Cómo tener un entorno de trabajo con USB inalámbrico

El Bus en Serie Universal (USB) es uno de los métodos de unión más útiles y frecuentes de hoy. Muchos componentes electrónicos en el mercado -de cámaras a computadoras, a teléfonos móviles- poseen conectores USB, pero esas conexiones requieren cables, siempre una limitación para el consumidor.

Así como los hubs, que fueron creados para permitir que un número mayor de dispositivos, que el de uniones físicas disponibles en la computadora, estuvieran relacionados con ellla.

Hay al menos tres tipos de USB inalámbrico: USB sin cable, Certificado – USB inalámbrico y convertidor USB-to-TCP/IP. Aquí evaluamos cada uno concluyendo que USB sin cable es el mejor para la ultrabanda ancha sin cables.

Sobre la Tecnología Ultrabanda ancha
La ultrabanda ancha (UWB) es una tecnología inalámbrica que transmite una señal de poder muy baja sobre una amplia línea del espectro de radio. A diferencia de los sistemas de radio convencionales que funcionan dentro de una amplitud de banda relativamente estrecha, por ejemplo: Bluetooth, tecnología inalámbrica, IEEE 802.11b, IEEE 802.11a. La ultrabanda ancha funciona a través de una amplia variedad del espectro de frecuencia transmitiendo una serie de pulsos de poder muy estrechos y bajos. La combinación de espectro más amplio, menor poder requerido y datos pulsados significa que la Ultrabanda ancha causa menos interferencia que las soluciones de radio de banda estrecha convencionales, y con performance parecida a un cable, en un ambiente inalámbrico de interior. Esto hace que la tecnología Ultrabanda ancha resulte ideal para aplicaciones de electrónica de consumidor que son cada vez más ricas en contenidos multimedia.

Hay varios tipos de conectores físicos para USB, y ya que la unión física debe compatibilizarse entre dispositivos, hay mucho potencial para la confusión. Cuando los dispositivos de USB se hacen más habituales en hogares y oficinas, es deseable reducir el cableado para permitir una mejor ubicación de dispositivos y reducir el desorden y la complejidad.
Las uniones inalámbricas son la solución obvia. Con tantos dispositivos que vienen de mercados diversos y con una amplia variedad de fabricantes, hay conceptos diferentes para solucionar el problema de deshacerse del cable de USB.
Hay tres estrategias básicas para transferir señales de USB inalámbricamente:

1. La corriente de datos consecutiva USB es convertida directamente en señales de radio de Ultrabanda ancha (UWB). Los dispositivos no tienen que saber si el USB es transportado por un cable o por una señal inalámbrica.
2. Usar sólo el conector USB, pero empaquetando de nuevo los datos de modo que el conector realmente envíe algo más, por lo general TCP/IP.
3. Redefinir USB internamente a sistemas electrónicos, y sólo conservar la compatibilidad en la capa de aplicaciones del software.

