無線USB(WUSB)是在USB基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型傳輸標準，具有有線USB所沒有的性能和優(yōu)點。因其具有高速率和易用性等特性，使得WUSB成為工業(yè)上的常用總線之一。同時，WUSB支持熱插拔、計算機可以自動探測外設(shè)并配置所需軟件，不像其它總線(如SCSI)需要自己配置地址^[1][2]，使用兼容設(shè)備的用戶可以更自由地連接設(shè)備和方便地進行通信。WUSB作為I/O接口已經(jīng)廣泛應(yīng)用于個人計算機、計算機外設(shè)和數(shù)碼相機等電器設(shè)備^[3][4]。
　　WUSB是由杰爾系統(tǒng)、惠普、英特爾、微軟、NEC、飛利浦和三星共同開發(fā)的，在傳輸速度提高的同時，USB與無線技術(shù)相結(jié)合，形成了一種新的高速無線個人互連技術(shù)——無線USB^[5]。在繼承傳統(tǒng)有線USB2.0標準所具有的較高傳輸速率優(yōu)勢的同時，充分利用無線傳輸技術(shù)的靈活性和極高的自由度，避免了復(fù)雜的纜線，能在3米的距離內(nèi)實現(xiàn)480Mbps的等效帶寬。兼顧了安全性、可靠性、降低功耗" title="低功耗">低功耗等特性，為所連結(jié)設(shè)備提供了高度的可移植性，增強了用戶體驗，為USB廠商向WUSB演進提供了正確的途徑^[6]。
1 WUSB概述
　　WUSB的運行利用了MBOAMAC架構(gòu)，同時保留了主從架構(gòu)，和USB2.0一樣，它也能處理控制、突發(fā)、中斷和同步這四種傳輸形式。主機和WUSB設(shè)備合稱WUSB集群，采用星型拓撲；與USB2.0.A的樹型拓撲不同，在不需要WUSB集線器(HUB)的條件下, WUSB主機能直接連接多達127個設(shè)備。另外由于WUSB沒有線纜，所有的WUSB設(shè)備都是自行供電的^[7]。
　　WUSB技術(shù)是一個基于超寬帶無線通信技術(shù)" title="無線通信技術(shù)">無線通信技術(shù)(Ultra-Wide Band-UWB)的全新通信標準。它通過USB接口和最先進的無線通信技術(shù)擴展了設(shè)備之間的連通性。UWB技術(shù)既不同于傳統(tǒng)的窄帶無線傳輸技術(shù)，也不同于3G蜂窩通信中的擴頻寬帶技術(shù)。它不需要載波，能直接跳至脈沖信號，產(chǎn)生帶寬高達幾兆赫茲的窄脈沖波形，其帶寬遠大于目前任何商業(yè)無線通信技術(shù)所占用的帶寬(可達3.1GHz-10.6GHz)；而且脈沖產(chǎn)生器只需產(chǎn)生大約100mV電壓就能滿足發(fā)射要求，因此功耗很小。UWB信號的寬頻帶、低功率譜密度的特性，決定了其具有易于與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)(如全球定位系統(tǒng)(GPS)、蜂窩通信系統(tǒng)、地面電視等)共用頻段，大大提高頻譜利用率；易于實現(xiàn)多用戶的短距離高速數(shù)據(jù)通信；對多經(jīng)衰落具有魯棒性等特點。而WUSB技術(shù)則是結(jié)合了UWB的上述優(yōu)點及現(xiàn)有的USB接口技術(shù)^[8]。
1.1 WUSB的拓撲結(jié)構(gòu)
　　WUSB系統(tǒng)由一個USB主機、多個USB設(shè)備和USB互連機制共同構(gòu)成。USB互連機制是USB主機與USB設(shè)備之間進行連接和通信時所使用的一系列策略的總稱，通過對互連的請求進行調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，從而降低由仲裁所帶來的額外負荷。
　　WUSB和USB2.0的數(shù)據(jù)通信拓撲類似，共分三層：功能層、設(shè)備層和總線層。除了準同步設(shè)備之外，USB2.0的其他大多數(shù)功能層軟件無需修改即可直接在WUSB中重新使用。WUSB設(shè)備需要一個重試機制，以在欠佳的無線媒體上進行可靠的數(shù)據(jù)包傳輸；由于服務(wù)周期從1毫秒延伸至4毫秒或更長, WUSB設(shè)備還需要一個更大的緩沖器。通過在設(shè)備層加密與擴展無線媒體管理，WUSB設(shè)備可以安全可靠地與主機通訊。因傳輸媒體性質(zhì)的不同，總線層將被完全替換。
　　WUSB的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。所有通過主機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，都要與WUSB Host(WUSB主機)相連接，然后給每個設(shè)備分配不同的地址和帶寬，這些設(shè)備和主機之間的關(guān)系被稱為群，它們是通過點對點來傳輸?shù)摹USB群能夠在交疊空間中以最小的沖突共存，因此，WUSB單元可以同時與兩個不同的WUSB主機相連接。WUSB主機作為系統(tǒng)的Hub處在模型的正中央，且能夠存在于非正式的WUSB群中，一個USB主機理論上能夠支持127個USB設(shè)備^[9]。

