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ワイヤレスUSBは、ワイヤレスUSBプロモーターグループによって開発された、ユニバーサルシリアルバス（USB ）の短距離・高帯域幅無線通信プロトコルです。Wi -FiやCypress Wireless USBとは無関係です。かつてはWiMedia Allianceによって維持されていましたが、同団体は2009年に活動を停止しました。
ワイヤレスUSBは、 WiMedia Alliance [ 1 ] の超広帯域（UWB）共通無線プラットフォームに基づいており、最大3メートル（9.8フィート）の距離で480 Mbit/s 、最大10メートル（33フィート）の距離で110 Mbit/sの送信が可能です。3.1～10.6 GHzの周波数範囲で動作するように設計されていますが、一部の国では現地の規制政策により合法的な動作範囲が制限される場合があります。
2009年のWiMedia Allianceの解散[ 2 ]と、業界がWi-Fi、Bluetooth 、 WiGigなどの60GHz無線技術に移行したことで、ワイヤレスUSBの開発と商業的な採用は減少しました。この規格は現在では時代遅れとみなされています。
この標準のサポートはLinux 5.4 [ 3 ] [ 4 ]で非推奨となり、Linux 5.7 [ 5 ] [ 6 ]で削除されました。
この仕様の根拠は、あらゆる周辺機器の基盤としてUSBが圧倒的な成功を収めたことにあります。その理由としては、極めて使いやすく、低コストであることなどが挙げられ、これにより、双方向で高速なポートアーキテクチャが広く普及することが可能になりました。UWB（ Ultra-WideBand ）の定義は、USBの機能と転送速度（USB 2.0では1.5および12 Mbit/sから最大480 Mbit/s ）に非常に近いものであり、短距離（3メートル、最大10メートルでは110 Mbit/sに速度が低下します）でのUSBの自然な無線拡張となります。しかし、周辺機器に電力を供給する物理的なバスはもはや存在せず、ワイヤがないということは、USBシステムでは通常当然のこととされているいくつかの特性を他の手段で実現する必要があることを意味します。
この仕様の目的は、インテリジェントなホストと動作がシンプルなデバイスに基づくUSBの機能モデルを維持しつつ、無線環境での動作を可能にし、従来の有線システムと同等のセキュリティレベルを確保することでした。また、同等の電力効率も目指しています。これを実現するために、適切な物理層とメディアアクセス制御を定義する既存の標準規格を使用し、それによって望ましいパフォーマンスを実現しています。さらに、両方のアーキテクチャ上の取り組みを統合するためのコンバージェンス層を追加しています。
W-USBは、物理的なバスではなく論理的なバスとして定義され、ホストと複数の周辺機器を同時に接続できます。ホストは、時分割多重アクセス（TDMA）方式によって利用可能な帯域幅を分割します。これにより、USBが持つデバイスを安全にオンザフライで管理する機能が維持されます。ホストは最大10メートル離れたデバイスと通信できます。
ワイヤレスUSBは、ゲームコントローラー、プリンター、スキャナー、デジタルカメラ、ポータブルメディアプレーヤー、ハードディスクドライブ、USBフラッシュドライブなどに利用できる可能性があった[ 7 ] 。また、超広帯域プロトコルを使用したUSBによる並列ビデオストリームの転送にも適していた。
ワイヤレスUSBプロモーターグループは、ワイヤレスUSBプロトコルを定義するために2004年2月に設立されました。このグループは、 Agere Systems （現在はLSI Corporationと合併[ 8 ]）、Hewlett-Packard、Intel、Microsoft、NEC Corporation、Philips Semiconductors、およびSamsungで構成されていました。[ 9 ]
2005年5月、ワイヤレスUSBプロモーターグループはワイヤレスUSB仕様のバージョン1.0を発表した。[ 10 ]
2006年6月、5社が初のマルチベンダー相互運用性ワイヤレスUSBのデモンストレーションを披露した。Alereon PHYを使用したIntelホストアダプタを搭載したノートパソコンを使用して、Staccato Communications PHYを搭載したPhilipsワイヤレス半導体から高解像度ビデオを転送した。これらはすべて、ワイヤレスUSB用に開発されたMicrosoft Windows XPドライバを使用して行われた。[ 11 ]
