采用802.11技術的混合式同軸/無線多媒體家庭網絡

采用802.11技術的混合式同軸/無線多媒體家庭網絡

無線家庭網絡已成為家庭數據分送服務最喜歡采用的技術。802.11b價格和有線產品非常接近，它們無需安裝新線路或使用舊線路，即可將聯(lián)機能力帶至家中每個角落，已成為使用者架設家庭網絡的最自然選擇。企業(yè)市場對于802.11b產品的龐大需求不但推動成本下降，也讓消費者得以透過相同界面使用家庭和企業(yè)網絡，這使得802.11b成為更具吸引力的家庭網絡技術。

消費者希望家中多部計算機可以共享一條寬帶線路，這已成為家庭網絡成長的主要推動力量，802.11b提供11 Mbps數據速率和300-500英呎聯(lián)機距離，滿足此項需求的絕佳解決方案。隨著更多新服務在家庭網絡上出現(xiàn)，后續(xù)推出的802.11g/a標準可滿足日益增加的傳輸容量需求，802.11e和802.11i符合更嚴格的網絡聯(lián)機質量 (QoS) 和傳輸安全規(guī)定。但隨著家庭網絡的傳輸容量需求不斷增加，業(yè)者能力可能會受到無線通訊涵蓋范圍的限制，使他們無法提供新的高頻寬服務和應用，例如家庭內的視訊分送(video distribution)。雖然最先進的802.11a/g標準提供高達54 Mbps數據產出，足以在家中分送多個MPEG視訊串流，但根據這些標準所發(fā)展的產品就算在最高產出作業(yè)模式，它們的傳輸距離或涵蓋范圍在許多情形下還是有所不足。802.11a/b/g的高產出作業(yè)模式最容易受到各種因素影響，例如障礙物所造成的傳輸路徑耗損(path loss) 以及時變多重路徑所導致的訊號衰落 (fading)，它們使得這些作業(yè)模式無法保證提供可靠的傳輸服務。

這篇文章將介紹一個新概念，它能協(xié)助業(yè)者解決涵蓋范圍的問題，把高頻寬服務帶到家中每個角落，特別是視訊分送。我們建議使用家庭同軸網絡 (in-home coax network) 做為無線家庭網絡的骨干線路，再以802.11 a/b/g做為同軸線路的傳輸協(xié)議。

利用家庭同軸網絡增加無線網絡的距離和涵蓋范圍，業(yè)者就能提供可靠的家庭視訊分送和其它服務，確保高容量傳輸范圍涵蓋家中每個角落，并享受802.11b/a/g/e/i帶來的所有優(yōu)點，包括QoS、安全和低成本。

整體概念

我們推薦一種家庭網絡，它是以無線 (over the air) 和同軸纜線的802.11傳輸為基礎 (在這篇文章中，"802.11" 是指以802.11為基礎的所有標準，包括802.11a, b, g, e和i等延伸標準)。圖1是混合式無線／同軸802.11網絡的基本方塊圖，包含無線802.11家庭網絡使用的基地臺 (AP) 和天線以及同軸線路；此網絡還包含兩個工作站(STA)：一個透過同軸電纜連接至網絡，另一個則是透過無線通訊與網絡連接。在家庭同軸網絡的多個節(jié)點中，有個節(jié)點會透過同軸電纜連接至無線橋接器／中繼器。

基地臺產生的每個封包都能透過無線通訊或是同軸電纜傳送，這表示每個封包都可能透過三個訊號路徑抵達終點：第一個路徑是通過基地臺天線所建立的直接無線鏈路；第二個路徑是先通過同軸電纜抵達中繼器，然后經由無線傳送至無線工作站；第三個路徑則經由同軸電纜抵達目的地。無論經由無線通訊或同軸電纜，所有傳輸都會使用2.4GHz頻帶 (也就是802.11 b和g使用的頻帶)。

圖1

在絕大多數家庭中，若經由同軸電纜傳送802.11b/g的2.4 GHz頻帶訊號，它的傳播耗損通常都低于無線通訊傳送方式 - 若把墻璧或其它無線訊號傳輸障礙列入考慮，這種現(xiàn)象將變得更明顯。因此同軸線路可用來擴大網絡的聯(lián)機距離和涵蓋范圍，我們只需利用低耗損的同軸路徑或是混合式同軸／無線路徑來繞過某些耗損較高的無線路徑；同軸網絡基地臺和工作站之間的全同軸路徑更提供極高的傳輸質量，802.11g在最高產出模式(54 Mbps)，也具備非?？煽康淖鳂I(yè)能力。