1.2 WUSB的數(shù)據(jù)傳輸
　　一般來說，每次USB傳輸都需要經(jīng)過三個階段：Token、數(shù)據(jù)和信號交換。在一次完整的傳輸中，Token、數(shù)據(jù)和信號交換階段是不分開的，階段間的周轉(zhuǎn)時間為18FS(full-time)位時間(18ns×83ns=1.5μs)。為了分開傳輸，USB Token、數(shù)據(jù)和信號交換階段會與其它傳輸?shù)耐入A段交叉進行^[10]。
　　對WUSB而言，傳輸和接收之間的交換時間超過10μs。為將交換時間縮至最短，WUSB采用分割傳輸以及群組處理，傳輸順序依次為Tokens、Data OUT and Data IN。為將Token階段的持續(xù)時間縮至更短，WUSB將所有的Token整合在一個控制封包" title="封包">封包中，即微調(diào)度管理指令(Micro scheduled management or MMC)。
　　如圖2所示。首先，主機傳輸一個MMC；然后，WUSB叢集中的設(shè)備讀取這一包含主機頻率信息、下一個MMC的開始時間、通道時間分配(CTA)和信道管理信息的MMC。每個CTA包含設(shè)備與主機進行通信的進度安排。主機確定CTA的進度，MMC之后即為輸出傳輸，然后是輸入傳輸，最后是輸出的信號交換。WUSB設(shè)備根據(jù)CTA接收和傳輸封包，其余時段處于休眠狀態(tài)，其頻率和主機頻率同步。

　　為避免傳輸過程中每次交易的功耗，WUSB將特定設(shè)備的交易整合在數(shù)據(jù)突發(fā)中。如圖3所示，數(shù)據(jù)突發(fā)的范圍可介于一個數(shù)據(jù)封包和十六個數(shù)據(jù)封包之間。具有數(shù)據(jù)突發(fā)功能的設(shè)備在其描述符號中報告其突發(fā)能力，而主機可以選擇任意能夠啟動傳輸設(shè)備的突發(fā)組合。控制和中斷的末端不支持數(shù)據(jù)突發(fā)。

　　表1 為WUSB和USB2.0的簡單對比。

1.3 異步設(shè)備通知
　　USB2.0設(shè)備使用線纜傳輸電信號來請求主機“連接設(shè)備”、“斷開設(shè)備連接”或“遠程喚醒主機”等多種設(shè)備請求。而WUSB設(shè)備則采用無線設(shè)備請求(DN)數(shù)據(jù)包的方式來請求主機處理相似設(shè)備請求，包括：“設(shè)備連接請求”、“設(shè)備斷開請求”和“遠程喚醒主機請求”等。WUSB主機通過MMC設(shè)備請求時段，設(shè)備將根據(jù)沖突協(xié)議Slotted-Aloha來爭取設(shè)備請求時隙，并向主機傳輸設(shè)備請求。
　　USB2.0設(shè)備采用NAK和NYET響應(yīng)進行流控制" title="流控制">流控制。由于WUSB設(shè)備支持中斷傳輸和準同步傳輸?shù)戎芷谛詡鬏敺绞剑约词乖O(shè)備對先前的輸入或輸出等處理響應(yīng)為NAK，主機也能夠在下一個服務(wù)周期為這些令牌處理安排進度。而在控制和突發(fā)等非周期性傳輸中，一旦在處理時接收到設(shè)備發(fā)出的NAK響應(yīng)，主機只有在接收到端點待命請求(DN-EP Ready)后，才會為這些特定端點的重新傳輸安排進度。這種端點待命請求(DN-EP Ready)流控制機制可幫助主機和設(shè)備節(jié)約功耗和有效利用帶寬。
　　表2為WUSB和USB2.0所包含傳輸類型的比較。
　　其中：DNTS-設(shè)備通知時間， LS-低速，F(xiàn)S-全速，HS-高速，LP-低功耗，NP-正常功耗。