개요
USB(Universal Serial Bus)는 현재 시장에서 가장 널리 사용되는 연결 기술 중 하나다. 초광대역(UWB)은 고속 데이터 전송 기술로, 실내 무선 환경에서 유선과 같은 수준의 성능을 제공한다. UWB 기술은 컴퓨터 주변기기, 캠코더, 휴대폰 및 기타 여러 가지 전자 제품을 연결하느라 복잡하게 얽힌 USB 케이블을 대체할 잠재력을 갖추고 있다. 이 문서에서는 무선 USB를 실현하기 위한 세 가지 접근방식을 검토한다.
무선 USB를 위한 접근방식
현재 가장 유용하고 널리 사용되는 연결 방법 중 하나는 USB(Universal Serial Bus)다. 시중의 카메라, 캠코더, 녹음기, 컴퓨터, 스캐너, 프린터, 휴대폰, 전화기, 키보드, 디스플레이를 비롯한 많은 전자 제품에서 USB 연결 기술이 사용된다. 실제로 컴퓨터에 있는 USB 포트의 수보다 더 많은 기기를 연결할 수 있게 해주는 허브라는 장치가 개발될 만큼 USB 지원 연결 방식은 광범위하게 사용되고 있다. 시장 조사 회사인 인스태트(In-Stat)에 따르면 현재 시장에서의 USB 지원 장치 규모는 7억 개 정도이며, 그 규모가 2009년까지 약 21억 개로 증가할 전망이다. 이러한 모든 기기를 연결하면 연결선도 당연히 많아질 것이다. 각각의 연결선은 소비자에게는 제약을 의미한다. 한 가지 예로, 기기 간에는 물리적 연결이 서로 일치해야 하는데, 현재 시중에는 물리적으로 다양한 유형의 USB 커넥터가 존재하고 있다. 가정과 직장에서 USB 장치의 사용이 더 증가하고 있기 때문에 기기를 더 적절히 배치하고 복잡함과 혼란을 덜기 위해서는 배선을 줄이는 것이 바람직하다. 연결선을 줄이는 한 가지 명확한 해결책은 무선 연결을 사용하는 것이다. 여러 시장의 다양한 업체로부터 많은 기기가 출시되고 있으며, USB 케이블을 제거하기 위한 다양한 해결책도 제시되고 있다.
USB 신호를 무선으로 전송하는 기본적인 세 가지 방법은 다음과 같다.
1. USB 직렬 데이터 스트림을 초광대역(UWB) 무선 신호로 직접 변환한다. 기기는 USB가 케이블을 통해 전송되는지, 무선 신호를 통해 전송되는지 알지 못한다.
2. USB 커넥터만 사용하되, 데이터를 다시 패키징하여 커넥터에서 다른 신호(일반적으로 TCP/IP)로 전송하도록 한다.
3. USB를 전자 시스템 내부적으로 재정의하고, 소프트웨어의 애플리케이션 계층에서만 호환성을 유지한다. 이 방법은 최소한의 하위 호환성을 유지하는 솔루션이다.
현재 시장에는 무선 USB를 위한 여러 가지 솔루션이 있으며, 2006년부터 새로운 솔루션들이 등장할 전망이다.
무선(Cable-Free)™ USB
프리스케일 반도체의 솔루션인 무선(Cable-Free)™ USB는 이미 사용되고 있는 광범위한 USB 장치를 이용해 진정한 USB 무선 연결을 구현한다. 이 솔루션은 DS-UWB(Direct Sequence Ultra-Wideband)라는 무선 기술을 사용하여 USB 신호를 전송한다. 이 무선 기술은 기본적으로 매우 낮은 전송 전력에서 상당히 높은 데이터 전송률을 제공하며, 아울러 시스템 소비전력이 극히 낮다는 장점을 갖고 있다. 프리스케일의 경험에서 도출된 최선의 소비전력은 시스템 소비전력 1 밀리와트 당 1 메가비트의 전송률이다.프리스케일은 한 걸음 더 나아가 "진정한 USB" 인터페이스를 고성능 DS-UWB 무선 시스템에 구현시켰다. USB 2.0 인터페이스는 다음과 같은 여러 가지 장점을 제공한다.
• 프리스케일 DS-UWB 지원 시스템은 USB 2.0 표준을 기반으로 하기 때문에 소프트웨어 업데이트 없이 USB 지원 시스템에 연결할 수 있다.
• 프리스케일 DS-UWB 지원 시스템은 미니 카드 규격에 배치할 수 있으며, 호스트 시스템을 수정하지 않고 직접 USB 연결을 사용할 수 있다.
이러한 접근방식은 현재 시중에 나와 있는 7억 개 이상의 USB 장치를 현재 상태 그대로, 즉 변경하지 않고 연결할 수 있도록 해주며 USB 무선 운영을 구현하기 위한 솔루션을 제공한다.
