- 케이블 없이 USB 2.0급 주변기기를 연결하려던 무선 USB는 UWB 표준 경쟁과 낮은 실사용 성능, 드라이버·호환성 문제, 부족한 내장 지원이 겹치며 빠르게 사라짐
- 기술적 기반은 짧은 거리에서 높은 대역폭을 노린 UWB였고, 2002년 FCC 승인 이후 IEEE 802.15.3a와 WiMedia Alliance를 중심으로 고속 WPAN 표준화가 추진됨
- 시장은 Motorola/Freescale의 DS-UWB·Cable-Free USB와 Intel·USB-IF의 MB-OFDM·Certified Wireless USB로 갈라졌고, 두 방식은 상호 호환되지 않았음
- 실제 제품은 동작하긴 했지만 1.09GB 파일 복사에 약 10~11분이 걸리고 영상 미러링에서 프레임 드롭이 발생해 광고된 480Mb/s와 큰 차이를 보임
- Wi-Fi와 Bluetooth가 프린터, 카메라, HID, 파일 전송, AirDrop·Quick Share 같은 근거리 연결을 흡수하면서 WPAN의 약속은 무선 USB 없이 실현됨
무선 USB가 풀려던 불편
- Palm OS 기반 Fossil Wrist PDA 스마트워치는 온보드 네트워킹 라이브러리가 없지만, Palm m505 라이브러리를 이용하면 USB 직렬 포트로 PPP를 쓸 수 있음
- 손목시계를 계속 USB 포트에 꽂아야 한다는 점이 문제였고, 이를 피할 수단으로 실제 출시됐던 무선 USB 장비가 검토됨
- 무선 USB는 한때 제품으로 존재했지만, 경쟁 표준이 시장을 쪼개면서 관련 기술이 비교적 빠르게 사라짐
- 검토 범위는 무선 USB의 기술 배경, 경쟁 표준의 작동 방식, 실제 제품 성능, Palm 스마트워치 같은 구형 장비에 도움이 되는지 여부임
UWB와 WPAN의 기술 배경
- 802.11 Wi-Fi가 1997년에 등장하고 Apple이 1999년 iBook G3에 802.11b를 적용하면서, 다양한 장치를 완전히 무선화할 수 있다는 기대가 커짐
- 컴퓨터 한 대와 사용자 주변의 짧은 거리 네트워크는 이 흐름 속에서 PAN/WPAN으로 불리게 됨
- Bluetooth는 이 영역에 먼저 들어왔지만 높은 데이터율이 필요한 주변기기용으로 설계되지는 않았고, 현대 고속 Bluetooth도 사양상 50Mb/s를 넘지 않음
- 고속 WPAN의 기반 기술로 선택된 것은 UWB(ultra wide-band) 였음
- UWB는 500MHz를 넘는 넓은 주파수 범위에 약한 신호를 퍼뜨려 짧은 거리에서 고대역폭 채널을 만드는 방식임
- 낮은 전력으로 송신해 기존 협대역 통신 간섭을 줄이지만, 범위는 최대 수십~100m 수준으로 제한됨
- 짧은 펄스 길이 덕분에 비행시간 측정이 정밀해 위치 측정에도 유용함
- FCC는 2002년 2월 UWB의 저전력 비면허 사용을 승인했고, 통신 시스템은 3.1GHz~10.6GHz 상단 범위에서 허용됨
두 갈래로 갈라진 표준 경쟁
- IEEE 802.15 Working Group은 WPAN 기술을 다뤘고, 그중 802.15.3은 고대역폭 응용을 대상으로 함
- 2002년 12월 802.15.3a는 이미지와 멀티미디어 데이터의 고속 전송을 위한 확장을 추진했고, 23개 제안은 최종적으로 DS-UWB와 MB-OFDM 두 방식으로 좁혀짐
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DS-UWB와 Cable-Free USB
- DS-UWB는 전체 사용 주파수 범위에 데이터를 펄스로 보내는 방식임
- 여러 송신기가 서로 간섭하지 않도록 CDMA와 유사한 코드 분할 다중접속을 사용함
- Motorola와 이후 Freescale이 DS-UWB 진영을 주도했고, Freescale은 무선 USB 개념을 먼저 소매 제품으로 밀어붙이려 함
