家庭联网中QoS的冲突

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有关家庭联网的一个好消息是，许多公司和联盟都正在积极推出能够在住宅内可靠传输语音、视频和音乐的相关产品和倡仪。坏消息是，这些产品和倡仪在解决QoS的核心问题的方式上存在轻微的差异。
例如，TZero 和 Metalink等无线供应商正在分别提供能够在超宽带和802.11n链路上发送多媒体的器件，这两家公司各自都在自己的QoS方案中采用了专门的秘密手段。而这些为同轴、电力线或电话线定义独立的家庭网络的特别行业组织的QoS方案彼此间缺乏协调。
服务供应商也有自己的信息库。Cable Labs认为在为有线电视供应商定义家庭网络时，QoS是眼下最重要的任务之一。家庭网关标准(HGI) 在为电信公司部署IPTV网络的工作时也持类似观点。
有两个独立的组织正分别从这一技术领域的相对两端切入展开工作，试图填补缺口，实现统一。但UPnP论坛(其推行通用即插即用协议)关于应用编程接口(API)的任务，以及IEEE 802.1音频/视频桥接工作小组(AVB)关于修订版媒体存取控制器的任务，至少一年内是无法完成的。
这两项技术协调程度如何尚不明朗，不过二者的努力都为密切关注的业内工程师视为上述分裂问题的解救良方。“虽说每个人对QoS的解读都不同，但如果有一个以上的QoS，事实上就等于一个也没有，”索尼公司策略、标准和架构高级主管Glen Stone如是说。问题在于许多运营商，尤其是电视服务供应商，都把通过家庭网络传送多媒体的能力看作一项竞争优势或核心能力。“他们从根本上希望能够控制家庭网络的QoS，因为一旦有意外故障发生，用户们就会呼叫他们提供技术支持，”Stone表示。
问题在向高清电视和高清DVD转移时才日显严重。“我们把注意力集中在高清体验上，这加剧了QoS问题的恶化，”摩托罗拉全球机顶盒开发副总裁Gary O'Neall指出。“你还没有看到科学－亚特兰大公司(SA)的无线视频，因为我们相信人们在看到宏块(macro blocking)之类的效果时，会感到很沮丧，” SA 公司产品策略和管理总监Dave Clark表示，SA目前为思科系统属下子公司。
在去年的10月底，六家领先的消费电子公司表示，他们将在60GHz无线技术中选用另一种方案来解决无线高清问题。WirelessHD 组织推出了自己的QoS方案，并将在2007年初公开发表的一份规范中进行详细描述。

图1：一些从事QoS工作的主要家庭联网倡议。

“大多数工程师都还没有把QoS看作是一项在各类不同网络上链接众多不同公司产品的网络服务，”Stone提到。“遗憾的是，我们可能不得不采用最小公分母原则，以让每个人都可以映射上去，”他补充道。
一旦规范制定出来，剩下的就是实现问题了。“如果把一个路由器放置在路径上，但又不知道如何设置路径，就无法获得该路径，”Cable Labs的家庭网络规范监督高级架构师Clarke Stevens表示，Cable Labs是有线电视供应商研发联盟。
Cable Labs的最初目标是为在质量更容易被控制的单个的隔离网络上的媒体运行定义一个规范。

