무선 USB
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1. 개요
무선 USB는 2000년대 초반에 개발된 기술로, USB 프로토콜을 무선 환경에서 사용할 수 있도록 한다. 2004년 무선 USB 프로모터 그룹이 결성되어 사양을 발표했고, 2007년 소매 제품이 출시되었다. UWB 기술을 기반으로 하며, 최대 127개의 장치를 지원한다. 보안을 위해 AES-128 암호화를 사용한다. 다른 무선 기술, 특히 Wi-Fi 및 블루투스와 비교하여 주파수 대역, 전송 속도, 거리 등에서 차이를 보인다. 대한민국에서는 윈도우 지원 부족 등으로 인해 널리 사용되지 않았고, 현재는 마우스나 키보드 등 주변 기기에서 제조사 고유 규격으로 사용되고 있다.
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| 무선 USB | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 다른 이름 | WUSB |
| 개발 | Agere Systems Intel Microsoft NEC Philips Samsung |
| 종류 | 컴퓨터 주변 기기 통신 프로토콜 |
| 상태 | 중단됨 |
| 표준 | USB WiMedia Alliance |
| 최대 물리 계층 속도 | 480 Mbit/s |
| 주파수 | 3.1 ~ 10.6 GHz |
| 범위 | 약 3 m (고속) 약 10 m (저속) |
| 기술 정보 | |
| 기반 기술 | UWB (Ultra-wideband) |
| USB 버전 기반 | USB 2.0 |
| 역사 | |
| 발표 | 2005년 |
| 폐지 | 2010년대 초 |
| 기타 | |
| 관련 기술 | Bluetooth Wi-Fi 지그비 |
2. 역사
2004년 2월, 무선 USB 프로토콜을 정의하기 위해 무선 USB 프로모터 그룹(Wireless USB Promoter Group)이 결성되었다. 이 그룹은 아제어 시스템(LSI 코퍼레이션과 합병[5]), 휴렛 패커드, 인텔, 마이크로소프트, NEC, 필립스 반도체, 삼성으로 구성되었다.[6]
W-USB는 유선 USB의 기능 모델을 유지하면서 무선 환경에서 작동하도록 설계되었다. 초광대역(UWB) 기술을 기반으로 하며, 호스트-주변기기 연결 방식을 사용한다. 시분할 다중 접근(TDMA) 전략을 통해 사용 가능한 대역폭을 분할하며, 호스트는 최대 10미터 떨어진 장치와 통신할 수 있다.[1]
2005년 5월, 무선 USB 프로모터 그룹은 무선 USB 사양 1.0 버전을 발표했다.[7]
2006년 6월, 5개 회사가 무선 USB의 최초 다중 공급업체 상호 운용성 데모를 선보였다. 알레리온 PHY를 사용하는 인텔 호스트 어댑터가 장착된 노트북이 필립스 무선 반도체(Staccato Communications PHY 사용)로부터 고화질 비디오를 전송하는 데 사용되었으며, 모두 무선 USB용으로 개발된 마이크로소프트 윈도우 XP 드라이버를 사용했다.
2006년 10월, 미국 연방통신위원회(FCC)는 와이퀘스트 커뮤니케이션즈의 호스트 와이어 어댑터(HWA) 및 디바이스 와이어 어댑터(DWA) 무선 USB 제품을 실외 및 실내 사용 모두를 위해 승인했다. 최초의 소매 제품은 2007년 중반에 알레리온, 인텔, NEC 실리콘을 사용하는 IOGEAR에서 출하되었다. 같은 시기에 벨킨, 델, 레노버, D-링크는 와이퀘스트 기술을 통합한 제품을 출시하기 시작했다. 이러한 제품에는 노트북 PC에 내장된 카드 또는 현재 무선 USB가 포함되어 있지 않은 PC용 어댑터가 포함되었다. 2008년에는 켄싱턴의 새로운 무선 USB 도킹 스테이션이 델을 통해 출시되었다. 이 제품은 디스플레이링크 USB 그래픽 기술을 사용하여 USB 연결을 통해 비디오 및 그래픽을 지원하는 시장 최초의 제품이라는 점에서 독특했다. 켄싱턴은 2008년 8월 노트북 PC와 외부 모니터, 스피커 및 기존 유선 USB 주변기기 간의 무선 연결을 위한 무선 USB 유니버설 도킹 스테이션을 출시했다. 이메이션은 2008년 4분기에 새로운 외부 무선 HDD의 출시를 발표했다.[8]
2009년 3월 16일, 와이미디어 얼라이언스는 와이미디어 초광대역(UWB) 사양에 대한 이전 계약을 발표했다. 와이미디어는 사양을 블루투스 특별이익단체(SIG), 무선 USB 촉진 그룹 및 USB 이행 포럼으로 이전했다. 기술 이전 후 와이미디어 얼라이언스는 운영을 중단했다.[9][10][11] 2009년 10월, 블루투스 특별이익단체는 대체 MAC/PHY인 블루투스 3.0/고속 기술의 일부로 UWB 개발을 중단했다. 소수이지만 상당수의 전 와이미디어 회원들은 지적 재산권 이전에 필요한 계약에 서명하지 않았고 서명하지 않을 것이다. 그런 다음 블루투스 그룹은 UWB에서 60GHz로 관심을 돌렸다.[12][13][14]
2010년 9월 29일, 무선 USB 사양 1.1 버전이 발표되었다.[15] 이것은 여러 가지 하위 호환성 개선 사항을 제공했다. 6GHz 이상의 주파수에 대한 UWB 상위 대역 지원, 향상된 전력 관리 및 소비, NFC 및 근접 기반 연결 지원 등이다.