- 제품명은 W-USB에서 Cord-Free USB, Cable-Free USB로 바뀌었고, 글에서는 CF-USB로 줄여 부름
- CF-USB는 유선 USB에 더 가까운 구조였음
- 포인트투포인트 연결만 가능했지만 모든 USB 기능과 전송 유형을 지원함
- 실시간 데이터용 등시성 전송도 지원함
- 컴퓨터에는 일반 USB 허브처럼 보여 소프트웨어 업데이트가 필요 없었음
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MB-OFDM과 Certified Wireless USB
- MB-OFDM은 다수의 부반송파를 사용해 데이터를 병렬 전송하는 방식임
- 승인된 대역을 528MHz 서브밴드 14개로 나누고, 각 서브밴드는 128개 부반송파를 가짐
- 그중 100개는 데이터 전송에 쓰이고 나머지는 제로, 가드 톤, 파일럿 신호에 쓰임
- 다중접속은 정해진 패턴으로 전송 주파수를 이동하는 time-frequency coding으로 해결함
- Texas Instruments와 Intel 등이 MultiBand OFDM Alliance를 만들었고, 이후 WiMedia Alliance에 합쳐짐
- Intel은 USB-IF에 영향력을 행사해 WiMedia의 MB-OFDM 버전을 고속 무선 장치용 공식 USB 해법으로 채택하게 함
- USB-IF 쪽 명칭은 결국 CW-USB(Certified Wireless USB) 가 됨
- CW-USB는 가상 버스가 더 유연하고 장치가 다른 장치의 호스트가 될 수 있었지만, 모든 USB 장치와 완전한 하위 호환성을 갖추지는 못했고 새 드라이버와 OS 지원이 필요했음
표준화 실패와 초기 제품의 좌절
- Motorola는 DS-UWB와 MB-OFDM 장치가 공존할 수 있도록 저속 Common Signaling Mode를 제안했지만, 논쟁이 이어졌고 2004년 WiMedia Alliance를 떠나 UWB Forum을 세움
- IEEE 표준화 시도는 사실상 멈췄고, WiMedia는 자체 사양을 Ecma에 제출해 ECMA-368로 발행함
- 802.15.3a Task Group은 2006년 1월 해산됨
- Freescale 기반 CF-USB 장비는 개발 속도가 더 빨랐고, Belkin Cable-Free USB kit와 Gefen Wireless USB Extender가 2006년 Winter CES와 Macworld에서 시연됨
- 하지만 Freescale과 Motorola가 2006년 4월 UWB Forum에서 빠지면서 CF-USB 제품은 매장에 나오지 못함
- Belkin은 결국 MB-OFDM 기반으로 재설계함
- Gefen은 UWB를 포기하고 다른 무선 USB 시스템으로 전환함
- Freescale 팀은 이후 관리진 이탈을 겪고 추가 CF-USB 하드웨어를 내놓지 못함
- UWB Forum은 2007년에 무너짐
CW-USB의 구조와 페어링
- CW-USB에서 유선 기존 장치를 연결할 때 컴퓨터 쪽 어댑터는 HWA(Host Wireless Adapter), 장치 쪽 어댑터는 DWA(Device Wireless Adapter) 라고 부름
- HWA와 DWA는 규격 준수 하드웨어에 내장될 수도 있었지만, 실제 제품은 대부분 PC 쪽 동글과 장치 쪽 허브를 필요로 함
- CW-USB는 최대 127개 장치를 지원하고, 무선 링크는 AES-128로 암호화됨
- 연결 전에는 association 과정이 필요함
- AES-128 세션 키를 만들고 128비트 호스트 ID와 128비트 장치 ID를 기록함
- 공유되는 384비트 association context는 명시적으로 비활성화될 때까지 유지됨
- 장치는 여러 HWA와 association될 수 있음
