通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸視頻

在過(guò)去的五年中，無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )和訪(fǎng)問(wèn)它們的應用程序使我們的生活更加方便，并為我們提供了寶貴的靈活性。無(wú)線(xiàn)技術(shù)在我們的日常生活中已經(jīng)變得如此根深蒂固，以至于它們現在已經(jīng)滲透到家庭娛樂(lè )市場(chǎng)。

無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò )為設備提供商提供了很多希望，但他們必須能夠保證 QoS。

在過(guò)去的五年中，無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )和訪(fǎng)問(wèn)它們的應用程序使我們的生活更加方便，并為我們提供了寶貴的靈活性。無(wú)線(xiàn)技術(shù)在我們的日常生活中已經(jīng)變得如此根深蒂固，以至于它們現在已經(jīng)滲透到家庭娛樂(lè )市場(chǎng)。消費者過(guò)去常常在家中的一個(gè)固定位置在固定電視前觀(guān)看 DVD 或視頻剪輯，而現在他們希望在家中的任何地方共享和訪(fǎng)問(wèn)他們不斷增長(cháng)的 DVR、移動(dòng)設備、筆記本電腦和其他娛樂(lè )資源，隨時(shí)。

這對當今的開(kāi)發(fā)人員提出了挑戰，即為多媒體和娛樂(lè )融合提供無(wú)縫網(wǎng)絡(luò )。消費者希望他們的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和應用程序像有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )一樣可靠。然而，與通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸一般數據不同，視頻應用不能容忍帶寬波動(dòng)，因此挑戰要嚴峻得多。在通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )推送視頻內容時(shí)，有很多很多因素需要評估。早期的無(wú)線(xiàn) LAN 技術(shù)根本無(wú)法勝任這項任務(wù)，業(yè)界以的 IEEE 802.11n 規范作為回應。然而，即使是這種高性能的 WLAN 標準也不足以傳輸視頻，

許多關(guān)鍵因素有助于達到消費者所感知的令人滿(mǎn)意的性能。這些包括帶寬、延遲、覆蓋范圍和服務(wù)質(zhì)量 (QoS)。

帶寬尤為重要，并通過(guò)使用 MIMO（多輸入多輸出）和信道綁定技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。這些技術(shù)也有助于 QoS，因為更高的吞吐量提高了對干擾的免疫力，并且更容易處理降級的鏈路條件。此外，任何多余的帶寬都可以換取更長(cháng)的傳輸距離和更好的功率效率——帶寬越多越好。

吞吐量不足 

但與此同時(shí)，來(lái)自更高 PHY 吞吐量的原始帶寬還不夠。所需要的是給定應用程序在令人滿(mǎn)意的水平上獲得更高的有效帶寬，而這需要采取額外的步驟來(lái)大幅提高媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器 (MAC) 的效率。這可以使用一種聚合機制來(lái)實(shí)現，該機制消除了鏈接到每個(gè)數據包的開(kāi)銷(xiāo)并用公共開(kāi)銷(xiāo)代替它。聚合交換序列通過(guò)確認聚合 MAC 協(xié)議數據單元 (A-MPDU) 的協(xié)議啟用。因此，只有一個(gè)塊確認 (Block ACK) 而不是多個(gè) ACK 信號，并且無(wú)需為每個(gè) MPDU 啟動(dòng)新的傳輸。結果是 MAC 效率為 70%，而 IEEE 802.11a/b/g 的典型 MAC 效率額定值為 50%，如表 1 所示。

另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是網(wǎng)絡(luò )可以到達多遠；黃金標準是全屋覆蓋。盡管用戶(hù)在使用家庭數據網(wǎng)絡(luò )時(shí)可以容忍“死角”和有限的覆蓋范圍，但無(wú)線(xiàn)娛樂(lè )不能接受死角和有限的覆蓋范圍。當今的集中式多媒體存儲設備有望成為所有多媒體內容的，無(wú)論在家中的哪個(gè)位置觀(guān)看或收聽(tīng)。這意味著(zhù)，與數據網(wǎng)絡(luò )不同，比特率不會(huì )隨著(zhù)與接入點(diǎn)距離的增加而下降。

