dispositivos, que a su vez demuestran esta confianza a otros (interactuando en las llamadas ceremonias ) para formar las asociaciones deseadas. El identificador de la dirección USB es una muestra de la confianza del propietario. Las aplicaciones pueden requerir otras bases de confianza que no sean directamente compatibles con este modelo específico de USB, en cuyo caso se pueden implementar sobre la pila USB principal.
Además, es necesario mantener la confianza, de lo contrario, esta caducará. Después de recibir la clave de grupo de un clúster, un dispositivo debe mantener activa la conexión al menos confirmando su presencia dentro de cada límite de tiempo de espera de confianza , que se establece en cuatro segundos. Si no logra cumplir con este requisito, se solicita una nueva autenticación.
Siguiendo la asimetría natural de USB, el host inicia todos los procesos (excepto la señalización), y la seguridad no es una excepción. Se realizan solicitudes de seguridad a los dispositivos para conocer sus capacidades de seguridad, tras lo cual se pueden elegir los dispositivos adecuados. El método de cifrado simétrico estándar es AES-128 con CCM , aunque se puede utilizar el cifrado de clave pública para la autenticación inicial (es decir, solo el envío de la clave CCM inicial), siempre que el nivel de seguridad alcanzado sea comparable (en la práctica, utilizando RSA de 3072 bits y SHA-256 para el hash).
Tenga en cuenta que existe una diferencia entre las claves maestras y las claves de sesión . Las claves maestras tienen una vida útil prolongada y, por lo general, funcionan como un secreto compartido o un medio para distribuir claves de sesión, que a su vez no sobreviven a la conexión para la que se crearon y, por lo general, sirven como mecanismo funcional de cifrado/descifrado. Un campo de encabezado específico indica cuál de las posibles claves se debe utilizar. También es importante tener en cuenta que los mecanismos de prevención de reproducción requieren el mantenimiento de contadores que se actualizan en recepciones válidas. El rango de estos contadores limita aún más la vida útil de las claves de sesión.
Existen otras formas de USB sobre tecnología inalámbrica, como las basadas en la tecnología de banda ultra ancha de secuencia directa de Cable-Free USB. [19] Lo mismo sucedió con otros sistemas de reemplazo de cables basados en radiofrecuencia que podían transportar USB. El resultado fue que se adoptó el nombre de USB inalámbrico certificado para permitir a los consumidores identificar qué productos cumplirían con el estándar y admitirían el protocolo y las velocidades de datos correctos.
También existía el USB over IP, que puede haber utilizado redes basadas en IP para transferir tráfico USB de forma inalámbrica. Por ejemplo, con los controladores adecuados, el lado host puede haber utilizado Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac (o Ethernet por cable ) para comunicarse con el dispositivo. [20]
A partir de 2013 [update], Media Agnostic USB ( MA USB ) es una especificación que está siendo desarrollada por USB Implementers Forum . Su objetivo es permitir que la comunicación mediante el protocolo Universal Serial Bus (USB) se realice a través de una amplia gama de medios de comunicación físicos, incluidas las redes inalámbricas WiFi y WiGig . [21] El protocolo se está desarrollando a partir de la especificación WiGig Serial Extension anterior de Wi-Fi Alliance . [22] [23]
El USB agnóstico de medios es distinto y no debe confundirse con los protocolos USB inalámbricos anteriores, como el USB inalámbrico certificado.
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