通过无线网络传输视频

无线家庭网络为设备提供商提供了很多希望，但他们必须能够保证 QoS。

在过去的五年中，无线数据网络和访问它们的应用程序使我们的生活更加方便，并为我们提供了宝贵的灵活性。无线技术在我们的日常生活中已经变得如此根深蒂固，以至于它们现在已经渗透到家庭娱乐市场。消费者过去常常在家中的一个固定位置在固定电视前观看 DVD 或视频剪辑，而现在他们希望在家中的任何地方共享和访问他们不断增长的 DVR、移动设备、笔记本电脑和其他娱乐资源，随时。

这对当今的开发人员提出了挑战，即为多媒体和娱乐融合提供无缝网络。消费者希望他们的无线网络和应用程序像有线网络一样可靠。然而，与通过无线网络传输一般数据不同，视频应用不能容忍带宽波动，因此挑战要严峻得多。在通过无线网络推送视频内容时，有很多很多因素需要评估。早期的无线 LAN 技术根本无法胜任这项任务，业界以的 IEEE 802.11n 规范作为回应。然而，即使是这种高性能的 WLAN 标准也不足以传输视频，

许多关键因素有助于达到消费者所感知的令人满意的性能。这些包括带宽、延迟、覆盖范围和服务质量 (QoS)。

带宽尤为重要，并通过使用 MIMO（多输入多输出）和信道绑定技术进行了优化。这些技术也有助于 QoS，因为更高的吞吐量提高了对干扰的免疫力，并且更容易处理降级的链路条件。此外，任何多余的带宽都可以换取更长的传输距离和更好的功率效率——带宽越多越好。

吞吐量不足 

但与此同时，来自更高 PHY 吞吐量的原始带宽还不够。所需要的是给定应用程序在令人满意的水平上获得更高的有效带宽，而这需要采取额外的步骤来大幅提高媒体访问控制器 (MAC) 的效率。这可以使用一种聚合机制来实现，该机制消除了链接到每个数据包的开销并用公共开销代替它。聚合交换序列通过确认聚合 MAC 协议数据单元 (A-MPDU) 的协议启用。因此，只有一个块确认 (Block ACK) 而不是多个 ACK 信号，并且无需为每个 MPDU 启动新的传输。结果是 MAC 效率为 70%，而 IEEE 802.11a/b/g 的典型 MAC 效率额定值为 50%，如表 1 所示。

另一个关键考虑因素是网络可以到达多远；黄金标准是全屋覆盖。尽管用户在使用家庭数据网络时可以容忍“死角”和有限的覆盖范围，但无线娱乐不能接受死角和有限的覆盖范围。当今的集中式多媒体存储设备有望成为所有多媒体内容的，无论在家中的哪个位置观看或收听。这意味着，与数据网络不同，比特率不会随着与接入点距离的增加而下降。

此外，前向纠错 (FEC) 方案的使用扩展了在任何给定数据速率下的可能范围。例如，通过使用低密度奇偶校验 (LDPC) 码获得的 3 dB 编码增益可转化为约 20% 的范围改进。或者，额外的增益可用于增加吞吐量（使用更高的星座）或增加鲁棒性和抗干扰性，如图 1 所示。以视频性能覆盖整个家庭对于无线娱乐至关重要，因此关键的新所有无线娱乐网络的强制性测试应该是在典型家庭环境的整个覆盖范围内的丢包性能。

考虑 QoS 

无线娱乐体验的一个考虑因素是 QoS。必须在基本 QoS 基础之上使用几种增强的 QoS 机制来解决一些关键问题。有多种 QoS 策略需要考虑。步是在低干扰的 5 GHz 频段中运行，该频段具有较高的信道可用性，并且可以减少来自在相同频率范围内运行的其他类型设备的干扰。接下来，必须采用许多 IEEE QoS 标准。这些标准减轻了与允许多个应用程序同时访问相同带宽相关联的问题，而不会阻碍不能容忍时间延迟和带宽波动的应用程序。

现有的 802.11n 协议使用分布式协调功能 (DCF) 访问方法来解决其中的一些问题，但这还不够。DCF 协议实现了一种基于载波侦听多路访问 (CSMA) 的“先听后说”方案。使用此方案，站点首先监听无线介质是否空闲。如果不是，该站点将启动一个计时器，该计时器具有基于网络参数定义的预定范围的随机退避间隔。每个站单独确定何时访问媒体。每个设备都有平等的机会访问无线媒体，这在传统数据应用程序中运行良好。但在视频、游戏和其他对带宽敏感的应用程序中，这种“公平访问”机制存在延迟和抖动问题的风险。