2006 年 10 月、米国連邦通信委員会(FCC) は、 WiQuest Communicationsのホスト ワイヤ アダプタ (HWA) およびデバイス ワイヤ アダプタ (DWA) ワイヤレス USB 製品を屋外および屋内での使用の両方で承認しました。最初の小売製品は、 2007 年半ばに、 Alereon、Intel、および NEC のシリコンを使用して IOGEAR から出荷されました。ほぼ同時期に、Belkin、Dell、Lenovo、および D-Link は、WiQuest の技術を組み込んだ製品の出荷を開始しました。これらの製品には、ノート PC に組み込まれたカードや、ワイヤレス USB を搭載していない PC 用のアダプタが含まれていました。2008 年、Kensington の新しいワイヤレス USB ドッキング ステーションが Dell を通じて入手可能になりました。この製品は、DisplayLink USB グラフィックス技術を使用して USB 接続を介してビデオとグラフィックスをサポートする市場初の製品であるという点でユニークでした。Kensington は、ノート PC と外部モニター、スピーカー、および既存の有線 USB 周辺機器とのワイヤレス接続のために、2008 年 8 月にワイヤレス USB ユニバーサル ドッキング ステーションをリリースしました。Imationは、2008年第4四半期に新しい外付けワイヤレスHDDが発売されることを発表した。[ 12 ]
2009 年 3 月 16 日、WiMedia Alliance はWiMedia 超広帯域 (UWB) 仕様の譲渡契約を発表しました。WiMedia は仕様をBluetooth Special Interest Group (SIG)、Wireless USB Promoter Group、およびUSB Implementers Forumに譲渡しました。技術譲渡後、WiMedia Alliance は活動を停止しました。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 2009 年 10 月、Bluetooth Special Interest Group は代替 MAC/PHY、Bluetooth 3.0/High Speed 技術の一部として UWB の開発を中止しました。少数ではあるものの重要な数の元 WiMedia メンバーが、知的財産譲渡に必要な契約に署名しておらず、今後も署名しないだろうと判断されました。その後、Bluetooth グループは UWB から60 GHzに注目を向けました。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
2010年9月29日に発表されたワイヤレスUSB仕様のバージョン1.1は、この規格に関して公開された最後の主要な改訂版であり、現在も最新の最終版です。それ以降、この技術は仕様の更新や活発な開発が行われておらず、2010年以降、ハードウェアや規格の重要な更新がないため、ワイヤレスUSBは現在では時代遅れとみなされています。[ 19 ]
これにより、6GHz以上の周波数帯におけるUWB上位帯域のサポート、電力管理と消費電力の改善、NFCおよび近接ベースの関連付けのサポートなど、いくつかの後方互換性のある改良が実現されました。
前述のとおり、USBモデルはそのまま維持され、ワイヤレスシステムの特定のニーズに合わせて細かな調整が加えられています。変更点は上から順に以下のとおりです。
バス層で銅線を置き換えると、ホストとデバイスの接続状態に関する不確実性が生じ、さらに重要なことに、信号の範囲内にあるあらゆるデバイスに通信が漏洩するリスクが高まります。一方、有線接続は比較的安全でした。そのため、明示的な安全な接続関係を確立する必要があります。これを実現するために、バス層とデバイス層は機能層に必要なリソースを提供します。W-USBの各送信は、層間の通信を妨げることなく、バス層によって暗号化されます。
このバスは、ホストが監視するTDMAベースのポーリング方式を採用しています。転送は、トークン、データ、ハンドシェイクの3つの部分で構成されます。効率化のため、デバイスのタイミング情報を含む複数のトークンを1つにまとめ、トランザクショングループを形成することができます。フロー制御とパケットサイズは、送信元と宛先間の通信における高レベルのパイプモデルを尊重しつつ、電力効率を考慮して調整されます。
USBモデルで一般的に見られる無線メディアのエラー率を維持するには、そのモデルを実現するために使用されるメカニズム、特にデータハンドシェイクやバッファリングなどの変更が必要となる。
UWBはPHY層とMAC層の両方を定義しており、これらはW-USBモデルに統合する必要があります。具体的には、MACは論理リンク制御（LLC）サブレイヤーと結合してリンク層を形成し、暗号化/復号化、PHYエラー管理、同期を担当します。一方、PHY自体はヘッダーの正当性を保証するものであり、ペイロードの正当性は保証しません。