- association 방식은 세 가지임
- 공장 출하 시 사전 association
- 화면 코드나 장치 하단 PIN을 쓰는 숫자 association
- 장치를 USB 케이블로 직접 연결해 키 생성과 배포를 케이블 안에서 끝내는 cable association
- cable association은 양쪽 장치의 물리적 보유가 필요하고, 키 생성·배포가 무선으로 나가지 않아 가장 안전한 방식임
- 다만 다른 association 방식을 블랙리스트로 막을 수 없고, 일부 장치는 PIN 변경을 지원했지만 모든 장치가 그런 것은 아니었음
실제 CW-USB 장비 테스트
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D-Link DUB-9240
- D-Link 스타터 키트는 DUB-2240 4포트 DWA USB 2.0 허브와 DUB-1210 HWA로 구성됨
- 원래 MSRP는 약 170달러였고, 2025년 달러로는 약 225달러에 해당함
- Windows XP SP3와 Vista를 지원했고, 테스트는 Snow Leopard 10.6.8을 실행하는 Intel MacBook에서 VMware Fusion 4의 64비트 Windows Vista Business로 진행됨
- 설치 과정에서는 DWA 허브를 케이블로 association한 뒤 HWA 동글을 연결함
- USB 플래시 드라이브는 Windows가 장치 종류를 판별하지 못했지만, Prolific PL-2303 RS232-to-USB 어댑터는 인식되고 COM 포트로 동작함
- Fossil Wrist PDA도 무선 허브를 통해 새 USB 장치로 나타났지만, Fossil의 2001년경 드라이버가 서명되지 않아 Windows Vista가 로드하지 못했고 HotSync는 진행되지 않음
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Atlona AT-PCLink Wireless USB DisplayDock
- Atlona AT-PCLink는 DVI 비디오, 3.5mm 오디오, USB 포트 2개를 제공하는 도킹 스테이션임
- 도크 자체가 CW-USB 장치인 것은 아니고, 포함된 DWA를 도크에 꽂아 사용함
- HWA와 DWA는 Wisair WSR601 단일칩 시스템 기반임
- Mac OS X Leopard와 Snow Leopard도 지원한다고 표시됐고, 테스트에 사용한 드라이버는 120.36.1.0임
- Intel MacBook의 Snow Leopard에서는 연결에 성공해 새 USB 버스를 만들고 도크를 인식함
- 설치 패키지와 페이로드는 Universal이었지만, PowerBook G4 Leopard 10.5.8에서는 HWA가 System Profiler에 보여도 커널 확장이 인식하지 못함
- DisplayLink 드라이버 1.7을 설치하자 외부 가상 모니터가 나타났고, 화면 미러링과 확장이 가능해짐
Palm 스마트워치 연결 실험
- Snow Leopard에는 Rosetta가 있어 Fossil CD의 Palm Desktop을 Intel Mac에 설치해 실행할 수 있었음
- Fossil Abacus 스마트워치를 Atlona 도크 뒤쪽 USB 포트에 연결하고 HotSync를 시작하자, HotSync conduit가 응답했고 동기화가 오류 없이 완료됨
- 이 구성에서는 손목시계와 MacBook 사이의 직접 케이블 없이 동작함
- Atlona 드라이버의 Wireless USB Manager는 장치 이름 변경과 차단은 지원했지만, 새 장치 association 기능은 제공하지 않음
- Atlona의 association 데이터는