현재 프리스케일은 상용 UWB 솔루션을 공급 중이며 고객들은 USB 솔루션 설계에 이를 사용하고 있다(보다 자세한 정보는 www.freescale.com/uwb 사이트에서 확인할 수 있다).
허브 설계
두 번째 방법은 허브 및 이 허브와 짝을 이루는 호스트 동글을 통해 UWB 신호를 다시 패키징하는 것이다. 호스트 측(일반적으로 PC)에 동글이 연결되고 PC에 소프트웨어가 설치된다. 이렇게 하면 PC는 소프트웨어 수준에서 USB 통신을 가로챈 다음 이를 다시 구성하여 TCP/IP 신호 형태로 USB 커넥터를 거쳐 공중으로 전송할 수 있다. 이 신호는 다시 허브에 수신되는데, 이것이 실질적으로 TCP/IP-USB 컨버터 박스다. 이 방법은 기존 USB 커넥터를 사용하므로 일부 하위 호환성을 제공하지만 드라이버 업데이트가 필요하며 TCP/IP-USB 변환 계층을 추가해야 한다. TCP/IP 솔루션의 단점은 등시성 통신을 사용할 수 없다는 점인데, 이는 캠코더, 텔레비전, 스테레오 시스템 또는 디지털 카메라와 같은 시청각 시스템을 위한 원활한 성능을 구현하려면 시스템 엔지니어가 상당한 통신 성능 여유를 구축해야 하며, 이로써 추가적인 비용이 발생하게 됨을 의미한다.
프리스케일은 이 솔루션 유형을 시험하였다. 프리스케일은 기존 USB 커넥터의 사용이 시장 관점에서는 매우 유익한 일이지만, 셀 수 없이 많은 기기 유형과 수백 만의 코드 라인을 고려할 때 결국 최적의 시장 솔루션은 드라이버 수준에서 많은 소프트웨어 변경을 요구해서는 안 된다고 판단하였다. 이 솔루션의 또 다른 중요한 제약 사항은 TCP/IP가 전송되기 때문에 이 유형의 시스템은 다른 인증된 무선 USB 시스템과의 상호운용에 있어서 중간적인 솔루션밖에 될 수 없다는 점이다. 이 기능을 내장하거나 동글로 구현하는 제품은 새로운 무선 USB 표준과 호환되지 않기 때문에 소비자 입장에서는 또 하나의 "새로운 변종" USB가 생기는 것일 뿐이다.
USB를 무선으로 재정의
세 번째 솔루션은 USB를 무선으로 재정의하고 기기 간의 로컬 무선 연결을 허용하는 것을 목표로 두는 것이다. 본질적으로, 원래의 USB에서 그대로 유지되는 것은 애플리케이션 계층에서 소프트웨어 드라이버 계층으로의 소프트웨어 연결 뿐이며, 하드웨어, 드라이버, 시스템 아키텍처 등 다른 모든 부분은 변경된다. 어떤 면에서 보면 이와 같은 시스템 유형은 이름만 USB라고 할 수 있다.
이 솔루션은 MB-OFDM(멀티 밴드 직교 주파수 분할 다중화)이라고 하며, UWB와는 다른 접근방식이다. 이 접근방식의 장점은 시스템을 이 사양에 맞춰 설계하고 솔루션에 최적화할 수 있다는 것이다. 이러한 장점은 거의 모든 신규 시스템 설계에 적용된다. 그러면 수익을 내기 위해 시스템 공급업체가 해야 할 것은 무엇인가? 대부분의 공급업체는 미래에 맞춰 솔루션을 설계하고 판매되기를 기다리기보다는 유선 USB 솔루션과 무선 USB 솔루션을 모두 갖추고, 시스템에서 이 두 가지를 모두 적절히 다룰 수 있는 타당한 수준의 복잡성과 솔루션을 확보해야 한다.
예를 들어, PC에 미니 카드를 구현하려면 유선 USB 신호가 반드시 있어야 하는데, 이는 이 사양이 USB와 PCI Express 상호 연결 기술을 모두 사용할 수 있게 해주기 때문이다. 따라서 대부분의 시스템은 어떤 경우에도 USB 버스를 없애지 않을 것이다. 사실 USB 커넥터는 PC 시스템에서 제거할 수 있겠지만 USB 버스가 그대로 유지되면 소프트웨어 개발자는 여전히 새로운 소프트웨어를 작성해야 한다.
즉, 이러한 무선 USB 구현 방법은 대체 방식이 아니라 항상 시스템에 추가하는 방식이다. 마지막으로 소프트웨어 문제의 중요성을 강조하자면, 캠코더나 전화기의 시스템 등의 대부분의 임베디드 시스템이 Microsoft?? Windows?? 외의 운영 체제를 구동한다는 사실을 알아야 한다. 이는 USB를 위해 소프트웨어 드라이버를 재정의한다는 것은 수없이 많은 임베디드 소프트웨어 시스템에 영향을 미치게 됨을 의미한다.
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