此外，前向糾錯 (FEC) 方案的使用擴展了在任何給定數據速率下的可能范圍。例如，通過(guò)使用低密度奇偶校驗 (LDPC) 碼獲得的 3 dB 編碼增益可轉化為約 20% 的范圍改進(jìn)?；蛘?，額外的增益可用于增加吞吐量（使用更高的星座）或增加魯棒性和抗干擾性，如圖 1 所示。以視頻性能覆蓋整個(gè)家庭對于無(wú)線(xiàn)娛樂(lè )至關(guān)重要，因此關(guān)鍵的新所有無(wú)線(xiàn)娛樂(lè )網(wǎng)絡(luò )的強制性測試應該是在典型家庭環(huán)境的整個(gè)覆蓋范圍內的丟包性能。

考慮 QoS 

無(wú)線(xiàn)娛樂(lè )體驗的一個(gè)考慮因素是 QoS。必須在基本 QoS 基礎之上使用幾種增強的 QoS 機制來(lái)解決一些關(guān)鍵問(wèn)題。有多種 QoS 策略需要考慮。步是在低干擾的 5 GHz 頻段中運行，該頻段具有較高的信道可用性，并且可以減少來(lái)自在相同頻率范圍內運行的其他類(lèi)型設備的干擾。接下來(lái)，必須采用許多 IEEE QoS 標準。這些標準減輕了與允許多個(gè)應用程序同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)相同帶寬相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，而不會(huì )阻礙不能容忍時(shí)間延遲和帶寬波動(dòng)的應用程序。

現有的 802.11n 協(xié)議使用分布式協(xié)調功能 (DCF) 訪(fǎng)問(wèn)方法來(lái)解決其中的一些問(wèn)題，但這還不夠。DCF 協(xié)議實(shí)現了一種基于載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn) (CSMA) 的“先聽(tīng)后說(shuō)”方案。使用此方案，站點(diǎn)首先監聽(tīng)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)是否空閑。如果不是，該站點(diǎn)將啟動(dòng)一個(gè)計時(shí)器，該計時(shí)器具有基于網(wǎng)絡(luò )參數定義的預定范圍的隨機退避間隔。每個(gè)站單獨確定何時(shí)訪(fǎng)問(wèn)媒體。每個(gè)設備都有平等的機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)媒體，這在傳統數據應用程序中運行良好。但在視頻、游戲和其他對帶寬敏感的應用程序中，這種“公平訪(fǎng)問(wèn)”機制存在延遲和抖動(dòng)問(wèn)題的風(fēng)險。

雇用 PCF 

一種更好但仍不充分的無(wú)線(xiàn)娛樂(lè ) QoS 方法是點(diǎn)協(xié)調功能 (PCF)，它提供了一種機制來(lái)確定對無(wú)線(xiàn)媒體訪(fǎng)問(wèn)的優(yōu)先級。接入由一個(gè)中央點(diǎn)協(xié)調器 (PC) 實(shí)體協(xié)調，通常是接入點(diǎn) (AP)。使用 PCF 訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)媒體的優(yōu)先級高于基于 DCF 的媒體訪(fǎng)問(wèn)。此外，PCF 定義了隨時(shí)間周期性交替的無(wú)競爭期 (CFP) 和競爭期 (CP)。PCF方案用于CFP期間訪(fǎng)問(wèn)介質(zhì)，DCF機制用于非關(guān)鍵CP期間。在 CFP 期間，站點(diǎn)之間沒(méi)有爭用，因為站點(diǎn)由中心點(diǎn)協(xié)調器輪詢(xún)傳輸，它們不會(huì )嘗試獨立訪(fǎng)問(wèn)媒體。雖然這種方法可以更好地協(xié)調訪(fǎng)問(wèn)，但它是一個(gè)復雜的實(shí)現，并且許多技術(shù)問(wèn)題仍未解決。PCF 沒(méi)有進(jìn)入實(shí)際產(chǎn)品，導致 QoS 標準的進(jìn)一步發(fā)展。

