家庭聯(lián)網(wǎng)中QoS的沖突

有關(guān)家庭聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)好消息是，許多公司和聯(lián)盟都正在積極推出能夠在住宅內(nèi)可靠傳輸語(yǔ)音、視頻和音樂的相關(guān)產(chǎn)品和倡儀。壞消息是，這些產(chǎn)品和倡儀在解決QoS|0">QoS的核心問題的方式上存在輕微的差異。

例如，TZero 和 Metalink等無(wú)線供應(yīng)商正在分別提供能夠在超寬帶和802.11n鏈路上發(fā)送多媒體的器件，這兩家公司各自都在自己的QoS方案中采用了專門的秘密手段。而這些為同軸、電力線或電話線定義獨(dú)立的家庭網(wǎng)絡(luò)的特別行業(yè)組織的QoS方案彼此間缺乏協(xié)調(diào)。

服務(wù)供應(yīng)商也有自己的信息庫(kù)。Cable Labs認(rèn)為在為有線電視供應(yīng)商定義家庭網(wǎng)絡(luò)時(shí)，QoS是眼下最重要的任務(wù)之一。家庭網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(HGI) 在為電信公司部署IPTV網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)也持類似觀點(diǎn)。

有兩個(gè)獨(dú)立的組織正分別從這一技術(shù)領(lǐng)域的相對(duì)兩端切入展開工作，試圖填補(bǔ)缺口，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。但UPnP論壇(其推行通用即插即用協(xié)議)關(guān)于應(yīng)用編程接口(API)的任務(wù)，以及IEEE 802.1音頻/視頻橋接工作小組(AVB)關(guān)于修訂版媒體存取控制器的任務(wù)，至少一年內(nèi)是無(wú)法完成的。

這兩項(xiàng)技術(shù)協(xié)調(diào)程度如何尚不明朗，不過二者的努力都為密切關(guān)注的業(yè)內(nèi)工程師視為上述分裂問題的解救良方。“雖說每個(gè)人對(duì)QoS的解讀都不同，但如果有一個(gè)以上的QoS，事實(shí)上就等于一個(gè)也沒有，”索尼公司策略、標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)高級(jí)主管Glen Stone如是說。問題在于許多運(yùn)營(yíng)商，尤其是電視服務(wù)供應(yīng)商，都把通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體的能力看作一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)或核心能力。“他們從根本上希望能夠控制家庭網(wǎng)絡(luò)的QoS，因?yàn)橐坏┯幸馔夤收习l(fā)生，用戶們就會(huì)呼叫他們提供技術(shù)支持，”Stone表示。

問題在向高清電視和高清DVD轉(zhuǎn)移時(shí)才日顯嚴(yán)重。“我們把注意力集中在高清體驗(yàn)上，這加劇了QoS問題的惡化，”摩托羅拉全球機(jī)頂盒開發(fā)副總裁Gary O'Neall指出。“你還沒有看到科學(xué)－亞特蘭大公司(SA)的無(wú)線視頻，因?yàn)槲覀兿嘈湃藗冊(cè)诳吹胶陦K(macro blocking)之類的效果時(shí)，會(huì)感到很沮喪，” SA 公司產(chǎn)品策略和管理總監(jiān)Dave Clark表示，SA目前為思科系統(tǒng)屬下子公司。

在去年的10月底，六家領(lǐng)先的消費(fèi)電子公司表示，他們將在60GHz無(wú)線技術(shù)中選用另一種方案來(lái)解決無(wú)線高清問題。WirelessHD 組織推出了自己的QoS方案，并將在2007年初公開發(fā)表的一份規(guī)范中進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1：一些從事QoS工作的主要家庭聯(lián)網(wǎng)倡議。

“大多數(shù)工程師都還沒有把QoS看作是一項(xiàng)在各類不同網(wǎng)絡(luò)上鏈接眾多不同公司產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，”Stone提到。“遺憾的是，我們可能不得不采用最小公分母原則，以讓每個(gè)人都可以映射上去，”他補(bǔ)充道。

一旦規(guī)范制定出來(lái)，剩下的就是實(shí)現(xiàn)問題了。“如果把一個(gè)路由器放置在路徑上，但又不知道如何設(shè)置路徑，就無(wú)法獲得該路徑，”Cable Labs的家庭網(wǎng)絡(luò)規(guī)范監(jiān)督高級(jí)架構(gòu)師Clarke Stevens表示，Cable Labs是有線電視供應(yīng)商研發(fā)聯(lián)盟。

Cable Labs的最初目標(biāo)是為在質(zhì)量更容易被控制的單個(gè)的隔離網(wǎng)絡(luò)上的媒體運(yùn)行定義一個(gè)規(guī)范。