MACレイヤーはW-USBにおいて特に重要です。MACレイヤーは256個のタイムスロットに分割されたスーパーフレームを使用し、最初のタイムスロットはビーコン情報の転送専用です。スロットは、MMC（下記参照）によって識別されるデバイスクラスタのニーズに合わせてさらに割り当てることができます。ホストは1つ以上のW-USB通信チャネルを維持し、MACレイヤーを完全に認識していますが、デバイスは既存のチャネルを介して通信するために定義されたW-USBインターフェイスを使用するだけで済みます。
デバイスにおけるMACアドレス認識には3つの段階があります。最も高い段階は自己ビーコンデバイスであり、これは自身でビーコンを送信できます。次の段階は指向性ビーコンデバイスであり、MACフレームを認識せず、ビーコン送信機能が限定的で、ホストが近くのデバイスを検出してビーコンを送信することに依存しています。最後に、非ビーコンデバイスがあり、これは送受信機能が非常に限られています。一方、ホストによって検出されないデバイスは、これらのデバイスの影響を受けることも、影響を与えることもできません。
したがって、ビーコンを発信しないデバイスは、ホストのごく近傍でのみ動作可能です。指向性ビーコン発信デバイスと自己ビーコン発信デバイスは、隠れた隣接デバイスを識別する必要があり、そのためにビーコンを発信します。ホスト側では、物理媒体の要求する精度（20 ppm）でグローバルタイマーを管理します。チャネル時間はMMC内で送信され、スロット割り当てに使用されるため、ホストが正確なビーコン発信を行うことが重要です。デバイスは、予約宣言をビーコン発信することもあります。
スーパーフレームには、デバイスによって開始される非同期転送のためのデバイス通知タイムスロットが含まれています（パイプを使用せず、バス層に直接アクセスします）。ホストは必要に応じてスロットを動的に割り当てます。これらに加えて、ホストとエンドポイント間のW-USBトランザクションはUSBと同様に実行されます。
トランザクションは、USBセマンティクスに準拠しながらTDMAマイクロスケジューリングを使用します。複数のトランザクションを同時に実行できるように、分割トランザクションプロトコルが使用されます。これは、マイクロスケジューリング管理コマンド（MMC）と、それに関連付けられたワークロードの実行に割り当てられたタイムスロットで構成されるトランザクショングループの概念に関連しています。
無線データ転送では、非常に大きなオーバーヘッドが発生する傾向があります。これを軽減するために、W-USBはバーストモードデータフェーズを採用しています。この方式では、1つまたは複数のデータパケットをグループ化することで、パケット区切り文字と間隔を削減します。これは、トランザクションごとに1つのデータパケットを送信するUSBのルールとは対照的です。この方式の適用範囲は調整可能であり、競合するデバイス間で公平性を調整することができます。
この仕様では、4種類の特定のデータ転送タイプが定義されており、それらの識別特性を以下にまとめる。
電力管理はデータ転送にも影響を与える可能性があります。デバイスは電力使用量を自由に制御できるためです。通信プロトコルがTDMAに基づいているということは、ホストとデバイスの両方が、自身の存在が不要なタイミングを正確に把握し、これを利用して省電力モードに入ることができることを意味します。デバイスは、接続を維持したまま、ホストに対して透過的に無線をオフにすることができます。また、事前にホストに通知していれば、ホストからのすべての通信を無視するため、長期間にわたって電源をオフにすることも可能です。最終的に、デバイスはウェイクアップ手順を開始し、保留中の作業を確認します。
一方、ホストは通常、無線機能が不要になったときに無線機能をオフにします。チャネルを停止したり、一時的に休止状態やシャットダウン状態に移行したりする場合は、事前にデバイスに通知する必要があります。
WUSBアーキテクチャでは、最大127台のデバイスをホストに直接接続できます。ケーブルやポートが不要なため、ハブも不要になります。
しかし、有線から無線への移行を容易にするため、WUSBは新しいデバイスワイヤアダプタ（DWA）クラスを導入しました。DWAは「WUSBハブ」とも呼ばれ、既存のUSB 2.0デバイスをWUSBホストと無線で使用できるようにします。
WUSBホスト機能は、ホストワイヤアダプタ（HWA）を使用することで、既存のPCに追加できます。HWAはUSB 2.0デバイスで、デスクトップPCまたはノートPCのUSBポートに外部接続するか、ノートPCのMiniCardインターフェースに内部接続します。