意见一致
“从长远来看，(我们希望)有关 QoS的各种成果能够汇聚在一起，”家庭网关倡议组织(HGI)中负责QoS工作的Duncan Bees表示，Duncan Bees同时也是数字用户线(DSL)网关芯片供应商PMC-Sierra公司的技术顾问。
目前，有两项主要工作已在计划中，旨在开发出一种方法把各个分裂派别逐步统一起来。通用即插即用联盟(UPnP)正在开发一种适合于所有供应商使用的高级QoS应用编程接口。此外，IEEE 802.1工作小组也在煞费苦心地制定低级别硬件兼容性标准，开始时瞄准有线以太网，以后转向802.11。
上述两个组织一年以前都已完成了各自工作的主要框架。现在的问题是双方的成果如何良好地协调在一起。
尽管这两项工作是分别在这一技术的相对两端进行的，但双方对基本情况达成共识。尽管工程师们在他们各自的网络或互连中采用了许多独特技巧以获得良好的QoS，但归纳起来其实只有两种基本技术。
最基本的方案是定义一组简单的优先级别，并分配给数据包，这样网络就知道什么流量先发送。优先级最高的通常是语音流量，接下来是视频、音频，最后是数据。
“如果有足够的带宽，就可以出色工作，无需太多智能参与，”Cable Labs的Stevens称。
还有一种方案是让某个具体任务在家庭网络上搜索并与设备协商，以确保在一定时间内获得足够带宽和延迟。在这种被称为参数化(parameterization)的方案中，如果带宽不够，可以禁止某些网络任务使用网络。
前一种方案与使用以太网TCP/IP协议、利用有线或无线链路的“尽力而为”的计算机网络同属类似范畴。后一种方案一直由消费电子厂商努力推动，这些厂商希望提供无中断的数字电视和立体声，通常使用IEEE1394火线互连。
“参数化QoS里并没有太多东西，”Stevens表示。“但这正是有线供应商感到要让自己的服务与众不同所需要的。我们不希望因为有人提交打印任务而使视频性能下降，”他补充道。
目前零售店卖的家庭网络路由器都是一些混合系统，它们支持优先级管理，但有时又没有QoS。某些Wi-Fi产品声称它们支持参数化，不过无线网络本身容易受到微波、无绳电话和墙壁的干扰。
像Cable Labs一样，HGI也在把焦点从优先级转向参数化方法。该组织的初衷是确保家庭网络流量集中在其DSL网关上的以太网和Wi-Fi 链路中，而不与它的IPTV服务供应商的视频和语音相冲突。
“服务供应商需要定义一组参数来推出他们的三网合一服务，” HGI的QoS小组副主席 Bees称。
HGI于今年夏季发表的第一阶段规范，主要依赖于由DSL论坛定义的对QoS优先级的管理策略。“不过，优先级设定之外，还有大量附加的特性和技巧”在里面 ，Bees指出。
该组织9月份开始进行第二阶段的工作。它将考虑参数化QoS和网络存取控制。该组织还希望找到一种方法能够映射LAN 和 WAN QoS技术，并让用户自行定义QoS策略。
Cable Labs的Bees 和 Stevens的工作之一就是密切关注UPnP 和802.1 AVB小组的工作成果。
统一分歧
“我们希望让家庭网络QoS与单个API同质化，”三星家庭网络研发经理，同时也是UPnP 主席的Alan Messer表示。
大约18个月前，该组织定义了一个API，可支持多达8个优先级别。最近，它又完成了更新工作，其中明确了冲突策略的处理办法，并提供一个测量网络可用性的工具。现在UPnP开始3.0版本的制定，尝试设定参数化QoS的API。它将在现有的关于火线和电力线互连的工作基础上研究。参数化将不作为一个新功能而是作为现有的优先级API的扩展来定义，Messer说。
诸如HGI、Cable Labs 和数字生活网络联盟(DLNA)等组织都期望在编写自己的规范时， 能够参照UPnP参数化API。DLNA还希望成为一个论坛，以就如何把各种独立的QoS成果统一起来的主题展开更广泛的讨论。
“我们积极工作以定义互操作性模型，让不同的QoS能够共存，并充分发挥各自的优势，” DLNA 主席Scott Smyers表示。
“对于像Mediabolic这样的公司而言，家庭网络混合的问题将是软件堆栈上层亟待解决的任务，”电力线芯片制造商 Intellon公司业务发展高级副总裁Andres Melder指出。Mediabolic公司是为数不多的业务不断增长的家庭网络软件专业厂商之一。
另一家中间件公司NetStreams (位于德州奥斯汀)打算利用它的StreamNet软件来解决同一个问题，以处理任何支持TCP/IP的分布式家庭网络上的多媒体。它的软件运行在TI的 DSP上，可用于集成电路或电路板。
困难的回答
并非每个人都相信API是解决方案。 “我们认为这个问题不能在更高层次上得到解决，”Broadcom网络部门的一位技术主管Michael Teener就如此表示，他负责IEEE 802.1 AVB工作。
UPnP可能不得不为家庭中的每一个物理层网络创建独一无二的QoS映射。这项工作相当复杂，因此，关于如何把一个链路的优先级和参数转化为对另一个链路有意义的东西，他们一般只能做一些合理的猜测，Teener提及。
“这项工作可以在较低级别上被更好地完成，但网络路径上的所有设备都必须参与。只要有一个没有参与协作，就无法真正保证任何事情，” Teener指出。
AVB组织的工作目标是，在2007年底把确定的参数化QoS引入到以太网中，并希望最好在一年后能够把该工作扩展到Wi-Fi 中。
通用子层
AVB组织将在以太网媒体存取控制器(MAC)中定义一个适用于任何基于802标准网络的子层。这项工作包括更严格地定义现有的优先级别，并运用多媒体流预留协议来实现参数化。它还计划建立一个切换机制，以便能够可靠地确定给定链路的带宽和延迟能力。
这一方案将促使MAC中的硬件进行改变，比如设置多个传输队列用于对流量整形 。实际上，某些高端网络产品已能够支持这些功能。
Teener表示，当这项工作完成时，对MAC设计人员来说，那些改变只需要数目“几乎微不足道”的新的门电路就可以实现。