最近幾年,業界利用現有的網絡技術追求整體家庭娛樂網絡。那么,為什么這種網絡依然沒有變成現實呢？實質上,現有的網絡技術已經非常適合大型文件的傳輸、互聯網訪問、電子郵件或網絡打印機,然而,如果要以滿足整個家庭娛樂網絡要求的服務質量(QoS)可靠地發送音頻和視頻數字內容,這些技術已經被證明很大程度上不太有效。

然而,像整個家庭內的高清娛樂流內容所提出的要求是這些傳統網絡技術所不能支持的。這些要求包括很高的帶寬、QoS保證、低延時和低抖動(包與包之間的延時差異)。理想家庭娛樂網絡的其他特性包括:

1. “無新的連接線”。能使用家庭中現成的連接線,或者可能的話利用無線網絡；

2. 就一組協議和應用程序運行在網絡之上,并提供真正的即插即用—連接上線纜,設備就能夠使用,不需要任何的配置或固件下載；

3. 簡單易用的用戶體驗,類似于娛樂系統是用遙控來操控電視,而不是用鍵盤/鼠標/PC(這只有IT專業人士能用)。

Pulse~LINK開發了CWave技術來支持這些要求。CWave UWB芯片組實現了交互式HD內容、多通道音頻和高速數據通過有線或無線介質在家中無縫地發送。因為有線和無線通信使用了相同的芯片組,娛樂數據在不同的設備和數據傳輸介質之間傳遞時保持了一致的服務質量和帶寬預留。

MAC:與數據速率同樣重要

為了滿足對家庭娛樂網絡的支持,網絡技術通常不斷提升數據速率,但媒體訪問控制(MAC)很少被提及。如果沒有一個MAC能保證QoS,真實世界的娛樂網絡將“土崩瓦解”,將導致客戶投訴增加和產品召回,為服務提供商和制造商帶來不期望的成本負擔。

CWave為家庭娛樂網絡帶來了巨大的帶寬,但是同樣重要地是利用了 MAC,為基于IP網絡帶來QoS。這種基于TDMA的標準采用了與以太網和WiFi相同的協議棧,這意味著它能與基于IP的網絡無縫連接,但是存在重要的差異。

這為什么重要？媒體訪問控制器相當于網絡中設備之間的“交通警察”。MAC數據通信協議子層是7層OSI模型的一部分,對應于第二層的數據鏈路層,它提供了尋址和通道訪問控制機制,使得在任何整個家庭娛樂網絡中包含的多個網絡節點能通信。MAC子層連接到第二層的頂端上的邏輯鏈路控制(LLC)子層。LLC輸出到第三層網絡層的是公共匯聚點,在該點,針對無線、以太網、同軸電纜、電力線的網絡堆棧是公共的。

MAC為網絡節點在什么時候以及如何為實際的網絡傳輸媒介分配物理訪問提供邏輯控制。這就是為什么幾個網絡節點能連接到相同的物理介質,并且協作分享媒體的訪問。在嚴格限制的時間內,MAC能夠提供對物理傳輸介質的訪問的能力決定了某個特定的MAC是否能夠滿足整個家庭娛樂網絡的QoS要求。不能在嚴格限定的時間內保證對物理層傳輸介質訪問的MAC被認為是“盡力而為”類型的網絡。

當前家庭網絡技術中主要使用的MAC架構大部分支持稱為載波偵聽多路訪問(CSMA)和TDMA(時分多址)的雙通道訪問機制。

CSMA使今天在家里和辦公室中所用的以太網和WiFi技術得以實現。這些技術設計用于像大文件傳輸、簡單的互聯網訪問、打印機共享等網絡功能。因為它們以前用在我們家里和辦公室中,今天人們試圖通過增加“分優先級”(參數化)的方法來支持多媒體聯網。這些帶來了在這種網絡中發送多媒體的更佳性能,但是并沒有解決兩個基本的問題,因而不能滿足“可保證的”QoS。

這些基本問題之一是對物理傳輸介質的基于競爭的訪問。因為并沒有規劃CSMA訪問方案,與沖突或沖突回避協議相關的延時造成不能保證QoS(發送時間、抖動等)。第二個基本的問題是無連接的、分優先級的數據傳輸,這需要中間節點具有足夠的資源和智能,使數據發送到端點。

同樣的,TDMA為多媒體網絡提供了一種理想的基礎。TDMA在嚴格限制的時間內保證了QoS,支持同步數據流,例如在多通道音頻和HDTV中所要求的。對于來說,TDMA是基本的,Pulse~LINK公司的CWave UWB技術就使用了TDMA。

同步與異步

娛樂網絡要求的QoS不同于電子郵件、文件共享和打印。在娛樂網絡中,如果數據不能準時到達,電視的屏幕將無內容顯示,顯示出視頻上的瑕疵,或者丟掉聲音及出現類似的錯誤。在嚴格的時間限制內發送數據稱為“確定性的”或“同步的”。

在網絡上傳輸數據有兩種基本的方法,即異步和同步。

CSMA網絡為異步的。將異步網絡當成類似于高速公路系統來看待(如圖1)。它可能設計成支持速度達70MPH或更高,但是這取決于流量條件,并不能保證你總是能達到這樣的速度。在一個異步網絡中,網絡上的新活動,例如電子郵件和打印等就像進入高速路上的汽車一樣,無人能知道交通流量情況會有多糟。

圖1:將異步的CSMA網絡為當成類似于高速公路系統來看待。

將多媒體網絡固定在CSMA網絡上已經增加了“分優先級”和“參數”。將這些方法想象成在你的汽車上增加警報器以及在高速路的入口處增加一個交通警察,只讓那些被批準的流量進入—在大流量的情況下可能會改善,但是堵塞依然會使網絡慢下來或完全停止。

CSMA的一種替代解決辦法是增加緩沖—以存儲器或硬盤的形式。就像你能盡早地進入高速路,無論交通怎樣,你都能較早地達到。盡管這有效,但是增加了多媒體網絡的成本和延時,會使像交互式游戲或電視或機頂盒的頻道改變這種實時應用復雜化,因為對于每個新的頻道緩存必須被清空和重新填滿。

TDMA網絡是同步的。同步網絡更像是一個鐵路系統(如圖2)。你可以在9:15分的客車上預定一個位置,并且可以確切地知道你會在什么時候到達你的目的地。它是一個管理系統,具有預定功能和確定性的調度功能。 MAC能支持確定性的同步數據流。

圖2:TDMA網絡是同步的,更像一個鐵路系統。

能支持以確定的形式傳輸“有保證的”網絡流量的網絡通常不再需要緩沖或者硬盤。對于TDMA網絡來說,支持同步是進行具有QoS保證的多媒體音頻和視頻內容流傳輸所要求的基本特性。

圖3:CWave UWB芯片組系統框圖。

總之,整體家庭娛樂網絡需要重新考慮我們過去認為還可以接受的“盡力而為”類型的網絡。家庭內的流式HD內容極大地提高了技術門檻,要求更高的數據吞吐率和更高層次的QoS,這是過去不曾有的。好消息是當前已經批準的針對IP網絡的標準基本上是從底層開始設計,提供了針對整體家庭娛樂網絡所需要的確定性服務質量。CWave將 MAC標準與高達千兆位速率的有線和無線連接相結合,為消費者帶來他們所期望的可靠娛樂內容配送,沒有中斷。這些技術已經準備好,不需要對性能要求進行折衷。

作者:John Santhoff

創始人、首席技術官

Pulse~LINK公司