대한민국에서는 Y-E DATA에서 무선 USB 대응 제품을 출시한 바 있으며, 레노버 IdeaPad Lavie J 시리즈 최상위 기종에서 무선 USB를 지원했다. 현재 무선 USB는 제조사 고유 규격으로 마우스, 키보드 등에 주로 사용되고 있다.
3. 기술
W-USB는 지능형 호스트와 동작이 간단한 장치를 기반으로 하는 USB의 기능 모델을 유지하면서 무선 환경에서 작동하고 기존 유선 시스템과 동등한 수준의 보안을 유지하는 것을 목표로 한다. 또한 비슷한 수준의 전력 효율을 목표로 한다. 이를 위해 원하는 성능을 충족할 수 있는 적합한 물리 계층과 매체 접근 제어를 정의하는 기존 표준을 사용하고, 이에 융합 계층을 추가하여 두 가지 아키텍처 노력을 통합한다.[1]
구리선을 대체하면 호스트-장치 연결의 실제 상태에 모호성이 생기고, 통신이 전파 범위 내의 다른 장치에 완전히 노출될 가능성이 있다. 따라서 명시적인 보안 관계를 설정해야 한다. 이를 위해 버스 및 장치 계층은 기능 계층에서 사용할 필요한 리소스를 통합한다. 모든 W-USB 전송은 계층 간 수평 통신을 손상시키지 않고 버스 계층에 의해 암호화된다.[1]
무선 USB는 USB 의미 체계를 준수하면서 TDMA 마이크로 스케줄링을 사용하는 트랜잭션을 사용한다. 여러 트랜잭션을 동시에 수행할 수 있도록 "분할 트랜잭션 프로토콜"이 사용된다. 이는 마이크로 스케줄링 관리 명령어(MMC)와 관련 작업의 실행을 위한 할당된 시간 슬롯으로 구성되는 트랜잭션 그룹 개념과 관련이 있다.[1]
무선 데이터 전송은 상당한 오버헤드를 초래하는 경향이 있다. 이를 완화하기 위해 W-USB는 이를 버스트 모드 데이터 단계로 대체한다. 이 단계는 하나 이상의 데이터 패킷을 그룹화하여 USB의 트랜잭션당 하나의 데이터 패킷 규칙과는 달리 패킷 구분 기호와 분리 간격을 줄인다. 이러한 방식의 적용 범위는 조정할 수 있으므로 경쟁 장치 간의 형평성 수준이 달라진다.[1]
W-USB는 다음과 같은 네 가지 데이터 전송 유형을 정의한다.[1]전송 유형 특징 벌크 전송 대역폭이 사용 가능할 때 채널을 활용한다. 전송은 보장되지만 전송 속도나 지연 시간은 보장되지 않는다. 호스트는 보류 중인 전송이나 엔드포인트를 활용하려고 시도할 수 있다. 시간에 따라 크게 변하는 대용량 데이터 전송에 사용된다. 단방향 파이프를 사용한다. 인터럽트 전송 높은 안정성과 낮은 지연 시간이 필요한 짧은 트랜잭션을 처리한다. 최대 서비스 기간과 해당 기간 동안의 여러 번의 재시도가 보장된다. 등시성 전송 전송 시도에 대한 보장된 전송 속도와 제한된 지연 시간뿐만 아니라 평균적으로 일정한 데이터 속도(매체에 따라 다르지만 일반적으로 유선 USB에서 달성 가능한 속도와 비슷함)를 제공한다. 서비스 기간 동안 최소한 한 번의 재시도가 보장되며 버퍼링 용량에 따라 스트림에 지연을 추가하여 버스트 에러에 대한 추가적인 안정성을 지원한다. 페이로드 크기를 조정할 수 있다. 그러나 채널을 사용할 수 없을 때 버퍼에서 가장 오래된 데이터를 삭제해야 할 수도 있다(수신기는 채널을 사용할 수 없을 때 삭제된 정보량을 알 수 있음). 호스트는 패킷의 표시 시간이 만료될 경우에만 데이터를 삭제한다. 제어 전송 USB 2.0과 동일하다. 시스템은 최선을 다하는 정책을 사용하지만 소프트웨어는 장치에 대한 채널 접근 및 사용 가능한 대역폭을 제한할 수 있다.