由于DCF和PCF方法的缺點(diǎn)，業(yè)界制定了IEEE 802.11e標準。該標準引入了用于 QoS 支持的混合協(xié)調功能 (HCF)。HCF 定義了兩種媒體訪(fǎng)問(wèn)機制。種是基于競爭的媒體訪(fǎng)問(wèn)，也稱(chēng)為增強型分布式信道訪(fǎng)問(wèn) (EDCA)。第二種是受控媒體訪(fǎng)問(wèn)（包括輪詢(xún)），也稱(chēng)為 HCF 受控信道訪(fǎng)問(wèn)（HCCA）。與 PCF 一樣，802.11e 支持 EDCA 和 HCCA 的兩個(gè)操作階段（即 CP 和 CFP）選項。EDCA 僅用于 CP，而 HCCA 用于兩個(gè)階段。

EDCA 實(shí)現起來(lái)相當簡(jiǎn)單，但它不能保證可容忍的延遲、抖動(dòng)或帶寬水平，而且它無(wú)法處理多個(gè)具有相同優(yōu)先級的應用程序。HCCA 對 EDCA 進(jìn)行了重大改進(jìn)，但它本身也存在不足。HCCA 依賴(lài)于接入點(diǎn)（充當 HC，或混合協(xié)調器）中的集中控制，可以保證每個(gè)連接站的傳輸時(shí)間和持續時(shí)間。每個(gè)站點(diǎn)都向中央 AP 請求訪(fǎng)問(wèn)權限，并附有詳細說(shuō)明所需 QoS 的流量規范。然后接入點(diǎn)確定它是否可以支持所請求的 QoS 規范并允許或拒絕該站點(diǎn)。因為這個(gè)過(guò)程是從一個(gè)中央位置管理并在注冊時(shí)預先確定的，所以訪(fǎng)問(wèn)保證是無(wú)爭用的，

HCCA 的一個(gè)問(wèn)題是它不能與鄰居遺留網(wǎng)絡(luò )一起工作?；蛘?，的方法是基于 EDCA 并添加準入控制的組合解決方案。EDCA 已經(jīng)確保更高優(yōu)先級的數據包更快地訪(fǎng)問(wèn)介質(zhì)，因此，低優(yōu)先級服務(wù)不會(huì )損害高優(yōu)先級服務(wù)的性能。通過(guò)加入HCCA的準入控制，系統資源將始終足夠用于兩個(gè)高優(yōu)先級服務(wù)，并且高優(yōu)先級服務(wù)永遠不會(huì )損害具有相同優(yōu)先級的現有服務(wù)的性能。例如，準入控制將評估系統的資源以同時(shí)提供視頻和數據服務(wù)，只有在資源充足時(shí)才允許第二個(gè)視頻流。

快速鏈路適配

除了 802.1e QoS 支持，系統設計人員還可以通過(guò)使用快速鏈路適配來(lái)優(yōu)化 QoS，與傳統速率適配一樣，它旨在適應信道瞬時(shí)條件下的傳輸數據 (PHY) 速率。傳統速率適配包括專(zhuān)有的開(kāi)環(huán)算法，其中傳輸站根據 MAC 計數器和復雜的 PHY 指標優(yōu)化其速率。相比之下，快速鏈路適配是一種閉環(huán)機制——發(fā)射器根據來(lái)自接收器的指示推導出優(yōu)化速率。IEEE 802.11n 標準草案定義了兩個(gè)站之間交換信息的機制，并允許其實(shí)施依賴(lài)于供應商。通過(guò)將快速鏈路適配與速率適配相結合，它有可能實(shí)現動(dòng)態(tài) QoS 機制，根據實(shí)際數據包錯誤率和鏈路條件調整比特率。上層可以使用快速指示來(lái)采取行動(dòng)并確保應用程序處理可用帶寬。此功能在不斷變化的家庭環(huán)境中尤為重要。

在客戶(hù)端到客戶(hù)端的通信領(lǐng)域，還有一種 QoS 方法需要考慮。這由 AP 使用動(dòng)態(tài)鏈路設置 (DLS) 進(jìn)行管理，從而節省通話(huà)時(shí)間并提高網(wǎng)絡(luò )效率。在家庭環(huán)境中，每個(gè)設備都應該能夠與家中的任何其他設備通信。提高的網(wǎng)絡(luò )效率支持更多服務(wù)，同時(shí)減少通過(guò) AP 的“躍點(diǎn)”，從而提高對延遲敏感的應用程序的性能。DLS 可減少延遲，因為它可以支持任意設備，同時(shí)在用戶(hù)更改頻道、快退和快進(jìn)或使用游戲命令時(shí)提供不同連接路徑之間的選擇。