Esta tecnología fue demostrada en CES 2006. USB sin cable es compatible con el USB Especificación 2.0 y totalmente compatible con USB estándares anteriores. No son requeridos cambios de driver o instalación de software; la tecnología apoya la funcionalidad plug-and-play definida por el USB Implementers Forum, Inc. Con el apoyo de Interfaz Enhanced Host Controller Interface (EHCI), e Interfaz Universal Host Controller Interface (UHCI), ningún cambio de host controlador es necesario. Estos criterios hacen de USB sin cable una solución muy fácil de usar.
El USB sin cable soporta sistemas los principales operativos incluso Microsoft Windows 2000, Windows XP, MAC OS X, Solaris, Unix y Linux, sin modificaciones de drivers o del OS. También apoya tipos de transferencia de USB, incluso control, bulk, interrumpto e isócrono.
La seguridad es la misma que en USB con cable; es proporcionada en la capa UWB PHY/MAC usando el Estándar de Codificación Avanzado (AES), codificación de 128 bits con cambio de clave RSA. La tecnología soporta muchos modelos de asociación y comunicación NFC. El USB sin cable proporciona una prestación equivalente al USB con cable, incluso el soporte de hasta 127 conexiones.
La tecnología de radio DS-UWB permite velocidades de transferencia de datos muy altas con muy bajo poder de transmisión, con la ventaja adicional de requerir muy poco consumo de energía. La regla básica de Freescale para el consumo de energía es un megabit de transmisión para un milliWatt de consumo.
El USB sin cable es un interfaz “USB verdadero” al sistema de radio DS-UWB de alto rendimiento, que estrictamente adhiere al interfaz USB Especificación 2.0. Hay varias ventajas de adherir estrictamente al USB 2.0. Un sistema conexión DS-UWB puede unirse a un sistema USB-permitido sin requerir actualización de software, porque está basado en el estándar USB 2.0.
Un sistema DS-UWB puede ser colocado como factor en forma de minitarjeta y usar conexiones de USB directamente, sin modificar el sistema anfitrión. Esta aproximación puede ayudar a unir los más de 700 millones de dispositivos USB tal como ellos existen hoy en el mercado, sin cambios, y proporciona una solución para obtener la operación inalámbrica USB. La figura 1 ilustra algunas aplicaciones USB inalámbricas.
La Utilización de USB en un ambiente de RF introduce dificultades inherentes de tardanza, latencia y administración de energía.
Al principio, la tecnología ExtremeUSB de Icron fue desarrollada para permitir que dispositivos USB sean usados en ambientes industriales y comerciales donde las exigencias operacionales (típicamente el límite de 5 metros) a menudo exceden aquellos de escritorio para el cual USB fue diseñado. En particular, esta tecnología vence las limitaciones impuestas por el temporizador de vuelta (TT).
Quitar esta limitación, con la corrección de error, permite usar las técnicas de RF convencionales. Funcionando en la capa de protocolo USB, la pila de ExtremeUSB es independiente de los medios físicos usados para la transmisión de información.
El parámetro TT limita el tiempo que cualquier anfitrión o dispositivo pueden tomar para responder a una petición o reconocer la recepción de datos. El TT fue introducido en el diseño de USB para impedir a un dispositivo errante consumir una cantidad desproporcionada de tiempo en el bus compartido. Esto ayuda a mantener alta ocupación del bus limitando el tiempo que éste espera ocioso una respuesta que puede no llegar.
En el USB de cable, el presupuesto de TT es asignado a varios hubs, cables y dispositivos, constituyendo así la peor topología (la mayor tardanza).
En el USB inalámbrico, hay factores adicionales que pueden llevar el tiempo de vuelta más allá de los límites permitidos. Algunos toman más tiempo que otros para cambiar entre modos transmisión/recepción RF. La amplitud de banda de RF restringida puede forzar tiempos de transmisión más largos. Los paquetes perdidos comparan con TT infinito. La adición de corrección de error, y funciones de codificación, aumenta la latencia y consume la amplitud de banda adicional.
Otra diferencia principal entre comunicaciones por cable e inalámbricas es el índice de errores mucho más alto que debe esperarse en la capa física. La compensación para esto requiere el uso de corrección de error y funciones que aumentan y exacerban la cuestión de TT mencionada antes. En el caso restrictivo, cuando el índice de errores se hace muy alto, puede ser requerida la nueva transmisión de un paquete entero.
El USB estándar no fue diseñado con estas cuestiones en mente y no los acomoda bien. En tanto, el USB sin cable está diseñado para permitir a anfitriones de USB estándares, hubs y dispositivos, usarlo en situaciones de alta tardanza. Además, cualquier implementación particular puede combinar el soporte de velocidad y variantes de tipo de transferencia como sean requeridos. Con el USB estándar , los dispositivos con diferente velocidad y atributos de tipo de transferencia pueden juntarse y separarse del sistema al azar. El USB sin cable reconoce cada dispositivo automáticamente y proporciona el manejo de protocolo apropiado.
Como se observa en la Figura 2, instalar ExtremeUSB no afecta los sistemas que conecta, y ninguna instalación de software adicional es requerida. La solución USB sin Cable es instrumentada para ser autónoma.

