Intel анонсировал новую платформу для персональных радиосетей.

За рамками обзора, посвященного последней калифорнийской конференции Intel Developer Forum (см. Сети, 2004, № 4, с. 18), осталась технология, которая очень ярко иллюстрирует сегодняшнюю нацеленность процессорного гиганта на рынок беспроводных сетей. Речь идет о разработке Intel полнофункциональной стандартизованной платформы Wireless USB.

Как свидетельствует название будущей платформы, Intel намерена создать беспроводной аналог USB, который в корпорации характеризуют не иначе как самый успешный интерфейс в истории персональных компьютеров. В самом деле, согласно некоторым оценкам, сегодня в мире используются в общей сложности 1 млрд портов USB. В ближайшие три года к ним прибавятся еще 3,5 млрд. Этот феноменальный (хотя и вполне объяснимый) успех фирма стремится перенести в мир беспроводных технологий. В функциональном отношении устройства с интерфейсом Wireless USB должны унаследовать у своих проводных аналогов все их преимущества, добавив к ним еще одно ценное качество — мобильность.

Взявшись за разработку Wireless USB, корпорация поставила перед собой несколько стратегических задач. Одна из них — существенно потеснить технологию Bluetooth, которая в силу ограниченного быстродействия и проблем с совместимостью не оправдала ожиданий аналитиков. Другая, гораздо более важная, заключается в том, чтобы довести до логического конца цепочку «сети сотовой связи — беспроводные сети доступа — беспроводные локальные сети — беспроводные персональные сети» и стать ведущим поставщиком компонентов для устройств, которые функционируют в сетях всех перечисленных типов. Еще одна задача — обеспечить инфраструктурный базис для концепции цифрового дома, на продвижение которой Intel бросила значительные ресурсы. Судя по техническим характеристикам и архитектурным особенностям, Wireless USB и вправду позволит домашним пользователям объединить в домашней сети все и вся.

Шире некуда

Надо ли говорить, что инициатива Intel возникла не на пустом месте. Платформа Wireless USB является развитием технологии Ultra-Wideband (UWB), которая разрабатывается исследовательской группой 3a подкомитета IEEE 802.15.3, и в последние годы стала достаточно известной.

Рис. 1. Радиусы действия технологий радиосвязи на персональном, локальном и глобальном уровнях

Потребность в технологии UWB обусловлена проникновением беспроводных идей в мир бытовой электроники. Передача цифровых аудио- и видеопотоков между многочисленными устройствами, формирующими среду цифрового дома, требует огромной пропускной способности. Технологии Bluetooth (максимальная скорость — 1 Мбит/c) и Wi-Fi (до 54 Мбит/c) обеспечить ее не в состоянии, да и не приспособлены они для одновременной транспортировки нескольких высокоскоростных потоков на небольшие расстояния в условиях жестких ограничений на излучаемую мощность.

Напомним, что основная идея UWB, давшая название данной технологии, заключается в ширине доступной полосы спектра, которая составляет не менее четверти величины центральной частоты сигнала либо больше 500 МГц. В этом отношении UWB принципиально отличается от так называемых узкополосных технологий (при всей условности данного термина). В них ширина полосы не превышает 10% от центрального номинала, а на практике оказывается еще меньше (например, в сетях 802.11b, использующих диапазон 2,4 ГГц, ширина канала составляет всего 22 МГц).

Применение сверхширокого частотного диапазона позволяет существенно увеличить пропускную способность при крайне низкой излучаемой мощности, и это ключевой момент для построения персональных беспроводных сетей (Wireless Personal Area Network, WPAN). Правда, малая мощность существенно ограничивает дальность связи. Несмотря на прозвучавшие в 2002 году заявления о том, что в будущем по сетям UWB удастся передавать данные на пару километров, пока дело ограничивается лишь несколькими метрами.