/System/Library/WUSB/CBA.app/Contents/Resources/DB.plist에 저장돼 있었고, bandgroup 1, 128비트 호스트·장치 ID, 384비트 association context를 확인할 수 있었음 - 새 장치 항목을 plist에 넣을 수는 있어도 상대 장치가 쓰는 AES 키를 알 수 없어 유효한 context를 계산할 수 없었음
성능은 약속과 달랐음
- CW-USB의 주요 사용 사례는 케이블 없는 고대역폭이었고, Intel은 3m에서 USB 2.0의 전체 480Mb/s, 10m에서 110Mb/s를 주장함
- Belkin의 재설계된 MB-OFDM 기반 동글-허브 키트는 2007년에 판매됐지만, 리뷰에서는 장치가 1피트 떨어졌을 때 처리량이 80% 감소하고 4피트에서는 추가로 30% 줄었다고 평가됨
- Atlona AT-PCLink의 영상 미러링은 작동했지만, 고해상도 비디오 재생에서 약간의 지연과 많은 프레임 드롭이 보였음
- 별도 확장 모니터로 쓰는 편이 더 나았지만, USB 저장장치 성능은 낮았음
- 1.09GB Mac OS X 10.6.8 콤보 설치 파일을 직접 연결한 USB 드라이브에서 복사하면 대략 1분이 걸림
- Atlona 도크를 거치면 약 10분이 걸렸고, 대략 1.9MB/s, 즉 15Mb/s 수준이었음
- 연결 범위는 예상보다 나아 모퉁이와 벽 몇 개를 지나 약 10피트 거리에서도 유지됐지만, 복도 아래로 이동하면 링크가 끊어짐
- 범위를 오래 벗어나면 Mac이 장치가 사라진 것으로 판단할 수 있어, 마운트된 파일시스템에는 부적합함
TRULink와 Gefen/Icron의 다른 접근
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TRULink Wireless USB to VGA and Audio Kit
- TRULink #29596은 VGA 모니터용 장치와 아날로그 오디오용 장치, HWA로 구성됨
- Atlona와 달리 드라이버가 다른 장치와 association하는 기능을 제공했고, 매뉴얼에도 문서화돼 있음
- 화면과 오디오 공유만 제공하고 USB 허브 기능은 없음
- PIN association 라벨과 PIN 변경 기능이 있었지만, 지원 PIN은 4자리였고 변경 도구는 Vista 64비트에서 작동하지 않음
- Atlona Mac 드라이버는 TRULink HWA와 통신하지 못함
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Gefen Wireless USB 2.0 Extender와 Icron WiRanger
- Gefen은 Freescale의 CF-USB가 흔들린 뒤 UWB를 떠나 802.11g 기반 USB over Wi-Fi 방식으로 전환함
- 2007년에 나온 Gefen Wireless USB 2.0 Extender는 Icron WiRanger의 리배지 제품임
- 송신기와 수신기는 각각 전원 어댑터가 필요하고, 수신기 쪽에는 4포트 허브가 있음
- OS에 별도 드라이버가 필요 없고, 컴퓨터에는 일반 USB 허브처럼 보임
- 802.11g를 쓰기 때문에 전체 대역폭은 54Mb/s이며, 최대 14개 연결 장치가 이를 공유함
- Gefen 문서는 등시성 전송 미지원, Icron 문서는 벌크 전송 미지원을 적고 있으며, 두 문서 모두 UVC 웹캠 같은 고대역폭 장치에는 적합하지 않다고 경고함
- 페어링은 출하 시 완료돼 있거나, 두 장치의 IR 창을 맞대 새 공유 키를 만들 수 있음
- 암호화는 64비트 WEP로 제한돼 있고, 범위가 약 100피트로 CW-USB보다 길다는 점은 보안 측면에서 단점이 될 수 있음
Gefen/Icron 실사용 결과
