如何保证整体家庭联网的确定性QoS关键

消费者期望他们的电视能够像使用电力一样的可靠。电视一打开，节目就不中断地播放。随着我们进入到联网家庭娱乐的时代，消费者的期望将进一步增加。房间到房间的高清内容流传输成为当今数字家庭最期待的功能。对于有线运营商和内容提供商来说，提供无可挑剔的娱乐节目是他们的生存之道，他们必须确保其用户能接收到可靠的服务。否则会遭到投诉，并且可能导致消费者流失到竞争对手那里。

最近几年，业界利用现有的网络技术追求整体家庭娱乐网络。那么，为什么这种网络依然没有变成现实呢？实质上，现有的网络技术已经非常适合大型文件的传输、互联网访问、电子邮件或网络打印机，然而，如果要以满足整个家庭娱乐网络要求的服务质量(QoS)可靠地发送音频和视频数字内容，这些技术已经被证明很大程度上不太有效。

然而，像整个家庭内的高清娱乐流内容所提出的要求是这些传统网络技术所不能支持的。这些要求包括很高的带宽、QoS保证、低延时和低抖动(包与包之间的延时差异)。理想家庭娱乐网络的其他特性包括：

1. “无新的连接线”。能使用家庭中现成的连接线，或者可能的话利用无线网络；

2. 就一组协议和应用程序运行在网络之上，并提供真正的即插即用—连接上线缆，设备就能够使用，不需要任何的配置或固件下载；

3. 简单易用的用户体验，类似于娱乐系统是用遥控来操控电视，而不是用键盘/鼠标/PC(这只有IT专业人士能用)。

Pulse~LINK开发了CWave技术来支持这些要求。CWave UWB芯片组实现了交互式HD内容、多通道音频和高速数据通过有线或无线介质在家中无缝地发送。因为有线和无线通信使用了相同的芯片组，娱乐数据在不同的设备和数据传输介质之间传递时保持了一致的服务质量和带宽预留。

MAC：与数据速率同样重要

为了满足对家庭娱乐网络的支持，网络技术通常不断提升数据速率，但媒体访问控制(MAC)很少被提及。如果没有一个MAC能保证QoS，真实世界的娱乐网络将“土崩瓦解”，将导致客户投诉增加和产品召回，为服务提供商和制造商带来不期望的成本负担。

CWave为家庭娱乐网络带来了巨大的带宽，但是同样重要地是利用了IEEE802.15.3b MAC，为基于IP网络带来QoS。这种基于TDMA的标准采用了与以太网和WiFi相同的协议栈，这意味着它能与基于IP的网络无缝连接，但是存在重要的差异。

这为什么重要？媒体访问控制器相当于网络中设备之间的“交通警察”。MAC数据通信协议子层是7层OSI模型的一部分，对应于第二层的数据链路层，它提供了寻址和通道访问控制机制，使得在任何整个家庭娱乐网络中包含的多个网络节点能通信。MAC子层连接到第二层的顶端上的逻辑链路控制(LLC)子层。LLC输出到第三层网络层的是公共汇聚点，在该点，针对无线、以太网、同轴电缆、电力线的网络堆栈是公共的。

MAC为网络节点在什么时候以及如何为实际的网络传输媒介分配物理访问提供逻辑控制。这就是为什么几个网络节点能连接到相同的物理介质，并且协作分享媒体的访问。在严格限制的时间内，MAC能够提供对物理传输介质的访问的能力决定了某个特定的MAC是否能够满足整个家庭娱乐网络的QoS要求。不能在严格限定的时间内保证对物理层传输介质访问的MAC被认为是“尽力而为”类型的网络。

