Bussystem & Schnittstelle (Hardware)

Wireless USB

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Certified Wireless USB (CWUSB) ist eine funkbasierte Erweiterung des Universal-Serial-Bus-Standards und soll die Sicherheit und Geschwindigkeit der kabelgebundenen Übertragung mit der unkomplizierten kabellosen Übertragung kombinieren.

CWUSB ist definiert durch das USB Implementers Forum. Parallel dazu existiert eine Spezifikation zu WUSB von Cypress Semiconductors, die aber nichts mit der offiziell von der USB-Organisation unterstützten Version zu tun hat.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Eigenschaften

CWUSB basiert auf der UWB-(OFDM-)Technologie (siehe auch ECMA-368), die durch die WiMedia Alliance definiert wird. Möglich sind dabei Übertragungsraten von bis zu 480 Mbit/s bei einer Entfernung bis 3 Meter, dies entspricht der Bandbreite von USB 2.0. Bei 10 Meter Entfernung beträgt die maximale Übertragungsrate 110 MBit/s.

Die Übertragung erfolgt dabei im Frequenzbereich zwischen 3,1 und 10,6 GHz, welcher in fünf Bandgruppen aufgeteilt ist. Die Bandgruppen eins bis vier sind in jeweils drei Bänder und die Bandgruppe fünf in zwei Bänder aufgeteilt. Ein Band belegt eine Bandbreite von 528 MHz. Die ersten Geräte werden für die Bandgruppe eins (3168 bis 4488 MHz) erwartet, wobei dieser Frequenzbereich momentan noch nicht weltweit für diese Technologie freigegeben ist. Dies wurde aber bis spätestens 2010 erwartet. In der EU wird jedoch gemäß Entscheidung der Europäischen Kommission für diese Technologie ab 2010 nur der Frequenzbereich 6 bis 8,5 GHz freigegeben. In Deutschland ist dieses bereits am 16. Januar 2008 geschehen.[1][2] Auf der CeBIT 2008 wurden von einigen Herstellern erste WUSB-Geräte vorgestellt.[3]

In einer neuen Revision wird es eine Bandgruppe sechs geben, die die Bänder 9, 10 und 11 beinhaltet. Diese Bänder sind weltweit ohne Einschränkungen verfügbar. Mobile Telephone werden wahrscheinlich die Bandgruppe drei oder sechs verwenden, da in der Bandgruppe eins Interferenzen mit UMTS/GSM/BT entstehen. Damit wären diese Geräte inkompatibel mit den ersten ausgelieferten Geräten, die nur die Bandgruppe eins unterstützen.

[Bearbeiten] Rollen

In CWUSB gibt es, wie in USB auch, einen Host, der bis zu 127 Devices (Geräte) bedienen kann. Der Host bestimmt dabei zu jedem Zeitpunkt, wann ein einzelnes Device etwas senden darf. Der Host nutzt dabei die Funktionen, die ein Device zur Verfügung stellt, z. B. stellt ein Mass Storage Device (MSC) dem Host Funktionen zum lesenden und schreibenden Zugriff auf einen Speicher zur Verfügung.

Ein CWUSB-Gerät kann ein einfaches Device, ein Host oder aber ein sogenanntes Dual Role Device sein. Ein Dual Role Device kann sowohl die Rolle eines Hosts als auch die eines Devices annehmen.

[Bearbeiten] Topologie

Die Verbindung zwischen Host und Device ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Ein Netzwerk aus einem Host und den verbundenen Devices nennt man Cluster. Devices können nur Daten mit dem Host austauschen, nicht jedoch direkt mit anderen Devices im Cluster.

[Bearbeiten] Sicherheit

Beispielbild WUSB-Verbindungen
Beispielbild WUSB-Verbindungen

Vor dem ersten Verbinden eines Devices mit einem Host muss die Verbindung erlaubt und autorisiert werden. Dazu gibt es zwei Verfahren: 1) Assoziation mit Benutzerkontrolle 2) die Out-Of-Band-Assoziation

Bei 1) wird mittels eines Vier-Wege-Handshakes ein gemeinsamer Schlüssel vereinbart, ohne ihn selbst über das Medium zu senden. Dazu sendet der Host eine Zufallszahl H an das Device, dieses antwortet mit einer Zufallszahl D. Nun wird ein gemeinsamer Schlüssel mit Hilfe einer CBC-MAC-Einwegfunktion aus H, D und den Device-Adressen berechnet. Da dieses Verfahren anfällig für den Man-in-the-middle-Angriff ist, muss der Benutzer auf der Host-Anzeige und der Device-Anzeige überprüfen, ob die dargestellten Zahlen die gleichen sind. Wenn dies der Fall ist und der Benutzer dies bestätigt, gilt die Verbindung als sicher und kann benutzt werden.

Bei 2) wird mittels einer kabelgebundenen USB-Verbindung die drahtlose Verbindung autorisiert, indem einige Daten übertragen werden (Encryption Key, Device Identifier, Host Identifier, Friendly Names, unterstützte UWB-Bänder usw.). Beim CWUSB-Verbindungsaufbau sind dann keine weiteren Eingaben mehr nötig. Alternativ kann der Schlüssel auch am Device angezeigt oder aufgedruckt werden und durch den Benutzer am Host eingegeben werden.

Die Authentifizierung ist nur einmal notwendig. Beim Erstellen einer Verbindung werden die Daten immer verschlüsselt (AES-128-CCM-Verschlüsselung), wenn der Host dem USB-Device eine Adresse zugewiesen hat.

[Bearbeiten] Migration von USB-Geräten nach CWUSB

Normale USB-Geräte können einfach auf die CWUSB-Technologie portiert werden, indem USB Devices an einen Device Wire Adapter (DWA) und ein USB-Host an ein Host Wire Adapter (HWA) angeschlossen werden. Das USB-Device erkennt das DWA als einen USB-Host und der Host sieht das HWA als ein Device. Ein oder mehrere DWAs sind dabei zu einem HWA über CWUSB drahtlos verbunden. Wired Adapter (WA) dienen somit als Brücke zwischen der wireless- und wired-Technologie.

[Bearbeiten] Chipsätze

Es gibt verschiedene Anbieter von CWUSB-Chipsätzen, die sowohl die Host-Rolle als auch die Device-Rolle annehmen können (in alphabetischer Reihenfolge und nicht vollständig):

[Bearbeiten] Protokoll-Analysatoren

Protokoll-Analysatoren dienen zum Aufnehmen und Überprüfen des Datenstroms. Die Daten werden übersichtlich aufbereitet und die verschiedenen Übertragungsprotokolle aufgeschlüsselt. Analysatoren sind z. B.

  • Ellisys Wireless USB Explorer
  • LeCroy UWB Tracer

[Bearbeiten] Quellen

  1. ↑ Frequenzen für Ultra-Wideband-Technologie bereitgestellt, Bundesnetzagentur, 16. Januar 2008 (PDF)
  2. ↑ Allgemeinzuteilung von Frequenzen für die Nutzung durch Anwendungen geringer Leistung der Ultra-Wideband (UWB) Technologie, Bundesnetzagentur (PDF)
  3. ↑ Wireless USB - Schluss mit dem Kabelsalat, CeBIT Trendspot 2008

[Bearbeiten] Weblinks

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