El dongle es un pequeño dispositivo de hardware que se conecta en paralelo o a un puerto USB, actuando como protección de copia para una aplicación de software particular.
El dongle es conectado del lado del anfitrión (típicamente un ordenador personal). El software debe ser instalado en el ordenador personal. Este permite que el ordenador intercepte las comunicaciones USB en el nivel de software, luego formularlo de nuevo y enviarlo como una señal de TCP/IP por el conector USB, y luego al aire. Esta, por su parte, es recibida por el hub, que es realmente un convertidor TCP/IP-to-USB.
Esta estrategia asegura compatibilidad hacia atrás usando la existencia de conectores USB, pero realmente requiere actualizaciones de driver y añadir una capa de conversión TCP/IP-to-USB.
La desventaja de la solución TCP/IP es que las comunicaciones isócronas no son posibles, lo que significa que los ingenieros en sistemas deben incorporar cantidades extraordinarias de espacio libre de comunicaciones —que significa gasto suplementario — para conseguir performance sin problemas en sistemas audiovisuales.
Aunque los conectores de USB existentes están muy bien usados en el mercado, ultimamente la mejor solución no debería requerir un cambio de software en el nivel de drivers para miles y miles de tipos de dispositivo y millones de líneas de código.
Otra limitación importante de esta solución es que TCP/IP está siendo transportado, y este tipo del sistema sólo puede ser una solución interina en el camino al interfuncionamiento con otros sistemas USB Inalámbricos Certificados.
Los productos con esta capacidad incorporada, hasta los dongles, no trabajarán con el estándar USB Inalámbrico emergente y crearán un segundo “nuevo sabor” de USB para que consumidores deban hacer malabares.

En esencia, la única parte de USB original que permanecería son las uniones de software desde la capa de aplicaciones dentro del driver de software; todo lo demás deberá ser cambiado , incluyendo hardware, drivers y hasta arquitectura de sistema.
Este tipo de sistema es USB casi sólo de nombre y de hecho va hacia una nueva denominación: “USB Inalámbrico Certificado”. Esta solución pretende usar un acercamiento diferente a DS-UWB, llamado la Multibanda Multiplexaje por División en Frecuencia Ortogonal (MB-OFDM).
Una ventaja a este tipo del acercamiento consiste en que los sistemas pueden ser diseñados para esta especificación y optimizados para esta solución. Esto es verdadero con casi cada diseño de sistema de tierra. Pero las implicaciones para un ecosistema USB establecido no deberían ser subestimadas.
¿De este modo, cuál es el proveedor de sistemas que se vea motivado por la supuesta ganancia que podría hacer hoy? Más bien que diseñar para el futuro y esperar pasar ventas, la mayor parte de los proveedores serían obligados a tener tanto una solución USB de cable como una solución USB inalámbrica, con complejidad apropiada y soluciones para el sistema que asegure manejar correctamente ambos.
Por ejemplo, en el caso de mini-cards implementados en un ordenador personal, las señales de USB de cable estarán presentes ya que la especificación permite que tanto USB como la tecnología PCI EI sean usadas. Por lo tanto, la mayor parte de los sistemas no eliminarían el bus USB de todos modos. Incluso aunque los conectores USB pudieran ser eliminados en sistemas de ordenador personal que usan inalámbrico, el bus USB permanecería y todavía se requeriría que los desarrolladores de software escribieran nuevo software para este nuevo USB inalámbrico. En otras palabras, este método de poner en práctica USB inalámbrico es siempre un complemento al sistema, no un sustituto.
Finalmente, para subrayar el significado de la cuestión del software, vale la pena notar que los sistemas más empotrados, como los sistemas en videocámaras y teléfonos, corren otros sistemas operativos además de Microsoft Windows. Por lo tanto, la redefinición de drivers de software para USB significa afectar innumerables sistemas de software empotrados.
Obviamente, cuando los fabricantes evalúan sus opciones de tecnología para permitir una solución USB inalámbrica, hay muchas cuestiones para considerar. USB sin cable permite a estos fabricantes usar la base instalada de dispositivos USB, permite “cerrar” sistemas existentes tales como teléfonos móviles, videocámaras, impresoras, etc. aprovechando las ventajas del USB inalámbrico, apoyar una variedad de sistemas de operación, y todo lo que puedan soportar los dispositivos USB.
Cuando la tecnología USB sin Cable se haga disponible a los consumidores a lo largo de 2006, se espera que la demanda se intensifique. Y en esto puede estar la cuestión más importante a considerar por parte de los fabricantes: la felicidad de consumidor.