Другое преимущество UWB перед узкополосными технологиями состоит в прогнозируемой дешевизне готовых изделий. UWB-передатчики смогут непосредственно модулировать передаваемый широкополосный сигнал, что устранит потребность в дорогостоящих компонентах и точной настройке параметров пассивных элементов. Конечно, усложнится архитектура принимающих устройств, но использование процессоров цифровой обработки сигналов позволит удержать стоимость законченных решений в разумных пределах. Следует отметить высокую устойчивость сетей UWB к помехам в эфире и к затуханию сигнала при множественных отражениях. Более того, наличием в сетях UWB нескольких путей распространения сигнала можно воспользоваться для улучшения качества приема.

Малый радиус действия передающего UWB-оборудования позволяет повторно задействовать одну и ту же область частотного спектра. В терминологии UWB совокупность устройств, непосредственно обменивающихся трафиком, именуется сетевым кластером. Устройства, расположенные в соседних помещениях и относящиеся к разным кластерам, могут передавать данные по одному каналу. Кроме того, использование сверхширокополосного сигнала означает, что даже в одном помещении несколько кластеров UWB могут функционировать одновременно, практически не создавая друг другу помех.

Помимо комитета IEEE 802.15, в создании технологии UWB участвуют несколько организаций. В июне 2003 года при активном участии Intel был образован консорциум MultiBand OFDM Alliance (MBOA), в задачи которого вошла разработка уровня радиоинтерфейса архитектуры UWB (в более привычной иерархии OSI он соответствует физическому и MAC-уровням). Современная архитектура UWB опирается на технологию многополосного ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), обеспечивающую сетям UWB возможность поддержки качества сервиса, масштабируемость и обратную совместимость. Основанные на OFDM cпецификации MBOA предусматривают передачу данных со скоростью 480 Мбит/c на расстояние до 10 м.

Разработка общего конвергентного уровня UWB «сосредоточена» в консорциуме WiMedia Alliance, в который Intel вступила сравнительно недавно. В архитектуре UWB данный уровень играет роль интерфейса между MAC-уровнем и стандартными протоколами, включая IEEE 1394/FireWire, USB и Universal Plug and Play (UPnP), и тем самым отвечает за поддержку в сетях UWB разнообразных приложений.

Разработчики UWB указывают на три основные сферы применения данной технологии: беспроводное подключение периферийных устройств к настольным и портативным компьютерам, высокоскоростная передача мультимедиа-контента между ПК и компонентами цифрового дома (цифровыми камерами, видеокамерами, MP3-плейерами и т. д.), обслуживание владельцев мобильных терминалов. Не исключено, что UWB найдет применение и при построении сетей (для сбора информации с различных датчиков), и при организации высокоскоростного доступа к беспроводным локальным сетям общего пользования (БЛС ОП), а также в приложениях, требующих определения местоположения объекта (данная технология позволяет достичь точности порядка 30 см).

Внедрению технологии UWB был дан зеленый свет около двух лет назад, после появления февральского решения Федеральной комиссии связи США (FCC), разрешившего эксплуатацию соответствующих устройств. В апреле 2002 года был издан документ, регламентирующий технические характеристики такого оборудования. В частности, на территории США для передачи UWB-сигналов может задействоваться полоса частот от 3,1 до 10,6 ГГц. При этом излучаемая мощность не должна превышать 41 дБ/МГц, дабы не создавать помех работе узкополосных сетей, тех же 802.11a/g.

Несмотря на очевидный прогресс в деле вывода UWB на американский рынок, в ряде стран регламентирующие документы еще ждут своего часа. По мнению руководителей Intel, весьма многообещающим является рынок Японии, с регулирующими органами которой компания интенсивно взаимодействует. Неспроста микропроцессорный гигант старается приурочить демонстрации рекордного быстродействия сетей UWB к весенним конференциям разработчиков, проходящим в Стране восходящего солнца. Так, два года назад на Japan Intel Developer Forum была продемонстрирована передача данных прототипами UWB-устройств с пропускной способностью около 100 Мбит/c.