当前家庭网络技术中主要使用的MAC架构大部分支持称为载波侦听多路访问(CSMA)和TDMA(时分多址)的双通道访问机制。

CSMA使今天在家里和办公室中所用的以太网和WiFi技术得以实现。这些技术设计用于像大文件传输、简单的互联网访问、打印机共享等网络功能。因为它们以前用在我们家里和办公室中，今天人们试图通过增加“分优先级”(参数化)的方法来支持多媒体联网。这些带来了在这种网络中发送多媒体的更佳性能，但是并没有解决两个基本的问题，因而不能满足“可保证的”QoS。

这些基本问题之一是对物理传输介质的基于竞争的访问。因为并没有规划CSMA访问方案，与冲突或冲突回避协议相关的延时造成不能保证QoS(发送时间、抖动等)。第二个基本的问题是无连接的、分优先级的数据传输，这需要中间节点具有足够的资源和智能，使数据发送到端点。

同样的，TDMA为多媒体网络提供了一种理想的基础。TDMA在严格限制的时间内保证了QoS，支持同步数据流，例如在多通道音频和HDTV中所要求的。对于IEEE-802.15.3b来说，TDMA是基本的，Pulse~LINK公司的CWave UWB技术就使用了TDMA。

同步与异步

娱乐网络要求的QoS不同于电子邮件、文件共享和打印。在娱乐网络中，如果数据不能准时到达，电视的屏幕将无内容显示，显示出视频上的瑕疵，或者丢掉声音及出现类似的错误。在严格的时间限制内发送数据称为“确定性的”或“同步的”。

在网络上传输数据有两种基本的方法，即异步和同步。

CSMA网络为异步的。将异步网络当成类似于高速公路系统来看待(如图1)。它可能设计成支持速度达70MPH或更高，但是这取决于流量条件，并不能保证你总是能达到这样的速度。在一个异步网络中，网络上的新活动，例如电子邮件和打印等就像进入高速路上的汽车一样，无人能知道交通流量情况会有多糟。

图1：将异步的CSMA网络为当成类似于高速公路系统来看待。

将多媒体网络固定在CSMA网络上已经增加了“分优先级”和“参数”。将这些方法想象成在你的汽车上增加警报器以及在高速路的入口处增加一个交通警察，只让那些被批准的流量进入—在大流量的情况下可能会改善，但是堵塞依然会使网络慢下来或完全停止。

CSMA的一种替代解决办法是增加缓冲—以存储器或硬盘的形式。就像你能尽早地进入高速路，无论交通怎样，你都能较早地达到。尽管这有效，但是增加了多媒体网络的成本和延时，会使像交互式游戏或电视或机顶盒的频道改变这种实时应用复杂化，因为对于每个新的频道缓存必须被清空和重新填满。

TDMA网络是同步的。同步网络更像是一个铁路系统(如图2)。你可以在9:15分的客车上预定一个位置，并且可以确切地知道你会在什么时候到达你的目的地。它是一个管理系统，具有预定功能和确定性的调度功能。IEEE802.15.3b MAC能支持确定性的同步数据流。

图2：TDMA网络是同步的，更像一个铁路系统。

能支持以确定的形式传输“有保证的”网络流量的网络通常不再需要缓冲或者硬盘。对于TDMA网络来说，支持同步是进行具有QoS保证的多媒体音频和视频内容流传输所要求的基本特性。

图3：CWave UWB芯片组系统框图。

总之，整体家庭娱乐网络需要重新考虑我们过去认为还可以接受的“尽力而为”类型的网络。家庭内的流式HD内容极大地提高了技术门槛，要求更高的数据吞吐率和更高层次的QoS，这是过去不曾有的。好消息是当前已经批准的针对IP网络的IEEE802.15.3b标准基本上是从底层开始设计，提供了针对整体家庭娱乐网络所需要的确定性服务质量。CWave将802.15.3b MAC标准与高达千兆位速率的有线和无线连接相结合，为消费者带来他们所期望的可靠娱乐内容配送，没有中断。这些技术已经准备好，不需要对性能要求进行折衷。

创始人、首席技术官

Pulse~LINK公司