【導讀】在過去的五年中，無線數據網絡和訪問它們的應用程序使我們的生活更加方便，并為我們提供了寶貴的靈活性。無線技術在我們的日常生活中已經變得如此根深蒂固，以至于它們現在已經滲透到家庭娛樂市場。
無線家庭網絡為設備提供商提供了很多希望，但他們必須能夠保證 QoS。
在過去的五年中，無線數據網絡和訪問它們的應用程序使我們的生活更加方便，并為我們提供了寶貴的靈活性。無線技術在我們的日常生活中已經變得如此根深蒂固，以至于它們現在已經滲透到家庭娛樂市場。消費者過去常常在家中的一個固定位置在固定電視前觀看 DVD 或視頻剪輯，而現在他們希望在家中的任何地方共享和訪問他們不斷增長的 DVR、移動設備、筆記本電腦和其他娛樂資源，隨時。
這對當今的開發人員提出了挑戰，即為多媒體和娛樂融合提供無縫網絡。消費者希望他們的無線網絡和應用程序像有線網絡一樣可靠。然而，與通過無線網絡傳輸一般數據不同，視頻應用不能容忍帶寬波動，因此挑戰要嚴峻得多。在通過無線網絡推送視頻內容時，有很多很多因素需要評估。早期的無線 LAN 技術根本無法勝任這項任務，業界以的 IEEE 802.11n 規范作為回應。然而，即使是這種高性能的 WLAN 標準也不足以傳輸視頻，
許多關鍵因素有助于達到消費者所感知的令人滿意的性能。這些包括帶寬、延遲、覆蓋范圍和服務質量 (QoS)。
帶寬尤為重要，并通過使用 MIMO（多輸入多輸出）和信道綁定技術進行了優化。這些技術也有助于 QoS，因為更高的吞吐量提高了對干擾的免疫力，并且更容易處理降級的鏈路條件。此外，任何多余的帶寬都可以換取更長的傳輸距離和更好的功率效率——帶寬越多越好。
吞吐量不足
但與此同時，來自更高 PHY 吞吐量的原始帶寬還不夠。所需要的是給定應用程序在令人滿意的水平上獲得更高的有效帶寬，而這需要采取額外的步驟來大幅提高媒體訪問控制器 (MAC) 的效率。這可以使用一種聚合機制來實現，該機制消除了鏈接到每個數據包的開銷并用公共開銷代替它。聚合交換序列通過確認聚合 MAC 協議數據單元 (A-MPDU) 的協議啟用。因此，只有一個塊確認 (Block ACK) 而不是多個 ACK 信號，并且無需為每個 MPDU 啟動新的傳輸。結果是 MAC 效率為 70%，而 IEEE 802.11a/b/g 的典型 MAC 效率額定值為 50%，如表 1 所示。
另一個關鍵考慮因素是網絡可以到達多遠；黃金標準是全屋覆蓋。盡管用戶在使用家庭數據網絡時可以容忍“死角”和有限的覆蓋范圍，但無線娛樂不能接受死角和有限的覆蓋范圍。當今的集中式多媒體存儲設備有望成為所有多媒體內容的，無論在家中的哪個位置觀看或收聽。這意味著，與數據網絡不同，比特率不會隨著與接入點距離的增加而下降。
此外，前向糾錯 (FEC) 方案的使用擴展了在任何給定數據速率下的可能范圍。例如，通過使用低密度奇偶校驗 (LDPC) 碼獲得的 3 dB 編碼增益可轉化為約 20% 的范圍改進。或者，額外的增益可用于增加吞吐量（使用更高的星座）或增加魯棒性和抗干擾性，如圖 1 所示。以視頻性能覆蓋整個家庭對于無線娛樂至關重要，因此關鍵的新所有無線娛樂網絡的強制性測試應該是在典型家庭環境的整個覆蓋范圍內的丟包性能。
考慮 QoS
無線娛樂體驗的一個考慮因素是 QoS。必須在基本 QoS 基礎之上使用幾種增強的 QoS 機制來解決一些關鍵問題。有多種 QoS 策略需要考慮。步是在低干擾的 5 GHz 頻段中運行，該頻段具有較高的信道可用性，并且可以減少來自在相同頻率范圍內運行的其他類型設備的干擾。接下來，必須采用許多 IEEE QoS 標準。這些標準減輕了與允許多個應用程序同時訪問相同帶寬相關聯的問題，而不會阻礙不能容忍時間延遲和帶寬波動的應用程序。