雇用 PCF 

一种更好但仍不充分的无线娱乐 QoS 方法是点协调功能 (PCF)，它提供了一种机制来确定对无线媒体访问的优先级。接入由一个中央点协调器 (PC) 实体协调，通常是接入点 (AP)。使用 PCF 访问无线媒体的优先级高于基于 DCF 的媒体访问。此外，PCF 定义了随时间周期性交替的无竞争期 (CFP) 和竞争期 (CP)。PCF方案用于CFP期间访问介质，DCF机制用于非关键CP期间。在 CFP 期间，站点之间没有争用，因为站点由中心点协调器轮询传输，它们不会尝试独立访问媒体。虽然这种方法可以更好地协调访问，但它是一个复杂的实现，并且许多技术问题仍未解决。PCF 没有进入实际产品，导致 QoS 标准的进一步发展。

由于DCF和PCF方法的缺点，业界制定了IEEE 802.11e标准。该标准引入了用于 QoS 支持的混合协调功能 (HCF)。HCF 定义了两种媒体访问机制。种是基于竞争的媒体访问，也称为增强型分布式信道访问 (EDCA)。第二种是受控媒体访问（包括轮询），也称为 HCF 受控信道访问（HCCA）。与 PCF 一样，802.11e 支持 EDCA 和 HCCA 的两个操作阶段（即 CP 和 CFP）选项。EDCA 仅用于 CP，而 HCCA 用于两个阶段。

EDCA 实现起来相当简单，但它不能保证可容忍的延迟、抖动或带宽水平，而且它无法处理多个具有相同优先级的应用程序。HCCA 对 EDCA 进行了重大改进，但它本身也存在不足。HCCA 依赖于接入点（充当 HC，或混合协调器）中的集中控制，可以保证每个连接站的传输时间和持续时间。每个站点都向中央 AP 请求访问权限，并附有详细说明所需 QoS 的流量规范。然后接入点确定它是否可以支持所请求的 QoS 规范并允许或拒绝该站点。因为这个过程是从一个中央位置管理并在注册时预先确定的，所以访问保证是无争用的，

HCCA 的一个问题是它不能与邻居遗留网络一起工作。或者，的方法是基于 EDCA 并添加准入控制的组合解决方案。EDCA 已经确保更高优先级的数据包更快地访问介质，因此，低优先级服务不会损害高优先级服务的性能。通过加入HCCA的准入控制，系统资源将始终足够用于两个高优先级服务，并且高优先级服务永远不会损害具有相同优先级的现有服务的性能。例如，准入控制将评估系统的资源以同时提供视频和数据服务，只有在资源充足时才允许第二个视频流。

快速链路适配

除了 802.1e QoS 支持，系统设计人员还可以通过使用快速链路适配来优化 QoS，与传统速率适配一样，它旨在适应信道瞬时条件下的传输数据 (PHY) 速率。传统速率适配包括专有的开环算法，其中传输站根据 MAC 计数器和复杂的 PHY 指标优化其速率。相比之下，快速链路适配是一种闭环机制——发射器根据来自接收器的指示推导出优化速率。IEEE 802.11n 标准草案定义了两个站之间交换信息的机制，并允许其实施依赖于供应商。通过将快速链路适配与速率适配相结合，它有可能实现动态 QoS 机制，根据实际数据包错误率和链路条件调整比特率。上层可以使用快速指示来采取行动并确保应用程序处理可用带宽。此功能在不断变化的家庭环境中尤为重要。

在客户端到客户端的通信领域，还有一种 QoS 方法需要考虑。这由 AP 使用动态链路设置 (DLS) 进行管理，从而节省通话时间并提高网络效率。在家庭环境中，每个设备都应该能够与家中的任何其他设备通信。提高的网络效率支持更多服务，同时减少通过 AP 的“跃点”，从而提高对延迟敏感的应用程序的性能。DLS 可减少延迟，因为它可以支持任意设备，同时在用户更改频道、快退和快进或使用游戏命令时提供不同连接路径之间的选择。