장치는 자유재량으로 전력 사용을 제어할 수 있으므로 전력 관리는 데이터 전송에도 영향을 미칠 수 있다. 통신 프로토콜이 TDMA 기반이라는 사실은 호스트와 장치 모두 자신의 존재가 필요하지 않은 시점을 정확히 알고 이를 활용하여 절전 모드로 전환할 수 있음을 의미한다. 장치는 연결을 유지하면서 호스트에 대해 투명하게 무선 장치를 끌 수 있다. 또한 이전에 호스트에 알린 경우 장시간 동안 끌 수 있으며, 해당 호스트의 모든 통신을 무시한다. 결국 장치는 웨이크업 절차를 트리거하고 보류 중인 작업을 확인한다.[1]
마찬가지로 호스트는 일반적으로 필요하지 않을 때 무선 장치를 끈다. 채널을 일시적으로 중지하거나 최대 절전 모드 또는 종료 상태로 전환하기로 결정한 경우에는 그렇게 하기 전에 장치에 알려야 한다.[1]
WUSB는 수 GHz에 달하는 초광대역을 사용하는 무선 기술인 UWB를 기반으로 확산 스펙트럼 기술을 사용한다. 미국 연방통신위원회(FCC)는 UWB를 ‘최고 복사 중심 주파수에 대해 복사 전력이 10dB 감소하는 주파수 대역폭이 500MHz 이상 또는 중심 주파수의 20% 이상인 무선 통신’으로 정의하고 있다.[1]
물리 계층 및 MAC 계층 규격으로는 WiMedia Alliance가 추진하는 MB-OFDM 방식을 채택하고 있다. 미국에서는 군사 기술로 개발된 UWB였지만, 2002년 2월 민생 기기 이용이 허가되었다.[1]
통신 속도는 호스트-디바이스 간 거리 등에 따라 변할 수 있으며, 물리 계층에서 53.3~480Mbps를 지원한다. 호스트-디바이스 간 거리 3미터에서 480Mbps, 10미터에서 110Mbps의 성능을 목표로 설계되었다.[1]
3. 1. 개요
W-USB는 유선 USB의 기능 모델을 유지하면서 무선 환경에서 작동하도록 설계되었다. 초광대역 (UWB) 기술을 기반으로 하며, 호스트-주변기기 연결 방식을 사용한다. 시분할 다중 접근 (TDMA) 전략을 통해 사용 가능한 대역폭을 분할한다. 호스트는 최대 10미터 떨어진 장치와 통신할 수 있다.[1]
이 명세는 주변 기기 전반에 걸쳐 USB가 압도적인 성공을 거둔 덕분에 만들어졌다. 사용이 극도로 쉽고 비용이 저렴하여 유비쿼터스적인 양방향 고속 포트 아키텍처를 가능하게 했다. 초광대역 (UWB)는 USB의 기능 및 전송 속도(USB 2.0의 경우 1.5~12 Mbit/s에서 최대 480 Mbit/s)와 매우 유사하며, 단거리(3미터, 최대 10미터, 속도는 110 Mbit/s로 감소)에서 USB의 자연스러운 무선 확장을 가능하게 한다. 그러나 주변 기기에 전원을 공급하는 물리적인 버스가 없어졌고, 선이 없다는 것은 USB 시스템에서 당연하게 여겨지던 일부 속성을 다른 수단으로 달성해야 함을 의미한다.[1]
W-USB는 지능형 호스트와 동작이 간단한 장치를 기반으로 하는 USB의 기능 모델을 유지하면서 무선 환경에서 작동하고 기존 유선 시스템과 동등한 수준의 보안을 유지하는 것을 목표로 한다. 또한 비슷한 수준의 전력 효율을 목표로 한다. 이를 위해 원하는 성능을 충족할 수 있는 적합한 물리 계층과 매체 접근 제어를 정의하는 기존 표준을 사용하고, 이에 융합 계층을 추가하여 두 가지 아키텍처 노력을 통합한다.[1]
W-USB는 호스트를 여러 주변 기기와 동시에 연결할 수 있는 논리적인 버스로 정의되었다. 호스트는 시분할 다중 접근 (TDMA) 전략을 통해 사용 가능한 대역폭을 분할한다. USB는 장치를 안전하게 즉시 관리할 수 있는 기능을 유지한다. 호스트는 최대 10미터 떨어진 장치와 통신할 수 있다.[1]
구리선을 대체하면 호스트-장치 연결의 실제 상태에 모호성이 생기고, 통신이 전파 범위 내의 다른 장치에 완전히 노출될 가능성이 있다. 따라서 명시적인 보안 관계를 설정해야 한다. 이를 위해 버스 및 장치 계층은 기능 계층에서 사용할 필요한 리소스를 통합한다. 모든 W-USB 전송은 계층 간 수평 통신을 손상시키지 않고 버스 계층에 의해 암호화된다.[1]
버스는 호스트가 감독하는 TDMA 기반 폴링 방식을 따른다. 전송은 토큰, 데이터 및 핸드셰이크의 세 부분으로 구성된다. 효율성을 위해 장치의 타이밍 정보를 포함하는 여러 토큰을 하나로 그룹화하여 ''트랜잭션 그룹''을 형성할 수 있다. 흐름 제어 및 패킷 크기는 소스와 대상 간의 고급 파이프 통신 모델을 준수하면서 전력 효율을 위해 조정된다.[1]
무선 매체의 일반적인 오류율을 유지하더라도 해당 모델을 달성하는 데 사용되는 메커니즘(데이터 핸드셰이크 및 버퍼링 등)을 수정해야 한다.[1]
UWB는 W-USB 모델에 통합되어야 하는 PHY 및 MAC 계층을 모두 정의한다. 특히 MAC은 논리 링크 제어(LLC) 하위 계층과 결합하여 링크 계층을 형성하며, 이는 암호화/복호화, PHY 오류 관리 및 동기화를 담당하는 반면, PHY 자체는 페이로드가 아닌 헤더의 정확성을 담당한다.[1]
MAC 계층은 W-USB와 특히 관련이 있다. 이 계층은 256개의 타임 슬롯으로 나뉜 슈퍼프레임을 사용하며, 그중 첫 번째 슬롯은 비컨 정보 전송에 전용된다. 슬롯은 MMC(아래 참조)로 식별되는 장치 클러스터의 요구 사항을 충족하도록 추가로 할당될 수 있다. 호스트는 하나 이상의 W-USB 통신 채널을 유지 관리하고 MAC 계층을 완전히 인식하는 반면, 장치는 기존 채널을 통해 통신하기 위해 정의된 W-USB 인터페이스만 사용하면 된다.[1]
장치에는 세 가지 수준의 MAC 인식이 있다. 가장 높은 수준은 자체적으로 비컨을 수행할 수 있는 ''자체 비컨 장치''에 해당한다. 다음 수준은 MAC 프레임을 인식하지 못하고 제한된 비컨 기능을 가지며, 근처 장치를 감지하고 비컨하도록 호스트에 의존하는 ''지시 비컨 장치''를 나타낸다. 마지막으로 ''비비컨 장치''는 전송 및 수신 기능이 매우 제한적이다. 반면 호스트에서 감지할 수 없는 장치는 이러한 장치의 영향을 받지 않으며, 이러한 장치에 영향을 줄 수도 없다.[1]
