Úvod > Články > USB z domácích sítí do aut

USB z domácích sítí do aut

Sériová sběrnice nachází své místo nejen při propojení domácí zábavní elektroniky, ale začíná se prosazovat v sítích v automobilech, pro zábavu, informace a navigaci. Dříve telematické systémy využívaly výhradně bezdrátovou komunikaci, typicky Bluetooth, ale USB či Firewire nabízí nesrovnatelně vyšší kapacitu.

Sériová sběrnice není konvenční sběrnice, kde více připojených zařízení sdílí dané médium. Sériová sběrnice je také něco jiného než sériový spoj např. RS-232, který je pouze dvoubodový. Sériová sběrnice totiž připojuje zařízení více sekcemi sériových spojů organizovaných pomocí komunikačního protokolu.

USB (Universal Serial Bus) je průmyslová specifikace pro externí rozšíření sběrnice, které zjednodušuje připojení periferních zařízení. Sběrnice USB byla specifikovaná v roce 1995. Většina počítačů vyrobených po roce 1998 má zabudované nejméně dva porty USB a většina operačních systémů nabízí ovladače pro USB, takže připojení nových zařízení po USB je vcelku automatizovaný proces.

Hlavní výhodou využití USB v domácích sítích je schopnost výměny připojených zařízení za chodu sítě s řetězovou architekturou (daisy-chain). Zařízení se připojují buď přímo na USB port PC nebo na jiná zařízení s USB a vytvářejí tak řetězec. A pokud se „spotřebují“ všechny porty, lze použít také rozbočovač USB s dalšími porty. USB podporuje až 127 zařízení najednou prostřednictvím propojených externích rozbočovačů.

Vzdálenost mezi dvěma zařízeními s plnou rychlostí je maximálně 5 m a pro pomalá zařízení 3 m. Rozbočovače umožňují propojení až do vzdálenosti 25 m s dodržením délky jednotlivých segmentů.

USB má již několik verzí, které se liší svojí kapacitou a podporou multimediálních moderních aplikací. USB 1.1 nabízí rychlost do 12 Mb/s a podporuje jak asynchronní, tak isochronní kanály (např. pro distribuci komprimovaného videa). Datový kabel USB podporuje integrované napájení, což je zajímavé zejména pro malá zařízení. Specifikace zajišťuje automatické zjištění požadavků na napájení a podporuje požadovanou úroveň kvality služby (QoS). USB 2.0 nabízí kapacitu 460-480 Mb/s, takže ještě lépe vyhovuje současným požadavkům širokopásmových aplikací.

Skupina Wireless USB Promoter Group koncem loňského roku připravila specifikaci pro bezdrátovou variantu USB pro rychlosti do 480 Mb/s v dosahu 3 metrů a s nižší propustností s rostoucí vzdáleností (do 10 m). Bezdrátová komunikace je založena na technologii UWB (ultrawideband), která jako jediná na vzdálenost několika metrů je schopna nabídnout propustnost až v řádu Gb/s.

USB v automobilech

Mazda Motor Corp. vyvinula novou koncepci automobilu Sassou, které používá pevné USB nejen pro programování funkcí vozu, ale nahrazuje dokonce klíček. USB klíčenka totiž otevře auto a aktivuje veškeré vnitřní systémy. Ty řidič následně může ovládat pomocí joysticku a displeje. USB také slouží pro informace a zábavu: pro stahování informací, hudebních klipů, map, která si pak řidič může natáhnout na pevný disk v autě nebo do navigačního systému.

Použití USB zvažují všichni přední výrobci automobilů, pro vnitřní propojení systémů a pro uživatelské aplikace. Volkswagen v některých modelech již zabudoval USB konektor pro připojení USB flash paměti nebo MP3 přehrávače. USB je pro uživatele již dostatečně známou technologií, takže jeho implementace v automobilech je poměrně přijatelná. Samozřejmě jeho implementace ale vyžaduje vypořádat se s prostředím automobilu a podmínkami práce. USB také nesmí prodražit auto a hlavně nesmí zastarat rychleji než je předpokládaná životnost automobilu. Širší využití USB pro kompletní zasíťování vozu je proto zatím hudbou budoucnosti.

Bezdrátové USB předvedla na lednovém CES společnost Freescale (CableFree USB): bezdrátový video systém v rodinném autě. Demonstrace sestávala ze dvou samostatných video toků na dvě obrazovky LCD zabudované v opěrkách hlavy na předních sedadlech.

IEEE 1394 alias Firewire

Konkurentem USB je normalizované řešení sériové sběrnice, IEEE 1394, s průmyslovým označením Firewire Bus (původní označení podle Apple Computer) nebo iLink (podle SONY). Technologie sériové sběrnice byla navržena na podporu jak asynchronního tak isochronního přenosu, takže podporuje multimediální přenosy v domácích sítích zejména pro účely zábavy (včetně HDTV).