- iMac G4 Tiger 10.4.11에서는 송신기와 수신기가 범위 안에 들어오자 약 10초 만에 자동 연결됐고, 새 USB 허브가 나타남
- MacBook에서도 같은 1.09GB 파일 복사를 테스트했으며, 송신기와 수신기 사이가 약 3피트일 때 11분이 걸림
- 54Mb/s 라디오라서 Atlona보다 훨씬 느릴 것으로 예상됐지만, 실제로는 Atlona의 약 10분과 크게 다르지 않았음
- Fossil 스마트워치 HotSync는
pilot-xfer로 성공했고, 1777KB 전송에 132초가 걸려 13.46KB/s, 즉 107.68Kb/s 수준이었음 - 유선 동기화보다 약 10배 느렸고 전송이 버스트 형태였지만 완료는 성공함
- USB-TCP Bridge를 이용해 스마트워치에서 PPP를 시작하고 다른 방에서 Gopherspace를 탐색하는 것도 가능했음
- 직접 연결 대비 체감 속도 차이가 크지 않았고 안정성도 크게 나쁘지 않았지만, 수신기가 더 많은 배터리 전력을 끌어 쓰고 연결할 호스트가 필요함
시장 실패의 원인
- 2008년까지 CW-USB를 내장한 노트북은 적었고, Lenovo ThinkPad X200 같은 모델에서도 옵션에 가까웠음
- 대부분의 컴퓨터는 여전히 HWA 동글을 필요로 했기 때문에 USB 포트를 하나 차지했고, HWA는 충분한 물량으로 생산되지 않아 싸지지 않았음
- 약속된 최대 대역폭에 가까운 성능은 실제 환경에서 거의 관찰되지 않음
- 장치 제조사들은 CW-USB 지원 컴퓨터가 더 널리 보급되기를 기다렸지만, 그런 보급은 일어나지 않음
- 결과적으로 내장 CW-USB 컴퓨터도, CW-USB 장치도 대량으로 만들어지지 않았고 표준은 방치됨
Bluetooth 3.0+HS와 UWB의 마지막 시도
- UWB 장치 인터커넥트의 마지막 시도는 2009년의 Bluetooth 3.0+HS 선택적 고속 사양이었음
- 3.0+HS는 AMP(Alternative MAC/PHY)를 도입해, 저속 Bluetooth로 링크를 설정하고 고속 데이터 교환은 두 번째 전송 수단으로 수행하려 함
- 초기 두 번째 전송 수단은 MB-OFDM이었음
- 하지만 CW-USB가 시장에서 사라지면서 WiMedia Alliance는 2009년에 문을 닫고 기존 작업을 USB-IF, W-USB Promoter Group, Bluetooth SIG로 넘김
- 이 이전은 일부 WiMedia 회원에게 논란이 됐고, 일부는 새 후속 그룹에 지식재산 접근을 허용하지 않음
- AMP는 결국 802.11 기반이 됐고, 거의 쓰이지 않다가 Bluetooth 5.3에서 제거됨
실패한 것은 UWB가 아니라 무선 USB였음
- 무선 USB의 실패가 UWB 자체의 실패를 뜻하지는 않음
- UWB는 오늘날에도 많이 쓰이며, Apple U1·U2 칩과 AirTag 같은 iOS 인접 장치가 대표적임
- UWB 칩은 정밀 위치 측정과 로컬 상호작용에 계속 쓰이고 있음
- NFL 경기 중 선수 추적, 공장 조립 과정의 부품 추적, 자율주행차 같은 용도에도 UWB가 사용됨
- 다만 고대역폭 응용에서 UWB가 돌아오지는 않았음
- Bluetooth와 Wi-Fi가 당시 UWB 실리콘이 약속한 처리량과 사용 편의성을 넘어섰기 때문임
- Quick Share는 Bluetooth로 같은 Wi-Fi 네트워크의 근처 장치를 식별하고, 가능하면 Wi-Fi로 데이터를 전송함
- AirDrop도 Bluetooth를 사용해 피어투피어 Wi-Fi 링크를 만듦
- 프린터, 카메라, 스캐너, 복합기 등은 Wi-Fi를 쓰고, 키보드·마우스·게임 컨트롤러 같은 저대역폭 HID는 Bluetooth로 연결됨
- WPAN의 약속은 기존 무선 기술의 점진적 진화로 실현됐고, 그 과정에 무선 USB는 필요하지 않았음