따라서 비비컨 장치는 호스트와 매우 가까운 곳에서만 작동할 수 있다. 지시 비컨 장치와 자체 비컨 장치는 비컨을 방출하여 숨겨진 이웃을 식별할 수 있어야 한다. 호스트는 물리적 매체에 필요한 정밀도(20 ppm)로 전역 타이머를 관리한다. 채널 시간은 MMC 내에서 전송되며 슬롯 할당에 사용되므로 호스트가 정확한 비컨을 수행하는 것이 중요하다. 장치는 예약 선언을 비컨할 수도 있다.[1]
슈퍼프레임에는 장치에서 시작된 비동기 전송(파이프를 사용하지 않고 버스 계층에 직접 연결되는 전송)을 위한 장치 알림 타임 슬롯이 포함된다. 호스트는 필요에 따라 슬롯을 동적으로 할당한다. 이 외에도 호스트와 엔드포인트 간의 W-USB 트랜잭션은 USB와 같이 수행된다.[1]
무선 USB는 USB 의미 체계를 준수하면서 TDMA 마이크로 스케줄링을 사용하는 트랜잭션을 사용한다. 여러 트랜잭션을 동시에 수행할 수 있도록 "분할 트랜잭션 프로토콜"이 사용된다. 이는 마이크로 스케줄링 관리 명령어(MMC)와 관련 작업의 실행을 위한 할당된 시간 슬롯으로 구성되는 트랜잭션 그룹 개념과 관련이 있다.[1]
무선 데이터 전송은 상당한 오버헤드를 초래하는 경향이 있다. 이를 완화하기 위해 W-USB는 이를 버스트 모드 데이터 단계로 대체한다. 이 단계는 하나 이상의 데이터 패킷을 그룹화하여 USB의 트랜잭션당 하나의 데이터 패킷 규칙과는 달리 패킷 구분 기호와 분리 간격을 줄인다. 이러한 방식의 적용 범위는 조정할 수 있으므로 경쟁 장치 간의 형평성 수준이 달라진다.[1]
사양에서는 네 가지 특정 데이터 전송 유형을 정의한다.[1]
장치가 자유재량으로 전력 사용을 제어할 수 있으므로 전력 관리는 데이터 전송에도 영향을 미칠 수 있다. 통신 프로토콜이 TDMA 기반이라는 사실은 호스트와 장치 모두 자신의 존재가 필요하지 않은 시점을 정확히 알고 이를 활용하여 절전 모드로 전환할 수 있음을 의미한다. 장치는 연결을 유지하면서 호스트에 대해 투명하게 무선 장치를 끌 수 있다. 또한 이전에 호스트에 알린 경우 장시간 동안 끌 수 있으며, 해당 호스트의 모든 통신을 무시한다. 결국 장치는 웨이크업 절차를 트리거하고 보류 중인 작업을 확인한다.[1]
마찬가지로 호스트는 일반적으로 필요하지 않을 때 무선 장치를 끈다. 채널을 일시적으로 중지하거나 최대 절전 모드 또는 종료 상태로 전환하기로 결정한 경우에는 그렇게 하기 전에 장치에 알려야 한다.[1]
일반 유선 USB 장치를 연결할 수 있도록 사양은 ''장치 와이어 어댑터''를 정의한다. 마찬가지로 호스트는 ''호스트 와이어 어댑터''를 사용하여 무선 USB 시스템에 연결된다. 물리 계층이 초광대역을 기반으로 하더라도 무선 USB 장치는 완전히 호환되는 USB 인터페이스를 갖추고 있다. 물리 계층은 다양한 전송 속도를 지원할 수 있으며, 그중 세 가지(53.3, 106.7 및 200 Mbit/s)는 의무적으로 지원되는 속도로 정의되고, 다른 모든 가능한 초광대역 속도는 장치에 대해 선택 사항이다(호스트는 모두 지원해야 함).[1]
무선 USB 장치는 기존 USB와 같은 방식으로 분류된다. 와이어 어댑터가 있기 때문에 기존 USB 허브가 필요하지 않다. 장치는 호스트에 하나 이상의 통신 파이프를 지원하고 USB 제어 파이프에 엔드포인트 0을 할당한다. 장치 유형 정보는 이 파이프를 통해 제공된다.[1]
호스트와의 연결은 특정 시점에 전송되는 설정 메시지를 통해 생성된다. 그런 다음 호스트와 장치는 고유한 키를 사용하여 인증을 진행할 수 있다. 프로세스가 성공하면 호스트는 장치에 고유한 USB 주소를 할당하고, 그 후 장치는 USB 프로토콜에 표시된다. 연결 모델은 즉석에서 발표되지 않은 연결 해제를 허용하므로 연결은 항상 활성 상태를 유지해야 한다. 호스트 또는 장치에서 강제로 연결을 끊는 것 외에도 오랫동안 비활동적인 기간은 동일한 종료 메커니즘을 트리거할 수 있다.[1]
또한, 무선 USB 호스트는 유선 호스트를 넘어서는 다른 책임이 있다. 즉, MAC 하위 계층은 장치 MAC 계층의 적합성을 감독한다. 필요한 경우, 이는 비컨링 작업을 지원하고 수신될 수 있는 비컨링 데이터를 처리해야 한다. 또한, 초광대역 무선 및 관련 대역폭은 다른 엔티티와 공유될 수 있으며, 호스트는 정의된 정책이 충족되도록 해야 한다. 공유 사용(간섭을 피하기 위해 조정될 수 있음)에 따라 전체 또는 부분 기능을 제공할 수 있다.[1]
WUSB는 수 GHz에 달하는 초광대역을 사용하는 무선 기술인 UWB를 기반으로 확산 스펙트럼 기술을 사용한다. 미국 연방통신위원회(FCC)는 UWB를 ‘최고 복사 중심 주파수에 대해 복사 전력이 10dB 감소하는 주파수 대역폭이 500MHz 이상 또는 중심 주파수의 20% 이상인 무선 통신’으로 정의하고 있다.[1]
물리 계층 및 MAC 계층 규격으로는 WiMedia Alliance가 추진하는 MB-OFDM 방식을 채택하고 있다. 미국에서는 군사 기술로 개발된 UWB였지만, 2002년 2월 민생 기기 이용이 허가되었다.[1]
통신 속도는 호스트-디바이스 간 거리 등에 따라 변할 수 있으며, 물리 계층에서 53.3~480Mbps를 지원한다. 호스트-디바이스 간 거리 3미터에서 480Mbps, 10미터에서 110Mbps의 성능을 목표로 설계되었다.[1]
3. 2. 프로토콜 아키텍처
무선 USB(W-USB)는 USB 모델을 유지하면서 무선 시스템의 요구 사항에 맞춰 일부 조정되었다. 주요 변경 사항은 다음과 같다.