意見一致

“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，(我們希望)有關(guān) QoS的各種成果能夠匯聚在一起，”家庭網(wǎng)關(guān)倡議組織(HGI)中負(fù)責(zé)QoS工作的Duncan Bees表示，Duncan Bees同時(shí)也是數(shù)字用戶線(DSL)網(wǎng)關(guān)芯片供應(yīng)商PMC-Sierra公司的技術(shù)顧問。

目前，有兩項(xiàng)主要工作已在計(jì)劃中，旨在開發(fā)出一種方法把各個(gè)分裂派別逐步統(tǒng)一起來(lái)。通用即插即用聯(lián)盟(UPnP)正在開發(fā)一種適合于所有供應(yīng)商使用的高級(jí)QoS應(yīng)用編程接口。此外，IEEE 802.1工作小組也在煞費(fèi)苦心地制定低級(jí)別硬件兼容性標(biāo)準(zhǔn)，開始時(shí)瞄準(zhǔn)有線以太網(wǎng)，以后轉(zhuǎn)向802.11。

上述兩個(gè)組織一年以前都已完成了各自工作的主要框架?，F(xiàn)在的問題是雙方的成果如何良好地協(xié)調(diào)在一起。

盡管這兩項(xiàng)工作是分別在這一技術(shù)的相對(duì)兩端進(jìn)行的，但雙方對(duì)基本情況達(dá)成共識(shí)。盡管工程師們?cè)谒麄兏髯缘木W(wǎng)絡(luò)或互連中采用了許多獨(dú)特技巧以獲得良好的QoS，但歸納起來(lái)其實(shí)只有兩種基本技術(shù)。

最基本的方案是定義一組簡(jiǎn)單的優(yōu)先級(jí)別，并分配給數(shù)據(jù)包，這樣網(wǎng)絡(luò)就知道什么流量先發(fā)送。優(yōu)先級(jí)最高的通常是語(yǔ)音流量，接下來(lái)是視頻、音頻，最后是數(shù)據(jù)。

“如果有足夠的帶寬，就可以出色工作，無(wú)需太多智能參與，”Cable Labs的Stevens稱。

還有一種方案是讓某個(gè)具體任務(wù)在家庭網(wǎng)絡(luò)上搜索并與設(shè)備協(xié)商，以確保在一定時(shí)間內(nèi)獲得足夠帶寬和延遲。在這種被稱為參數(shù)化(parameterization)的方案中，如果帶寬不夠，可以禁止某些網(wǎng)絡(luò)任務(wù)使用網(wǎng)絡(luò)。

前一種方案與使用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議、利用有線或無(wú)線鏈路的“盡力而為”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同屬類似范疇。后一種方案一直由消費(fèi)電子廠商努力推動(dòng)，這些廠商希望提供無(wú)中斷的數(shù)字電視和立體聲，通常使用IEEE1394火線互連。

“參數(shù)化QoS里并沒有太多東西，”Stevens表示。“但這正是有線供應(yīng)商感到要讓自己的服務(wù)與眾不同所需要的。我們不希望因?yàn)橛腥颂峤淮蛴∪蝿?wù)而使視頻性能下降，”他補(bǔ)充道。

目前零售店賣的家庭網(wǎng)絡(luò)路由器都是一些混合系統(tǒng)，它們支持優(yōu)先級(jí)管理，但有時(shí)又沒有QoS。某些Wi-Fi產(chǎn)品聲稱它們支持參數(shù)化，不過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本身容易受到微波、無(wú)繩電話和墻壁的干擾。

像Cable Labs一樣，HGI也在把焦點(diǎn)從優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)向參數(shù)化方法。該組織的初衷是確保家庭網(wǎng)絡(luò)流量集中在其DSL網(wǎng)關(guān)上的以太網(wǎng)和Wi-Fi 鏈路中，而不與它的IPTV服務(wù)供應(yīng)商的視頻和語(yǔ)音相沖突。

“服務(wù)供應(yīng)商需要定義一組參數(shù)來(lái)推出他們的三網(wǎng)合一服務(wù)，” HGI的QoS小組副主席 Bees稱。

HGI于今年夏季發(fā)表的第一階段規(guī)范，主要依賴于由DSL論壇定義的對(duì)QoS優(yōu)先級(jí)的管理策略。“不過，優(yōu)先級(jí)設(shè)定之外，還有大量附加的特性和技巧”在里面 ，Bees指出。