Vývoj sériové sběrnice kromě IEEE koordinuje také 1394 Trade Association (TA), průmyslové sdružení založené v roce 1994. Řada dalších normalizačních organizací přijala 1394 jako rozhraní pro digitální komunikace: Digital VCR Conference (DVC), DVB, Video Experts Standards Association (VESA), EIA i ANSI.

USB a 1394 se doplňují: 1364 se hodí pro propojení zařízení s většími nároky na kapacitu, zatímco USB je cenově příznivější a nabízí střední kapacitu. U obou řešení roste zájem o bezdrátovou variantu nabízející slušnou kapacitu.

Struktura sériové sběrnice podle 1394 je jedinečná tím, že přenosové médium složené z mnoha dvoubodových spojů mezi dvojicemi jednotlivých portů je sdílené, a to prostřednictvím opakování paketů přijatých na jednom portu na jiné aktivní porty každého uzlu. Topologie 1394 tak připomíná spíše strom s jedním uzlem v kořeni a s ostatními uzly na jednotlivých větvích. Zařízení s více porty jsou součástí větví a zařízení s jedním portem tvoří tzv. list grafu. Role každého uzlu se ustavuje v inicializační fázi sběrnice, kdy se propojuje a nastartuje více zařízení.

IEEE 1394 podporuje propojení až 63 zařízení do topologie hvězda nebo strom, ale s omezením, že se v řetězci nepoužije více jak 16 kabelů (délky do 4,5 m) a nepřekročí se vzdálenost 72 metrů mezi jakýmikoli dvěma uzly v síti. S opakovači/mosty lze ale snadno tuto podmínku obejít a propojit prakticky neomezený počet sběrnicových segmentů.

Omezení jsou daná adresovou strukturou: každý uzel má totiž identifikátor v délce 16 bitů, z čehož deset bitů specifikuje danou sběrnici (tj. 1024 jedinečně identifikovatelných sběrnic) a zbývajících šest bitů představuje fyzický identifikátor uzlu. Dalších 48 bitů je určeno pro adresaci specifické pozice v paměti uzlu. Adresace se provádí dynamicky při každém startu systému, nebo při jeho přidání či odebrání ze sítě.

První verze normy IEEE 1394 z roku 1995 podporovala rychlost 50 Mb/s, později schválené IEEE 1394a už nabízí rychlosti 100, 200 a 400 Mb/s po stíněném krouceném páru (STP) o délce 4,5 m. Běžně potřebuje 1394 dva stíněné páry schopné vysílat a přijímat signál v kterémkoli směru a pár napájecích kabelů. 1394 specifikuje dva typy kabelů: se dvěma a se třemi páry. V druhé případě dva stíněné kroucené páry přenášejí signály a případný třetí pár je určen pro integrované napájení.

Nejnovější IEEE 1394b už podporuje po STP a skleněné optice přenos dat rychlostí 1,6 Gb/s a po jiném médiu rychlostí do 100 Mb/s. Díky kódování typu 6B10B a režimu plného duplexu lze přenášet signál po UTP kategorie 5 délky 100 m a po STP o délce 4,5 m, po plastovém optickém vláknu délky do 50 m a po skleněném optickém vláknu a HPCF (Hard Polymer Clad Fiber) délky do 100 m.

1394 Trade Association vypracovala v roce 2004 specifikaci adaptační vrstvy (PAL, Protocol Adaptation Layer) mezi bezdrátovou malou sítí podle IEEE 802.15.3 a aplikacemi vyvinutými pro „pevné“ IEEE 1394 (Firewireless). PAL podporuje QoS a zahrnuje také funkci bezdrátového mostu podle IEEE 1394.1. Bezdrátový FireWire lze implementovat s jakoukoli fyzickou vrstvou, ať normalizovanou či nikoli.

Firewire v autech

Renault implementoval v jednom z modelů Espace rychlé síťové propojení IEEE 1394 pomocí plastického optického vlákna (POF, Plastic Optical Fibre). Tato „infrastruktura“ je levnější a robustnější než měděná kabeláž a nabízí značnou propustnost a dovoluje přenášet filmy z DVD, video hry, navigační mapy GPS či HDTV na LCD displeje na zadních stranách opěrek předních sedadel. Obrazovky jsou citlivé na dotek, takže menu pro výběr je vskutku na dosah. V automobilu jsou rovněž zásuvky pro připojení přehrávačů MP3/CD, video konzolí či laptopů k síti. Pro řidiče je ale zajímavější parkovací kamera, která snímá obraz za vozidlem a přenáší jej na displej na palubní desce.