무선 USB는 USB 의미 체계를 준수하면서 시분할 다중 접근(TDMA) 마이크로 스케줄링을 사용하는 트랜잭션을 사용한다. 여러 트랜잭션을 동시에 수행할 수 있도록 "분할 트랜잭션 프로토콜"이 사용되며, 이는 마이크로 스케줄링 관리 명령어(MMC)와 관련 작업 실행을 위한 할당된 시간 슬롯으로 구성되는 트랜잭션 그룹 개념과 관련이 있다.
무선 데이터 전송은 상당한 오버헤드를 초래할 수 있다. 이를 완화하기 위해 W-USB는 버스트 모드 데이터 단계를 사용한다. 이 단계는 하나 이상의 데이터 패킷을 그룹화하여 USB의 트랜잭션당 하나의 데이터 패킷 규칙과 달리 패킷 구분 기호와 분리 간격을 줄인다.
사양에서는 네 가지 특정 데이터 전송 유형을 정의하며, 그 특징은 다음과 같다.
| 전송 유형 | 특징 |
|---|---|
| 벌크 전송 | 대역폭이 사용 가능할 때 채널을 활용. 전송은 보장되지만 속도나 지연 시간은 보장되지 않음. 대용량 데이터 전송에 사용. |
| 인터럽트 전송 | 높은 안정성과 낮은 지연 시간이 필요한 짧은 트랜잭션 처리. 최대 서비스 기간과 재시도 보장. |
| 등시성 전송 | 전송 속도와 제한된 지연 시간 보장. 평균적으로 일정한 데이터 속도 제공. 버스트 에러에 대한 안정성을 위해 지연 추가 가능. |
| 제어 전송 | USB 2.0과 동일. 최선을 다하는 정책 사용. 소프트웨어는 장치에 대한 채널 접근 및 대역폭 제한 가능. |
데이터 전송은 128비트 AES로 암호화된다.[10] 하나의 호스트가 동시에 모든 장치와 통신할 수 있기 때문에 유선 USB와는 달리 허브는 사양상 존재하지 않는다.[10] 하지만 유선 USB 장치를 무선 USB에 연결하기 위한 장치 와이어 어댑터(DWA, Device Wire Adapter)는 허브처럼 동작한다.[10]
하나의 버스 상의 장치는 유선과 마찬가지로 127개이다.[11] 논리 계층에서는 유선 USB와 거의 동일한 사양이지만, 무선의 특성을 반영하여 아이소크로너스 전송의 사양은 다르며, 일정 수의 재전송 등을 수행한다(유선 USB에서는 재전송을 하지 않음).[11] 또한 전송 속도는 40Mbps로 제한된다.[11]
WUSB는 스타 토폴로지를 사용하며, 1대의 호스트에서 최대 127대의 장치를 지원한다.[12] 듀얼 롤 장치(호스트와 장치의 양쪽 기능을 가진 기기)도 지원하는데, 예를 들어 디지털 카메라가 컴퓨터에 연결되어 있을 때는 클라이언트로 동작하고, 프린터에 직접 이미지를 보낼 때는 호스트로 동작한다.[12]
3. 3. 데이터 전송 아키텍처
W-USB는 TDMA 마이크로 스케줄링을 사용하는 트랜잭션을 사용한다. 분할 트랜잭션 프로토콜을 사용하여 여러 트랜잭션을 동시에 수행할 수 있으며, 버스트 모드 데이터 단계를 통해 오버헤드를 줄인다.W-USB는 다음과 같은 네 가지 데이터 전송 유형을 정의한다.
- 벌크 전송
- 인터럽트 전송
- 등시성 전송
- 제어 전송
전력 관리는 데이터 전송에 영향을 미칠 수 있다.
W-USB는 호스트가 감독하는 TDMA 기반 폴링 방식을 따른다. 전송은 토큰, 데이터 및 핸드셰이크의 세 부분으로 구성된다. 효율성을 위해 장치의 타이밍 정보를 포함하는 여러 토큰을 하나로 그룹화하여 ''트랜잭션 그룹''을 형성할 수 있다. 흐름 제어 및 패킷 크기는 소스와 대상 간의 고급 파이프 통신 모델을 준수하면서 전력 효율을 위해 조정된다.
무선 매체의 일반적인 오류율을 유지하기 위해 데이터 핸드셰이크 및 버퍼링 등의 메커니즘을 수정해야 한다.
UWB는 W-USB 모델에 통합되어야 하는 PHY 및 MAC 계층을 모두 정의한다. 특히 MAC은 논리 링크 제어(LLC) 하위 계층과 결합하여 링크 계층을 형성하며, 암호화/복호화, PHY 오류 관리 및 동기화를 담당한다. 반면, PHY 자체는 페이로드가 아닌 헤더의 정확성을 담당한다.