圖2

圖2是一般家庭的應用范例。這個例子中的家庭使用802.11g來分送數據和視訊，一樓的數字機上盒包含整合式DOCSISTM纜線調制解調器和802.11g基地臺，數據速率最高54Mbps；家里還有兩部計算機共享一條寬帶線路，它們會透過無線通訊來上網和收發(fā)電子郵件。一樓的計算機透過802.11g無線通訊連接至機上盒／基地臺，第二部計算機位于二樓，它可能已超出機上盒的無線訊號涵蓋范圍，因此必須透過二樓的同軸／無線中繼器連接至網絡，這個中繼器可以擴大無線網絡的涵蓋范圍。在這個例子中，二樓計算機也可以連接至無線網絡，這是混合式同軸／無線網絡的主要優(yōu)點之一。

第二項重要優(yōu)點是在家里的兩部機上盒之間建立高容量聯(lián)機，讓視訊訊號能從一個房間送至另一個房間。雖然兩個房間的距離仍允許2-11 Mbps無線速率，足以支持上網和收發(fā)電子郵件等數據傳輸服務，視訊分送需要54Mbps數據產出，必須透過兩部機上盒間的同軸線路才能實現(xiàn)。兩部機上盒間的高容量線路可用來分享個人錄像機所錄制的視訊內容，消費者也能透過任何一部機上盒收發(fā)電子郵件或上網。內建基地臺功能的機上盒可做為家庭媒體中心，提供儲存的音訊和視訊內容，其它功能較少的機上盒可以透過同軸網絡存取這些信息；此外，所有機上盒都能使用家里的數據服務和計算機資源，例如打印機、掃描儀和攝影機等。

802.11e的QoS能力會確保這些共享媒體的使用效率，它還能保證將適當頻寬配置給需要QoS的服務，并將延遲時間限制在一定范圍內，機上盒提供的CableHomeTM功能可以協(xié)助管理家庭網絡。

把高傳輸容量的同軸線路和802.11e結合在一起，業(yè)者即可在同軸網絡工作站之間提供穩(wěn)定可靠的高頻寬服務，例如視訊分送。

混合式同軸／無線網絡的技術考慮

雖然家庭同軸網絡的所有零件都是針對900 MHz以下訊號所設計，但是802.11訊號可以負荷2.4 GHz頻帶作業(yè)所造成的衰減。同軸電纜每公尺會造成0.5dB訊號衰減，普通訊號分路器的衰減幅度也達20-30 dB (分路器輸入端和輸出端的2.4 GHz訊號量測結果)，因此家庭同軸路徑的要求并不如良好無線通道嚴格?，F(xiàn)有802.11b/g系統(tǒng)能容忍發(fā)射機和接收機間存在90-100dB衰減 (同時仍提供很高的數據產出)，這能提供充份的線路衰減預算 (attenuation budget)，足以支持數百英呎同軸電纜和多個分路器。

混合式同軸／無線網絡會引入多重路徑的問題，因為某些纜線和分路器可能并未提供終端匹配；但即便如此，面對典型無線環(huán)境的各種反射和訊號傳送路徑，802.11組件的特別設計，能減輕嚴重多重路徑問題。802.11也包含固有的安全防護功能，可以解決訊號溢波至鄰居家中所可能造成的安全顧慮。

各種解決方案的比較

為了解決在家中分送多媒體內容的問題，廠商為有線電視業(yè)者提供許多解決方案，以下就是這些解決方案和本文建議解決方案的比較：

1. 模擬分送 (Analog Distribution)

針對家庭視訊分送的問題，模擬分送可以提供簡單解決方案，其獨特優(yōu)點在于不需為了升頻視訊 (upconverted video) 的訊號譯碼而使用另一部訊號轉換機，這種解決方案的功能和質量都很有限，需要獨立線路和額外零件來傳送包括遙控數據在內的各種數據，銅軸線路的微反射現(xiàn)象(micro-reflections) 也會讓畫質變得很糟。802.11數字訊號對于微反射現(xiàn)象擁有更強健的抵抗能力，故能透過家庭同軸網絡提供穩(wěn)定可靠的視訊和高速數據傳輸服務。

2. 純粹802.11 a/b/g + e網絡

雖然在絕大多數情形下，這類網絡都能提供涵蓋整個家庭的聯(lián)機范圍，且其速率足以支持寬帶線路分享，并把數據服務帶至家中每個角落，但要提供多媒體分送服務卻可能仍嫌不足。高產出作業(yè)模式最容易受到無線路徑耗損和多重路徑的影響，有能力支持視訊分送的作業(yè)模式也可能無法提供完整的涵蓋范圍。

我們可以利用無線中繼器來擴大網絡的支持距離，雖然中繼器能擴大涵蓋范圍 (代價是使用額外頻寬)，但若未經仔細規(guī)劃，它仍無法保證提供完整涵蓋范圍；此外，相較于本文所建議的混合式同軸／無線網絡，這種解決方案的強健性比較差，成本也更高。