Дальнейшее увеличение пропускной способности — не единственная задача, которую предстоит решить разработчикам технологии UWB. По признанию самой Intel, необходимо добиться снижения потерь мощности при многолучевом распространении сигналов, устранить смешение различных символов, усовершенствовать алгоритмы синхронизации, создать эффективные схемы модуляции, кодирования и множественного доступа, поддерживающие скорости передачи вплоть до 1 Гбит/с. Кроме того, нужно обеспечить надежную защиту трафика существующих беспроводных сетей от помех со стороны будущих сетей UWB и одновременно защитить сами сети UWB, наконец, реализовать технологию UWB на базе микросхем КМОП-типа для максимального удешевления готовых устройств.

Беспроводная «шина» USB

На конференции Intel Developer Forum в Сан-Франциско было объявлено о создании консорциума Wireless USB Promoter Group, который займется разработкой спецификации Wireless USB. Помимо Intel в него вошли Agere Systems, Alereon, Appairent Technologies, HP, Microsoft, NEC, Philips Semiconductors, Samsung Electronics, STMicroelectronics и Wisair.

Wireless USB базируется на архитектуре UWB. Консорциум сообщил, что в качестве протоколов радиоинтерфейса в Wireless USB будут использованы спецификации физического и MAC-уровней, разработанные MBOA, а роль единого уровня абстракции присвоена конвергентному уровню UWB, предложенному членами WiMedia Alliance. Новая технология призвана обеспечить формирование высокоскоростных беспроводных соединений типа «точка — точка» между хостом и клиентским устройством. Любой обмен трафиком между клиентскими устройствами инициируется хостом, который выделяет необходимые полосу пропускания и временные слоты. Один хост способен поддерживать до 127 клиентских устройств в топологии «точка — точка». Клиентские устройства могут брать на себя отдельные функции хоста — например, для доступа к данным, находящимся за пределами их кластера.

Рис. 2. Уровни протоколов и приложений в архитектуре UWB

Предполагается, что архитектура и характер использования изделий, поддерживающих Wireless USB, будут в максимальной степени соответствовать таковым для оборудования с портами USB, поэтому пользователи не испытают неудобств при переходе на новый стандарт. Одновременно это удешевит разработку готовых изделий и будет способствовать их скорейшему распространению. Оборудование Wireless USB предполагается сделать обратно совместимым с проводным стандартом USB.

Ориентация на разработки MBOA означает: первые реализации Wireless USB будут поддерживать транспортировку данных со скоростью 480 Мбит/с, что в точности соответствует быстродействию портов стандарта USB 2.0. Не исключено, что со временем эта технология возьмет гигабитный барьер пропускной способности. Уровень мощности, излучаемой устройствами Wireless USB, первоначально предполагается ограничить величиной 300 мВт; в дальнейшем он снизится до 100 мВт.

Специальные меры будут приняты для увеличения срока работы аккумуляторов портативных устройств, поддерживающих новую технологию. В основном они сводятся к использованию алгоритмов интеллектуального управления энергопотреблением, которые уже сегодня применяются в ноутбуках и мобильных телефонах. Хотя данные будут передаваться между устройствами Wireless USB лишь на считанные метры, при разработке спецификаций значительное внимание уделяется информационной безопасности. Намечено предусмотреть в стандарте аутентификацию устройств перед установлением соединений и шифрование передаваемого трафика на прикладном уровне.

По прогнозам Intel, окончательный вариант стандарта Wireless USB будет готов уже в нынешнем году, а в начале 2005 года на рынке появятся первые коммерческие продукты. Поначалу они будут основываться на дискретных компонентах и выпускаться в различных формфакторах. В дальнейшем Intel планирует перейти к производству стандартных чипсетов, поддерживающих Wireless USB, и обеспечить такую поддержку в процессорах.

Впрочем, прототип устройств Wireless USB можно было увидеть уже на калифорнийском Intel Developer Forum. Компания NEC продемонстрировала на своем стенде передачу данных между хост-контроллером и клиентским устройством по протоколу Wireless USB. При этом были использованы частотные диапазоны 3,4, 4 и 4,5 МГц, а пропускная способность достигла упоминавшихся 480 Мбит/c.