Esta revisión incorpora la performance más alta que los usuarios finales reclamaban, rápida tasa de transferencia de datos de 480 Mb/s. Combinando tres tasas de transferencia de datos dentro de la última especificación USB, periféricos que ya corren en las velocidades más lentas (1.5 Mb/s, 12 Mb/s) cubierto por versiones anteriores de la especificación (1.0 y 1.1) son rediseñados para ser totalmente compatibles con otros productos compatibles a la especificación 2.0 de USB.
En este sentido, usted lo enchufa, y trabaja.
Todos los sistemas 2.0 USB, como laptops, notebooks, y computadoras de escritorio, deben soportar por definición tres velocidades de transferencia de datos: 1.5 Mb/s, 12 Mb/s, y 480 Mb/s. La naturaleza de los periféricos, sin embargo, crea una situación un poco menos clara. Una clase de periféricos puede estar disponible con una rápida tasa de transferencia de datos, de 480 Mb/s, o con tasa de transferencia de datos más lento de 12 Mb/s. Son incluidos:

Cámaras digitales
Grabadores de CD-ROM
Drivers de DVD
Placas madre
Lectores de tarjeta flash
Tarjetas adaptador
Scanners
otros productos

La segunda clase de periféricos funciona en velocidades más lentas porque no necesitan precios de rápida transferencia de datos. (Y si ellos apoyaran tal performance, esto agregaría bastante costo al consumidor.) Estos incluyen:

Joysticks
Teclados
Mouses
otros productos

Como el USB Especificación 2.0 satisface todas las velocidades de transferencia de datos USB, bajo (1.5Mb/s), full (12Mb/s) y alto (480Mb/s), es importante que los fabricantes y vendedores comuniquen claramente el tipo del producto en el embalaje así como en su mercadotecnia y materiales publicitarios. El uso inconsecuente de la terminología en la combinación con la falsa idea general existente que USB 2.0 es sinónimo de la Alta Velocidad USB y/o el fracaso en mostrar el logotipo “USB Certificado” en productos calificados crea confusión en el mercado. La nomenclatura correcta para productos USB rápidos es “Alta-Velocidad USB.” La nomenclatura correcta para productos de USB de baja velocidad ó full es simplemente “USB”. Esto debería ser tenido en cuenta para nombrar cada producto.

Hay 2 Logotipos USB Certificado que no son intercambiables (véase abajo). Los productos que funcionan sólo en baja velocidad ó full pueden licenciarse para usar sólo la Versión Básica del logotipo (es decir sin el identificador especial de Alta Velocidad). Sólo los productos que pueden funcionar en rápido pueden licenciarse para usar la versión del logotipo. Los Logotipos “USB Certificado” indican productos que han completado con éxito el USB-IF Programa de Conformidad.

El logotipo de la Figura a indica que un producto ha completado con éxito el USB-IF, Programa de Pruebas de Conformidad, y soporta Alta Velocidad de transferencia de datos de USB en 480 Mb/s.

Logotipo (b) USB Certificado, para productos que no requieren las velocidades de transferencia de datos más altas, y que ha completado con éxito el USB-SI, Programa de Pruebas de Conformidad para dispositivos que funcionan en velocidades de USB originales (1.5 Mb/s o 12 Mb/s).