該組織9月份開始進(jìn)行第二階段的工作。它將考慮參數(shù)化QoS和網(wǎng)絡(luò)存取控制。該組織還希望找到一種方法能夠映射LAN 和 WAN QoS技術(shù)，并讓用戶自行定義QoS策略。

Cable Labs的Bees 和 Stevens的工作之一就是密切關(guān)注UPnP 和802.1 AVB小組的工作成果。

統(tǒng)一分歧

“我們希望讓家庭網(wǎng)絡(luò)QoS與單個(gè)API同質(zhì)化，”三星家庭網(wǎng)絡(luò)研發(fā)經(jīng)理，同時(shí)也是UPnP 主席的Alan Messer表示。

大約18個(gè)月前，該組織定義了一個(gè)API，可支持多達(dá)8個(gè)優(yōu)先級(jí)別。最近，它又完成了更新工作，其中明確了沖突策略的處理辦法，并提供一個(gè)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)可用性的工具?，F(xiàn)在UPnP開始3.0版本的制定，嘗試設(shè)定參數(shù)化QoS的API。它將在現(xiàn)有的關(guān)于火線和電力線互連的工作基礎(chǔ)上研究。參數(shù)化將不作為一個(gè)新功能而是作為現(xiàn)有的優(yōu)先級(jí)API的擴(kuò)展來(lái)定義，Messer說。

諸如HGI、Cable Labs 和數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(DLNA)等組織都期望在編寫自己的規(guī)范時(shí)， 能夠參照UPnP參數(shù)化API。DLNA還希望成為一個(gè)論壇，以就如何把各種獨(dú)立的QoS成果統(tǒng)一起來(lái)的主題展開更廣泛的討論。

“我們積極工作以定義互操作性模型，讓不同的QoS能夠共存，并充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，” DLNA 主席Scott Smyers表示。

“對(duì)于像Mediabolic這樣的公司而言，家庭網(wǎng)絡(luò)混合的問題將是軟件堆棧上層亟待解決的任務(wù)，”電力線芯片制造商 Intellon公司業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)副總裁Andres Melder指出。Mediabolic公司是為數(shù)不多的業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)的家庭網(wǎng)絡(luò)軟件專業(yè)廠商之一。

另一家中間件公司NetStreams (位于德州奧斯汀)打算利用它的StreamNet軟件來(lái)解決同一個(gè)問題，以處理任何支持TCP/IP的分布式家庭網(wǎng)絡(luò)上的多媒體。它的軟件運(yùn)行在TI的 DSP上，可用于集成電路或電路板。

困難的回答

并非每個(gè)人都相信API是解決方案。 “我們認(rèn)為這個(gè)問題不能在更高層次上得到解決，”Broadcom網(wǎng)絡(luò)部門的一位技術(shù)主管Michael Teener就如此表示，他負(fù)責(zé)IEEE 802.1 AVB工作。

UPnP可能不得不為家庭中的每一個(gè)物理層網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建獨(dú)一無(wú)二的QoS映射。這項(xiàng)工作相當(dāng)復(fù)雜，因此，關(guān)于如何把一個(gè)鏈路的優(yōu)先級(jí)和參數(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)另一個(gè)鏈路有意義的東西，他們一般只能做一些合理的猜測(cè)，Teener提及。

“這項(xiàng)工作可以在較低級(jí)別上被更好地完成，但網(wǎng)絡(luò)路徑上的所有設(shè)備都必須參與。只要有一個(gè)沒有參與協(xié)作，就無(wú)法真正保證任何事情，” Teener指出。

AVB組織的工作目標(biāo)是，在2007年底把確定的參數(shù)化QoS引入到以太網(wǎng)中，并希望最好在一年后能夠把該工作擴(kuò)展到Wi-Fi 中。

通用子層

AVB組織將在以太網(wǎng)媒體存取控制器(MAC)中定義一個(gè)適用于任何基于802標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的子層。這項(xiàng)工作包括更嚴(yán)格地定義現(xiàn)有的優(yōu)先級(jí)別，并運(yùn)用多媒體流預(yù)留協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。它還計(jì)劃建立一個(gè)切換機(jī)制，以便能夠可靠地確定給定鏈路的帶寬和延遲能力。

這一方案將促使MAC中的硬件進(jìn)行改變，比如設(shè)置多個(gè)傳輸隊(duì)列用于對(duì)流量整形 。實(shí)際上，某些高端網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品已能夠支持這些功能。

Teener表示，當(dāng)這項(xiàng)工作完成時(shí)，對(duì)MAC設(shè)計(jì)人員來(lái)說，那些改變只需要數(shù)目“幾乎微不足道”的新的門電路就可以實(shí)現(xiàn)。