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| 保證整體家庭連網的確定性QoS關鍵 |
消費者期望他們的電視能夠像使用電力一樣可靠。只要打開電視，節目就能不中斷地播放。
隨著我們進入連網家庭娛樂時代，消費者的期望將進一步增加。房間到房間的高解析度內容串流傳輸已成為目前數位家庭最期待的功能。對於有線廠商和內容供應商來說，提供無可挑剔的娛樂節目是他們的生存之道，他們必須確保其用戶能接收到可靠的服務。否則會遭到投訴，並可能導致消費者流失到競爭對手那裡。
最近幾年來，業界利用現有的網路技術建構整體家庭娛樂網路。那麼，為什麼這種網路至今仍未實現呢？事實上，現有的網路技術已經非常適合大型文件的傳輸、網際網路存取、電子郵件或網路印表機，然而，若要以滿足整個家庭娛樂網路要求的服務品質(QoS)為前題，能可靠地發送音訊和視訊數位內容，那麼，這些技術已被證明在很大程度上是不太有效的。
在整個家庭中，高解析度娛樂串流內容所提出的要求是這些傳統網路技術所無法支援的。這些要求包括很高的頻寬、QoS保證、低延遲和低抖動(封包與封包之間的延遲差異)。
整體而言，理想家庭娛樂網路的其他特性還包括：1. ‘無新的連接線’。能使用家庭中現成的連接線，或可能利用無線網路；2. 在網路上執行一組協議和應用程式，並提供真正的即插即用，不需要任何的配置或韌體下載；3. 簡單易用的用戶體驗，採用遙控來操控電視，而不是使用鍵盤/滑鼠/PC。
為支援這些要求，Pulse~LINK公司開發了CWave技術。CWave UWB晶片組可實現互動式HD內容、多通道音訊，並能讓高速數據透過有線或無線介質在家中無縫地發送。由於有線和無線通訊使用了相同的晶片組，娛樂數據在不同的設備和數據傳輸介質之間傳遞時，可保持一致的服務品質和預留頻寬。
MAC：與數據率同樣重要
為了滿足對家庭娛樂網路的支援，網路技術必須不斷提升數據速率，但媒體存取控制(MAC)很少被提及。如果沒有一個MAC能保證QoS，那麼真實世界的娛樂網路將‘分崩離析’，導致客戶投訴增加和產品召回，為服務供應商和製造商帶來更多成本負擔。
Cwave技術能為家庭娛樂網路帶來巨大的頻寬，該技術同樣運用了IEEE802.15.3b MAC，為基於IP的網路帶來QoS。這種基於TDMA的標準採用了與乙太網路和Wi-Fi相同的協議堆疊，這意味著它能與基於IP的網路無縫連接，但仍存在重要的差異。
MAC為何如此重要？一般來說，MAC相當於網路中設備之間的‘交通警察’。MAC數據通訊協議子層是7層OSI模型的一部份，對應於第二層的數據鏈路層，它提供了尋址和通道存取控制機制，使得在任何整個家庭娛樂網路中包含的多個網路節點都能通訊。MAC子層連接到第二層頂端上的邏輯鏈路控制(LLC)子層。LLC輸出到第三層網路層的是公共匯聚點，在該點，針對無線、乙太網路、同軸電纜、電力線的網路堆疊是公用的。
MAC為網路節點決定了在何時以及如何為實際的網路傳輸媒介分配實體存取提供邏輯控制。這就是為何幾個網路節點能連接到相同的實體介質，並合作分享媒體存取。在嚴格限制的時間內，MAC能提供對實體傳輸介質存取的能力，決定了某個特定MAC能否滿足整個家庭娛樂網路的QoS要求。不能在嚴格限定的時間內保證對實體層傳輸介質存取的MAC則被認為是‘盡力而為’類型的網路。
目前，家庭網路技術中主要使用的MAC架構大部份支援載波偵聽多工存取(CSMA)和TDMA(時分多址)的雙通道存取機制。
CSMA讓家庭和辦公室中得以實現了乙太網路和WiFi技術。這些技術的設計主要用於大量文件傳輸、簡單的網際網路存取、印表機共享等網路功能。由於它們過去主要應用在家庭和辦公室中，因此，今天人們試圖透過增加‘區分優先級’(參數化)的方式來支援多媒體連網。這種做法為這種網路賦予了更良好的多媒體發送性能，但並未解決基本問題：它無法滿足‘可保證的’QoS。