WUSBは、デュアルロールデバイス（DRD）もサポートしています。DRDは、WUSBデバイスであることに加えて、限定的な機能を持つホストとしても機能します。例えば、デジタルカメラは、コンピュータに接続されているときはデバイスとして動作し、画像をプリンターに直接転送するときはホストとして動作します。
W-USBは、ホスト、デバイス、および相互接続サポートで構成される真のUSBシステムを構成できます。これはUSBハブアンドスポークモデルを採用しており、最大127台の無線デバイスがホスト（ハブ）とポイントツーポイントリンク（スポーク）を形成できます。ホストコントローラはシステム内で唯一のものであり、通常は稼働中のコンピュータに組み込まれていますが、シンプルなUSB接続、場合によっては無線接続で接続することも可能です。このようなトポロジーはスター型ネットワークに似ていますが、（すべての通信は厳密にポイントツーポイントであり、デバイス間での通信は行われません）。
一般的な有線USBデバイスを接続できるようにするため、仕様ではデバイスワイヤアダプタを定義しています。同様に、ホストはホストワイヤアダプタを使用してW-USBシステムに接続します。物理層は超広帯域（UWB）に基づいていますが、W-USBデバイスは完全に準拠したUSBインターフェースを備えています。物理層は幅広い転送速度をサポートできますが、そのうち53.3、106.7、200 Mbit/sの3つは必須サポートとして定義されており、その他のUWB速度はデバイスにとってオプションです（ホストはそれらすべてをサポートする必要があります）。
W-USBデバイスは、従来のUSBと同様に分類されます。ワイヤアダプタが存在するため、従来のUSBハブは不要です。デバイスはホストとの通信パイプを1つ以上サポートし、USB制御パイプにエンドポイント0を割り当てます。デバイスタイプ情報は、このパイプを介して取得できます。
ホストとの接続は、ある時点で送信される確立メッセージによって確立されます。その後、ホストとデバイスはそれぞれ固有のキーを使用して認証を行います。認証が成功すると、ホストはデバイスに固有のUSBアドレスを割り当て、デバイスはUSBプロトコルから認識可能になります。接続モデルでは、オンザフライで予告なしに切断される可能性があるため、接続は常にアクティブな状態を維持する必要があります。ホストまたはデバイスによる強制切断の他に、長時間の非アクティブ状態によっても同様の終了メカニズムがトリガーされる場合があります。
さらに、W-USBホストは有線ホストの責任範囲を超えるその他の責任も負っています。具体的には、MACサブレイヤーがデバイスのMACレイヤーの適合性を監視する責任を負います。必要に応じて、デバイスのビーコン送信を支援し、送信されるビーコンデータを処理する必要があります。また、UWB無線および関連する帯域幅は他のエンティティと共有される場合があり、ホストは定義されたポリシーが満たされていることを確認する必要があります。共有使用（干渉を回避するために調整される場合もあります）に応じて、完全な機能または部分的な機能を提供できます。
UWBは、2002年2月にFCCがUWBに関して定めた規則で定義されているように、3.1GHzから10.6GHz の周波数範囲内で、500MHz以上のスペクトル、または20%を超える部分帯域幅にわたって放射された無線周波数エネルギーを拡散するエネルギーパルスを使用する無線通信の総称です。UWBはWiMediaや他の企業またはグループに特有のものではなく、実際にはWiMediaとは全く関係のないUWB技術を開発しているグループや企業が多数存在します。WUSBは、 WiMediaのUWB無線プラットフォームを使用したUSB実装者フォーラムによって公布されたプロトコルです。WiMediaのUWB無線プラットフォームを使用する意向を表明した他のプロトコルには、BluetoothやWiMedia論理リンク制御プロトコルなどがあります。
ワイヤレスUSBは、 WiGig など60GHz帯を利用する他の提案/競合規格といくつかの点で異なっています。
堅牢性は仕様策定における主要な懸念事項の一つであり、そのため、リソース管理やデバイスの接続／切断は有線USBよりもさらに重要になります。パケット損失や破損は、タイムアウト、ハードウェアバッファリング、リトライ保証（転送モデルの説明で述べた通り）、その他のフロー制御方式によって対処されます。同期ポリシーを維持できない場合は、ハードウェアまたはソフトウェア（リトライ、最大リトライ回数の制限、障害回復の判断など）によってエラーを処理できます。