3. HPNA以及有線電視HPNA (HPNA over cable)

做為一種家庭網絡技術，HPNA 2.0的市場表現(xiàn)并不成功，雖然它的數據速率足以支持高速數據服務，但在爭奪市場占有率時，卻輸給其它更受歡迎的無線技術。受到電話插座位置的影響，無法提供完整的涵蓋范圍；對許多使用者來說，以電話線路做為家庭網絡也不像使用無線技術那么簡單直接。事實上，發(fā)展802.11解決方案的組件和系統(tǒng)廠商數目已大幅增加，開發(fā)HPNA產品的組件和系統(tǒng)廠商卻不斷減少，使得這項技術因為缺少競爭而更沒有吸引力。

HPNA 2.0完全不適合多媒體應用，它的實際數據速率并不足以支持視訊分送，規(guī)格中關于QoS機制的部份也極少，不但共享媒體的使用效率很低，業(yè)者也無法提供收費服務所需的QoS聯(lián)機質量保證；雖然新世代的HPNA3.0標準可能會解決這個問題，但它仍會有許多其它問題，這使得HPNA 2.0無法成為具有吸引力的家庭網絡技術。

也有廠商建議使用有線電視HPNA 2.0，其方法就像本文對于無線連接的建議；但是不同于提供高速模式和QoS功能的802.11g/a標準，HPNA 2.0無法透過有線電視線路分送多個MPEG串流，因為它的數據產出不足，也缺少QoS功能。

由于HPNA 2.0頻帶和有線電視的上行頻帶重迭，使得有線電視HPNA需要升頻轉換功能，才能避免干擾有線電視的上行傳輸，但這會在解決方案中引入非標準組件，迫使它采用電話線路HPNA解決方案以外的零件；此外，若要支持多廠商的操作互通性，它還需要另一套標準。頻率轉換也可能對標準HPNA零件造成困擾，因為HPNA2.0并不支持這種轉換，這些問題再加上HPNA 2.0組件廠商很少，使得此類解決方案基本上都是廠商專屬的解決方案。

不但如此，為了將同軸網絡和電話網絡橋接在一起，同軸線路和電話線路必須在家中某個地方相會；但在許多家庭中，同軸線路和電話插座通常分開在房間的兩端，使得這兩種網絡的橋接并不如無線技術那么簡單。

由于無線家庭網絡極受歡迎，基地臺可能仍需支持無線家庭網絡。無論是無線掌上型裝置，配備無線局域網絡界面的企業(yè)計算機，以及與電話或同軸線路插座仍有一段距離的其它裝置，它們都無法獲得HPNA同軸／電話線路支持。相較于802.11同軸／無線解決方案，若想利用802.11來彌補HPNA的不足，反而會帶來一套沒有效率又冗余的解決方案。

4. 專屬同軸收發(fā)器 ( 'HomeCNA' )

多家公司也推薦以同軸電纜為基礎的家庭網絡解決方案，它們會采用一種非標準的傳輸協(xié)議；事實上，透過同軸電纜提供多媒體的最佳化協(xié)議將是很好的技術解決方案，但它們被采用的可能性仍低于以現(xiàn)有標準為基礎的解決方案，特別是802.11b/a/g之類極受歡迎的解決方案。要為有線電視家庭網絡發(fā)展新的專屬標準和新零件，這將是一項漫長而昂貴的提議，讓多家廠商參與這項工作的機會更是非常渺茫；就算這種方法擁有許多技術優(yōu)勢，使它有能力成為勝過802.11b/a/g的傳輸協(xié)議，但它們仍將不敵于已通過實際考驗的現(xiàn)有標準，特別是現(xiàn)有的802.11組件。

即使采用這種方式，機上盒除了同軸網絡技術外，仍需要另一種家庭網絡技術 ，讓離同軸電纜插座較遠的裝置也能聯(lián)機；相形之下，采用單一802.11界面的機上盒卻可透過無線通訊和同軸線路傳輸數據，證明前述解決方案不但效率低，而且成本昂貴。

專屬的同軸家庭網絡解決方案可提供100 Mbps或是更高數據產出，超過現(xiàn)有802.11解決方案所能達到的54 Mbps；值得注意的是，802.11有個專門工作小組正在研究數據速率更高的802.11延伸標準，它們將為高頻寬應用和服務提供更大的傳輸容量。

結論

我們介紹了混合式同軸／無線家庭網絡的概念，它們可利用現(xiàn)有802.11標準和零件來支持高頻寬應用及服務。由于數據速率高達54 Mbps，支持QoS功能，涵蓋范圍又包含整個家庭，業(yè)者取得一套解決方案，使他們能在家中每個角落，穩(wěn)定的提供和分送需要高傳輸容量及QoS的各種服務，例如視訊分送應用。

采用現(xiàn)有802.11標準，業(yè)者可以獲得多家廠商的零件供應，同時確保這些零件擁有良好的操作互通性；透過802.11市場的激烈競爭和龐大銷售規(guī)模，將為業(yè)者帶來低成本和低風險的解決方案。

802.11很受家庭和企業(yè)歡迎，許多產品也采用這種無線技術，例如內建無線網絡的筆記型計算機和PDA以及802.11b保全攝影機，它們會讓混合式同軸／無線802.11家庭多媒體網絡的應用更廣泛。