MAC 계층은 W-USB와 특히 관련이 있다. 이 계층은 256개의 타임 슬롯으로 나뉜 슈퍼프레임을 사용하며, 그중 첫 번째 슬롯은 비컨 정보 전송에 전용된다. 슬롯은 MMC(아래 참조)로 식별되는 장치 클러스터의 요구 사항을 충족하도록 추가로 할당될 수 있다. 호스트는 하나 이상의 W-USB 통신 채널을 유지 관리하고 MAC 계층을 완전히 인식하는 반면, 장치는 기존 채널을 통해 통신하기 위해 정의된 W-USB 인터페이스만 사용하면 된다.
장치에는 세 가지 수준의 MAC 인식이 있다.
- 자체 비컨 장치: 자체적으로 비컨을 수행
- 지시 비컨 장치: MAC 프레임을 인식하지 못하고 제한된 비컨 기능을 가지며, 근처 장치를 감지하고 비컨하도록 호스트에 의존
- 비비컨 장치: 전송 및 수신 기능이 매우 제한적
비비컨 장치는 호스트와 매우 가까운 곳에서만 작동할 수 있다. 지시 비컨 장치와 자체 비컨 장치는 비컨을 방출하여 숨겨진 이웃을 식별할 수 있어야 한다. 호스트는 물리적 매체에 필요한 정밀도(20 ppm)로 전역 타이머를 관리한다. 채널 시간은 MMC 내에서 전송되며 슬롯 할당에 사용되므로 호스트가 정확한 비컨을 수행하는 것이 중요하다. 장치는 예약 선언을 비컨할 수도 있다.
슈퍼프레임에는 장치에서 시작된 비동기 전송(파이프를 사용하지 않고 버스 계층에 직접 연결되는 전송)을 위한 장치 알림 타임 슬롯이 포함된다. 호스트는 필요에 따라 슬롯을 동적으로 할당한다. 이 외에도 호스트와 엔드포인트 간의 W-USB 트랜잭션은 USB와 같이 수행된다.
3. 4. 구형 하드웨어와의 호환성
무선 USB 아키텍처는 최대 127개의 장치를 호스트에 직접 연결할 수 있도록 허용한다. 케이블이나 포트가 없기 때문에 더 이상 허브가 필요하지 않다.[1]그러나 유선에서 무선으로의 전환을 용이하게 하기 위해 무선 USB는 새로운 ''장치 유선 어댑터(DWA)'' 클래스를 도입했다. 때때로 "무선 USB 허브"라고도 불리는 DWA는 기존 USB 2.0 장치를 무선 USB 호스트와 함께 무선으로 사용할 수 있도록 한다.[1]
기존 PC에 무선 USB 호스트 기능을 추가하려면 ''호스트 유선 어댑터(HWA)''를 사용할 수 있다. HWA는 데스크톱이나 노트북의 USB 포트에 외부적으로 또는 노트북의 미니 카드 인터페이스에 내부적으로 연결되는 USB 2.0 장치이다.[1]
무선 USB는 또한 ''듀얼 롤 장치(DRD)''를 지원하는데, 이는 무선 USB 장치일 뿐만 아니라 제한된 기능을 가진 호스트로도 기능할 수 있다. 예를 들어, 디지털 카메라는 컴퓨터에 연결될 때 장치로 작동하고 프린터로 사진을 직접 전송할 때 호스트로 작동할 수 있다.[1]
3. 5. 연결성
무선 USB는 호스트, 장치 및 상호 연결 지원으로 구성된 USB 시스템을 형성한다. 이는 허브-스포크 모델을 구현하며, 호스트 컨트롤러는 시스템에서 고유하다.[14] 초광대역을 기반으로 하지만, 무선 USB 장치는 완전히 호환되는 USB 인터페이스를 갖추고 있다.[15] 다양한 전송 속도를 지원하며, 53.3, 106.7 및 200 Mbit/s는 의무 지원 속도이다.[15]연결은 설정 메시지를 통해 생성되며, 호스트와 장치는 인증을 진행한다. 연결은 활성 상태를 유지해야 하며, 비활동 기간이 길어지면 연결이 끊어질 수 있다.[15]
3. 6. 보안
W-USB 호스트는 각 장치에 대한 카운터와 통계를 유지하고 장치로부터 정보를 요청하여 무선 매체의 신뢰성 부족을 완화하려고 시도한다.[16] 1kB 패킷에 대해 10%의 오류율이 허용 가능한 것으로 간주되는데, 유선 매체의 경우 이 값은 일반적으로 약 10−9이다.[16] 또한 각 장치의 '송신 전력 제어' 기능에 접근하고 수정할 수 있으며, 데이터 페이로드 크기 및 대역폭 조정과 같은 전송 매개변수를 변경할 수도 있다.[16]W-USB의 목표는 기존 USB와 비교할 수 있는 서비스 품질을 제공하는 것이다.[16] 유선은 매우 높은 수준의 보안을 제공하므로 표준 USB는 이를 처리하지 않지만,[16] W-USB는 보안을 명시적으로 관리한다.[16]
통신이 존재하려면 안전한 관계를 설정해야 한다.[16] 유선 시스템 내에서 데이터 전송은 제어된 물리적 연결을 의미하며, 이는 '소유권'이라는 개념을 통해 무선 영역으로 변환된다.[16] 사용자는 장치에 대한 신뢰를 부여하고, 장치는 차례로 다른 장치에 이 신뢰를 증명하여 원하는 연결을 형성한다.[16] USB 주소 식별자는 소유자의 신뢰 표시다.[16]
신뢰는 유지되어야 하며, 그렇지 않으면 만료된다.[16] 클러스터의 그룹 키를 수신한 후 장치는 각 '신뢰 시간 초과' 경계 내에서 존재를 확인하여 최소한 연결을 유지해야 하며, 이는 4초로 설정된다.[16] 이 요구 사항을 따르지 못하면 재인증이 필요하다.[16]
USB의 비대칭성에 따라 호스트는 (신호를 제외한) 모든 프로세스를 시작하며, 보안도 예외는 아니다.[16] 표준 대칭 암호화 방법은 AES-128과 CCM이지만,[16] 초기 인증에는 공개 키 암호화를 사용할 수 있다.[16]
'마스터 키'와 '세션 키'의 차이점에 유의해야 한다.[16] 마스터 키는 수명이 길고 일반적으로 공유 비밀 또는 세션 키를 배포하는 수단으로 작동하며, 세션 키는 생성된 연결보다 오래 지속되지 않고 일반적으로 기능적 암호화/복호화 메커니즘으로 작용한다.[16] 또한 재생 방지 메커니즘은 유효한 수신 시 업데이트되는 카운터를 유지해야 함을 유의하는 것이 중요하다.[16] 이러한 카운터의 범위는 세션 키의 수명을 더 제한한다.[16]
4. 다른 무선 기술과의 비교
무선 USB는 다른 무선 기술들과 비교했을 때 몇 가지 차이점을 보인다. 다음은 주요 무선 기술들과의 비교표이다.