基本問題之一是對實體傳輸介質的存取衝突。由於並未規劃CSMA存取方案，與衝突或衝突迴避協議相關的延遲造成無法保證QoS(發送時間、抖動等)。第二個基本的問題是無連接的、區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慧，使數據能發送到端點。
同樣的，TDMA為多媒體網路提供了一種理想的基礎。TDMA在嚴格限制的時間內保證了QoS，支援同步數據串流，例如在多通道音訊和HDTV中所要求的。對於IEEE-802.15.3b來說，TDMA是基本的，Pulse~LINK公司的CWave UWB技術就使用了TDMA。
同步與非同步
娛樂網路要求的QoS不同於電子郵件、文件共享和列印。在娛樂網路中，如果數據不能準時到達，電視螢幕就沒有內容，可能顯示出視訊瑕疵，或是無音訊等類似錯誤。在嚴格的時間限制內發送數據，即為所謂的‘確定性’或‘同步’。
在網路上傳輸數據有兩種基本的方法，即非同步和同步。
CSMA網路為非同步的。非同步網路可視為類似高速公路的系統(圖1)。它可設計成支援70MPH或更高的速度，但是這取決於流量條件，並不保證你總是能達到這樣的速度。在一個非同步網路中，網路上的新活動，如電子郵件和列印等，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：將非同步的CSMA網路為當成類似高速公路系統來看待。
固定在CSMA網路上的多媒體網路活動已經增加了‘區分優先級’和‘參數’等方法。將這些方法想像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，只讓那些被核准的流量進入，這在流量較大時可能會改善情況，但堵塞依然會使網路慢下來或完全停止。
CSMA的一種替代解決辦法是以記憶體或硬碟的形式增加緩衝區。就像你能盡早進入高速路，無論交通狀況如何，你都能較早達到。儘管這種方法奏效，但卻增加了多媒體網路的成本和延遲，這將使互動式遊戲或電視或視訊轉換盒的頻道改變等即時應用複雜化，因為對每個新的頻道來說，都必須清空並重新填滿緩衝記憶體。
TDMA網路是同步的。同步網路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，並確切地知道你會在何時抵達目的地。它是一套管理系統，具有預定功能和確定性的調度功能。IEEE802.15.3b MAC能支援確定性的同步數據串流。
圖2：TDMA網路是同步的，更像一個鐵路系統。
能支援以確定形式傳輸‘有保證’之網路流量的網路，通常不再需要緩衝或者硬碟。對於TDMA網路來說，支援同步是進行具備QoS保證之多媒體音訊和視訊內容串流傳輸所要求的基本特性。
總之，整體家庭娛樂網路必須重新考量我們過去認為尚可接受的‘盡力而為’型網路。家庭內的串流式HD內容大幅提高了技術門檻，要求更高的數據吞吐率和更高層次的QoS。好消息是目前針對IP網路、已獲得核准的IEEE802.15.3b標準是從底層開始設計，提供了針對整體家庭娛樂網路所需的確定性服務品質。CWave將802.15.3b MAC標準與達Gb級速率的有線和無線連接結合，為消費者帶來所期望的可靠娛樂內容配送，不再有中斷。現在，這些技術已經就緒，且無需對性能要求進行折衷。
圖3：CWave UWB晶片組系統結構圖。
作者：John Santhoff
創始人、技術長
jsanthoff@pulselink.net
Pulse~LINK公司
電子工程專輯 上網時間 : 2007年11月19日
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