W-USBホストは、無線媒体の信頼性の低さ（1kB パケットの場合、10%のエラー率が許容範囲内とみなされます。有線媒体では通常10⁻⁹程度です）を軽減するために、各デバイスのカウンタと統計情報を保持し、必要に応じてデバイスから情報を要求します。また、各デバイスの送信電力制御機能にアクセスして変更したり、データペイロードサイズや帯域幅調整などの送信パラメータを変更したりすることもできます。
常に重視されるのは、従来のUSBと同等のサービス品質を提供することです。有線接続は（一般的な信頼できる動作環境を前提として）非常に高いレベルのセキュリティを提供するため、標準USBではセキュリティ対策は行われませんが、その適用性や実装性を損なうものではありません。W-USBはセキュリティを明示的に管理しますが、UWBの基盤を活用するのではなく、USB全般に有効なモデルを設計します。そのため、共通のUSBデバイス制御プレーンに追加する必要があります。
通信が成立するためには、安全な関係を確立する必要があります。これらの関係には明確な目的があり、グループへの参加が制限されている必要があります。このグループが、目的の作業を実行するための信頼の基盤となります。有線システムでは、データ転送は制御された物理的接続を伴います。これは、所有権の概念を通じて無線領域に反映されます。つまり、ユーザーがデバイスに信頼を与え、デバイスは（いわゆるセレモニーでやり取りしながら）他のデバイスにこの信頼を証明し、目的の関連付けを形成します。USBアドレス識別子は、所有者の信頼の証です。アプリケーションによっては、このUSB固有のモデルで直接サポートされていない他の信頼の基盤が必要になる場合があり、その場合はコアUSBスタック上に実装することができます。
さらに、信頼関係は維持されなければならず、そうでなければ失効します。クラスタのグループキーを受け取ったデバイスは、少なくとも4秒に設定された信頼タイムアウトの範囲内で自身の存在を確認することで、接続を維持する必要があります。この要件を満たせない場合、再認証が要求されます。
USBの自然な非対称性に従い、ホストは（シグナリングを除く）すべてのプロセスを開始し、セキュリティも例外ではありません。セキュリティ要求はデバイスに対して行われ、デバイスのセキュリティ機能を調べ、その後、適切なデバイスを選択できます。標準的な対称暗号化方式はCCMを使用したAES-128ですが、達成されるセキュリティレベルが同等であれば（実際には3072ビットRSAとハッシュにSHA-256を使用することで）、初期認証（つまり、初期CCMキーの送信のみ）には公開鍵暗号化を使用することもできます。
マスターキーとセッションキーには違いがあることに注意してください。マスターキーは有効期間が長く、通常は共有シークレットとして、またはセッションキーを配布する手段として機能します。セッションキーは、作成された接続が終了すると無効になり、通常は暗号化/復号化のメカニズムとして機能します。特定のヘッダーフィールドによって、使用可能なキーが示されます。また、リプレイ攻撃防止メカニズムでは、有効な受信時に更新されるカウンタを保持する必要があることも重要です。これらのカウンタの範囲によって、セッションキーの有効期間がさらに制限されます。
ケーブルフリーUSBの競合する直接シーケンス超広帯域技術に基づくものなど、ワイヤレスUSBの他の形式も存在する。 [ 23 ] USBを伝送できる他の無線周波数ベースの有線代替システムについても同様であった。その結果、消費者がどの製品が規格に準拠し、正しいプロトコルとデータレートをサポートするかを識別できるように、Certified Wireless USBという名称が採用された。
USB over IPもあり、これはIPベースのネットワークを使用してUSBトラフィックをワイヤレスで転送するものでした。たとえば、適切なドライバがあれば、ホスト側は802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi（または有線イーサネット）を使用してデバイスと通信できた可能性があります。[ 24 ]
2013年現在メディアアグノスティックUSB（MA USB ）は、USBインプリメンターズフォーラムによって開発されている仕様です。これは、Wi-FiやWiGig無線ネットワークを含む幅広い物理通信メディア上で、ユニバーサルシリアルバス（USB）プロトコルを使用した通信を可能にすることを目的としています。 [ 25 ]このプロトコルは、Wi -Fi Allianceの以前のWiGigシリアル拡張仕様をベースに開発されています。[ 26 ] [ 27 ]
メディア非依存型USBは、認定ワイヤレスUSBなどの従来のワイヤレスUSBプロトコルとは異なり、混同すべきではありません。
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