| 사양 | 무선 USB 규격 Rev. 1.1 | 블루투스 4.0 | Wi-Fi (IEEE 802.11n) | Wi-Fi (IEEE 802.11ac) | 블루투스 2.1 + EDR |
|---|---|---|---|---|---|
| 주파수 대역 | 3.1 GHz–10.6 GHz | 2.4 GHz | 2.4 GHz 및/또는 5 GHz | 5 GHz | 2.4 GHz |
| 대역폭 | 53–480 Mbit/s | 1 Mbit/s | 대역당 최대 600 Mbit/s[17] | 대역당 최대 6.93 Gbit/s | 최대 3 Mbit/s |
| 거리 | 3m–10m[18] | 해당사항 없음 | 100m | 해당사항 없음 | 출력에 따라 1m–100m |
| 변조 방식 | MB-OFDM | GFSK | DSSS, DBPSK, DQPSK, CCK, OFDM | OFDM | GFSK |
| 표준화 | 2010년 9월 | 2010년 6월 | 2009년 9월 | 2013년 12월 | 2007년 7월 |
| 규격명 | Wireless USB Specification Rev. 1.0 | IEEE 802.11 a/b/g/n/ac | 블루투스 5.0(HS) |
|---|---|---|---|
| 주파수 대역 | 3.1GHz～10.6GHz | 2.4GHz/5.0GHz〜5-1GHz | 2.4GHz |
| 전송 속도 （통신 거리） | 최대 60 Mbit/s (3m), 14 Mbit/s (10m) | 최대 6933 Mbit/s (100m) | 최대 4 Mbit/s （1m～100m 출력에 의존） |
| 변조 방식 | MB-OFDM | DSSS, DBPSK, DQPSK, CCK, OFDM 등 | GFSK |
| CCK: Complementary code keying | EDR: Enhanced data rate |
| DBPSK: Differential binary phase shift keying | GFSK: Gaussian frequency shift keying |
| DQPSK: Differential quadrature phase shift keying | MB-OFDM: Multiband-OFDM |
| DSSS: Direct sequence spread spectrum | OFDM: Orthogonal frequency division multiplexing |
무선 USB는 초광대역(UWB) 기술을 기반으로 3.1GHz~10.6GHz 주파수 대역을 사용하며, 이는 블루투스(2.4GHz)나 Wi-Fi(2.4GHz 또는 5GHz)와 구별된다. 전송 속도는 최대 480Mbps(3m), 110Mbps(10m)이며, 블루투스는 최대 3Mbps, Wi-Fi(802.11ac)는 최대 6.93Gbps이다.
Cable-Free USB 등 초광대역 기반 경쟁 기술과 IP 기반 네트워킹을 활용한 USB 무선 전송 기술도 있었다.[20]
4. 1. 초광대역(UWB)과의 관계
UWB는 2002년 2월 FCC 규정에 정의된 대로, 3.1GHz~10.6GHz 주파수 대역 내에서 500MHz 이상의 스펙트럼 또는 20%를 초과하는 분율 대역폭에 걸쳐 방출되는 무선 주파수 에너지를 확산시키는 에너지 펄스를 사용하는 무선 통신 기술이다. UWB는 WiMedia 등 특정 회사나 그룹에 국한되지 않으며, 실제로 WiMedia와 관련 없는 여러 그룹과 회사가 UWB 기술을 개발하고 있다. WUSB는 USB Implementers Forum에서 제정한 프로토콜로, WiMedia의 UWB 무선 플랫폼을 사용한다. 블루투스 등 다른 프로토콜들도 WiMedia의 UWB 무선 플랫폼을 사용할 의향을 발표했다.WUSB는 수 GHz에 달하는 초광대역을 사용하는 무선 기술인 UWB를 기반으로 확산 스펙트럼 기술을 사용한다.[1] 미국 연방통신위원회(FCC)는 UWB를 ‘최고 복사 중심 주파수에 대해 복사 전력이 10dB 감소하는 주파수 대역폭이 500MHz 이상 또는 중심 주파수의 20% 이상인 무선 통신’으로 정의하고 있다.[1]
물리 계층 및 MAC 계층 규격으로는 WiMedia Alliance가 추진하는 MB-OFDM 방식을 채택하고 있다.[1] 미국에서는 군사 기술로 개발된 UWB였지만, 2002년 2월 민생 기기 이용이 허가되었다.[1]
통신 속도는 호스트-디바이스 간 거리 등에 따라 변할 수 있으며, 물리 계층에서 53.3~480Mbps를 지원한다.[1] 호스트-디바이스 간 거리 3미터에서 480Mbps, 10미터에서 110Mbps의 성능을 목표로 설계되었다.[1]
4. 2. 60 GHz와의 비교
60GHz 기술은 어떤 물체라도 무선 통신을 차단하므로, 직접 시선(Line-of-sight propagation)이 필요하다. 반면 무선 USB는 3.1~10.6GHz 주파수 대역에서 작동하는 초광대역(Ultra-WideBand, UWB) 플랫폼을 기반으로 하므로, 물체를 통과할 수 있다.[16]60GHz 기술은 멀티 기가비트 속도의 무선 통신을 제공할 것으로 예상되어 무선 비디오 시장에 매력적이었다.[16] 그러나 이러한 높은 요구 사항을 지원하기 위해 기본 매체 접근 제어 계층(MAC layer)은 이 방대한 양의 데이터를 처리할 수 있어야 했다. 이로 인해 60GHz 기반 제품은 더 높은 전력 소비와 더 많은 전자 부품이 필요했는데, 이는 휴대용 장치에는 적합하지 않았다.
