桌面协议带宽_无线ＵＳＢ协议的带宽分析

　　无线USB是一种新型互连方法，它为现有USB应用提供了一种替代的无线方案。无线USB设备的开发人员的首要考虑是保证与以往成熟技术(如USB2.0)相当的传输率。本文对无线USB带宽特性作了详细分析，并与USB进行了比较。然后，利用分析结果对几种单USB设备传输率需求与一系列有代表性的多USB设备配置进行建模。这些例子表明，大批潜在的USB设备亦可以采用无线USB技术实现。本文还有助于读者理解当前系统实现中可能会出现的瓶颈，以及进一步提升系统流量的可能方案。本文假设读者已熟悉了USB系统架构。
　　
　　介绍
　　
　　认证无线　USB(CertifiedWireless USB)是一种新技术，它提供的无线连接能力建立在强大的WiMedia超宽带(UWB)公共射频平台之上。WiMedia UWB可以提供高达480Mb／s的带宽，这也是有线USB2.0的带宽。因此，它吸引终端用户与应用开发人员将现有USB应用迁移到无线领域。USB无线技术应用将使便携硬盘驱动、打印机、数码相机、以及诸如PDA或手机一类的手持设备受益。
　　
　　现在人们对新协议到底能为应用或类驱动(class driver)提供多大的有效带宽表示关注。由于其无线特性，总开销中必须计入一些额外的部分。无线USB能否提供足够的带宽以支持应用USB的设备，尤其是那些基于庞大结构和高带宽要求的应用设备?本文特别关注无线USB协议的效率问题。首先，我们将详细分析降至帧级的无线协议开销，并提供其与USB的简单比较作为参考。接下来，我们将研究几个应用实例。最后，我们会简单讨论系统实现中的潜在瓶颈以及可能的解决方案。
　　
　　
　　无线USB协议开销的分析
　　
　　由于无线USB的自身特性，与有线USB相比，它要有一些“额外”的开销。无线USB建立在WiMedia UWB平台之上，该平台包含用于点对点(ad hoc)　个人域网络(piconet)的一个UWB物理(PHY)层，以及整套的分布式介质访问控制(MAC)协议。如图1所示，WiMedia MAC将空中时间划分成一种65ms的基本时序结构，名为超帧(superframe)。然后再进一步划分为256个介质访问隙(medium accessslot)。每个超帧都开始于一个占16个介质分配隙(MAS)的信标期(beaconperiod)。信标是WiMedia MAC的核心；每个活动的WiMedia设备尝试在信标周期内传输自己的信标时，都必须聆听其他的信标。换句话说，空中时间的1／16必须用于WiMedia MAC协议的信标操作。
　　
　　UWB技术也不可避免地带来了数据包级的开销，如前导(preamble)、PHY与MAC头(PLCP头)、IFS。所有这些都将考虑在下面的计算中。
　　需要注意的是，即使是最好的有线USB技术，虽然一般情况下比无线技术要小得多。也同样存在着通信方法的开销。一个典型实例就是“位填充”。同样，从应用观点看，在数据包级也存在着一些可以看作开销的部分，如SYNC、EOP和CRC等。
　　
　　无线USB协议中的改进
　　
　　为提高无线USB协议的效率，引入了事务类型和流量两种增强方法。
　　
　　图2是无线USB与有线USB之间事务概念的一个比较图。在USB 2.0中，传入或传出一个设备当中的任何一个数据包都需要来自U SB主机的一个令牌。在无线USB中，数据传输则以事务组(transaction group)的形式完成。事务组是指微调度管理指令(MMC)与被分配协议时间隙的组合，在时间隙期间执行一个或多个无线USB事务。即，对无线USB，并非每个空中传输数据包都需要一个令牌，一组针对不同端点(EP)管道(甚至是不同设备)的事务可以共享同一令牌。
　　
　　无线USB中的传输率改进是通过定义一种较大的包尺寸(最大为3584应用负荷)与数据的突发模式来实现的。通过使用数据突发模式，帧间距可以从10us减小到1.875us。另外，还可以使用突发先导(5.625us)来代替标准先导(9.875us)。
　　无线USB的拓扑结构产生了大的有效带宽。由于其无线特性，不再需要传统的“树”状拓扑，这样集线器就被省略了。原来消耗在集线器轮询上的时间现在可以用于数据传输。
　　
　　最后，无线USB在高级协议上作了一些优化。例如，对bulk-in(批量传入)事务，无线USB不需要一个主机来发送独立的握手包，而是将握手信息嵌入在其后的MMC中。这样进一步提高了信道的使用效率。另外，还省略了控制传输设置阶段的握手(handshake)，如果数据段后紧接着控制传输，则数据段令牌将嵌入到设置令牌中。
　　从上述分析可见，无线USB有一些由于无线特性以及介质访问控制层所可以无缝地迁移到无线USB上。至于海量存储这种“贪婪”的应用，无线USB的性能与USB 2.0相比会受到一些影响。这种情况下必须作进一步研究，从而确保在提供特定应用及无线解决方案时，性能的降级程度在可承受范围内。
　　
　　
　　实现建议
　　
　　如前所述，无线USB协议通过传输批量数据可以获得更好的带宽性能，系统设计者应有效地管理缓存，即当主机给出一个用于数据传输的时间窗口(CTA)时，设备应总是保有足够用于发送的数据，或有足够保存数据的缓存空间。缓存管理不仅要考虑来自应用的需求，还要考虑无线USB的端点成对描述符(endpoint　comp aniondescriptor)。否则，主机仍要根据包尺寸与突发尺寸来安排一个大的时间窗口，而事实上，设备实际只用到一部分时间。这也会浪费整体的总线带宽。
　　同样，如果无线USB主机可以积累来自较高层的多个事务请求，并将它们高效地组织成事务组，也将提升多设备配置的总体系统性能。当然，主机实现应有充足的本地缓存，以保存该事务组中发射或接收的数据包。