4. 3. 디지털 RF 시스템 비교
| 사양 | 무선 USB 규격 Rev. 1.1 | 블루투스 4.0 | Wi-Fi (IEEE 802.11n) | Wi-Fi (IEEE 802.11ac) | 블루투스 2.1 + EDR |
|---|---|---|---|---|---|
| 주파수 대역 | 3.1 GHz–10.6 GHz | 2.4 GHz | 2.4 GHz 및/또는 5 GHz | 5 GHz | 2.4 GHz |
| 대역폭 | 53–480 Mbit/s | 1 Mbit/s | 대역당 최대 600 Mbit/s[17] | 대역당 최대 6.93 Gbit/s | 최대 3 Mbit/s |
| 거리 | 3–10 m[18] | 거리 불명 | 100m | 거리 불명 | 출력에 따라 1–100 m |
| 변조 방식 | MB-OFDM | MB-OFDM | DSSS, DBPSK, DQPSK, CCK, OFDM | OFDM | GFSK |
| 표준화 | 2010년 9월 | 2010년 6월 | 2009년 9월 | 2013년 12월 | 2007년 7월 |
| 규격명 | Wireless USB Specification Rev. 1.0 | IEEE 802.11 a/b/g/n/ac | 블루투스 5.0(HS) |
|---|---|---|---|
| 주파수 대역 | 3.1GHz～10.6GHz | 2.4GHz/5.0GHz〜5-1GHz | 2.4GHz |
| 전송 속도 （통신 거리） | 최대 60 Mbit/s (3m), 14 Mbit/s (10m) | 최대 6933 Mbit/s (100m) | 최대 4 Mbit/s （1 m～100m 출력에 의존） |
| 변조 방식 | MB-OFDM | DSSS, DBPSK, DQPSK, CCK, OFDM 등 | GFSK |
| CCK: Complementary code keying | EDR: Enhanced data rate |
| DBPSK: Differential binary phase shift keying | GFSK: Gaussian frequency shift keying |
| DQPSK: Differential quadrature phase shift keying | MB-OFDM: Multiband-OFDM |
| DSSS: Direct sequence spread spectrum | OFDM: Orthogonal frequency division multiplexing |
4. 4. 경쟁 기술
Cable-Free USB의 경쟁 기술로 직접 시퀀스 초광대역 기술 기반의 제품들이 있었다.[19] 유선 USB를 대체하는 다른 무선 주파수 기반 시스템도 있었다. 소비자들은 '인증된 무선 USB'라는 이름을 통해 표준 준수 여부와 올바른 프로토콜 및 데이터 속도 지원 여부를 식별할 수 있었다.IP 기반 네트워킹을 활용하여 USB 트래픽을 무선으로 전송하는 USB over IP 기술도 있었다. 예를 들어, 적절한 드라이버를 설치하면 호스트 측에서 802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi (또는 유선 이더넷)를 통해 장치와 통신할 수 있었다.[20]
5. 미디어 독립형 USB (Media Agnostic USB)
'''미디어 독립형 USB'''(미디어 애그노스틱 USB, '''MA USB''')는 USB 이행 포럼에서 개발 중인 규격이다. 범용 직렬 버스(USB) 프로토콜을 사용하여 Wi-Fi 및 WiGig 무선 네트워크를 포함한 광범위한 물리적 통신 매체를 통해 통신할 수 있도록 한다.[21] 이 프로토콜은 Wi-Fi 얼라이언스의 이전 WiGig 직렬 확장 규격을 기반으로 개발되고 있다.[22][23]
미디어 독립형 USB는 인증된 무선 USB와 같은 이전 무선 USB 프로토콜과는 다르며, 혼동해서는 안 된다.
6. 한국 시장 현황 및 전망
무선 USB는 한국 시장에서 널리 채택되지 못했다. 마이크로소프트의 윈도우에서 기본적으로 지원되지 않는 점(허브에 대해 별도의 드라이버나 유틸리티 설치가 필요함)과 무선랜 대응 USB 디바이스 서버나 USB 디바이스 서버 탑재 무선랜 라우터의 존재 등이 그 이유로 꼽힌다.
현재는 제조사 고유 규격의 무선 USB 수신기와 무선 대응 주변 기기를 무선으로 직접 연결하는 것이 주류를 이루고 있으며, 마우스나 키보드 등 다수의 제품이 출시되고 있다.
더불어민주당은 4차 산업혁명 시대에 발맞춰 무선 통신 기술 발전에 대한 지속적인 관심과 투자가 필요하다는 입장이다. 특히, 국민 편의 증진을 위한 기술 개발 및 표준화 노력을 강조하고 있다.
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