現有的 802.11n 協議使用分布式協調功能 (DCF) 訪問方法來解決其中的一些問題，但這還不夠。DCF 協議實現了一種基于載波偵聽多路訪問 (CSMA) 的“先聽后說”方案。使用此方案，站點首先監聽無線介質是否空閑。如果不是，該站點將啟動一個計時器，該計時器具有基于網絡參數定義的預定范圍的隨機退避間隔。每個站單獨確定何時訪問媒體。每個設備都有平等的機會訪問無線媒體，這在傳統數據應用程序中運行良好。但在視頻、游戲和其他對帶寬敏感的應用程序中，這種“公平訪問”機制存在延遲和抖動問題的風險。
雇用 PCF
一種更好但仍不充分的無線娛樂 QoS 方法是點協調功能 (PCF)，它提供了一種機制來確定對無線媒體訪問的優先級。接入由一個中央點協調器 (PC) 實體協調，通常是接入點 (AP)。使用 PCF 訪問無線媒體的優先級高于基于 DCF 的媒體訪問。此外，PCF 定義了隨時間周期性交替的無競爭期 (CFP) 和競爭期 (CP)。PCF方案用于CFP期間訪問介質，DCF機制用于非關鍵CP期間。在 CFP 期間，站點之間沒有爭用，因為站點由中心點協調器輪詢傳輸，它們不會嘗試獨立訪問媒體。雖然這種方法可以更好地協調訪問，但它是一個復雜的實現，并且許多技術問題仍未解決。PCF 沒有進入實際產品，導致 QoS 標準的進一步發展。
由于DCF和PCF方法的缺點，業界制定了IEEE 802.11e標準。該標準引入了用于 QoS 支持的混合協調功能 (HCF)。HCF 定義了兩種媒體訪問機制。種是基于競爭的媒體訪問，也稱為增強型分布式信道訪問 (EDCA)。第二種是受控媒體訪問（包括輪詢），也稱為 HCF 受控信道訪問（HCCA）。與 PCF 一樣，802.11e 支持 EDCA 和 HCCA 的兩個操作階段（即 CP 和 CFP）選項。EDCA 僅用于 CP，而 HCCA 用于兩個階段。
EDCA 實現起來相當簡單，但它不能保證可容忍的延遲、抖動或帶寬水平，而且它無法處理多個具有相同優先級的應用程序。HCCA 對 EDCA 進行了重大改進，但它本身也存在不足。HCCA 依賴于接入點（充當 HC，或混合協調器）中的集中控制，可以保證每個連接站的傳輸時間和持續時間。每個站點都向中央 AP 請求訪問權限，并附有詳細說明所需 QoS 的流量規范。然后接入點確定它是否可以支持所請求的 QoS 規范并允許或拒絕該站點。因為這個過程是從一個中央位置管理并在注冊時預先確定的，所以訪問保證是無爭用的，
HCCA 的一個問題是它不能與鄰居遺留網絡一起工作。或者，的方法是基于 EDCA 并添加準入控制的組合解決方案。EDCA 已經確保更高優先級的數據包更快地訪問介質，因此，低優先級服務不會損害高優先級服務的性能。通過加入HCCA的準入控制，系統資源將始終足夠用于兩個高優先級服務，并且高優先級服務永遠不會損害具有相同優先級的現有服務的性能。例如，準入控制將評估系統的資源以同時提供視頻和數據服務，只有在資源充足時才允許第二個視頻流。
快速鏈路適配
除了 802.1e QoS 支持，系統設計人員還可以通過使用快速鏈路適配來優化 QoS，與傳統速率適配一樣，它旨在適應信道瞬時條件下的傳輸數據 (PHY) 速率。傳統速率適配包括專有的開環算法，其中傳輸站根據 MAC 計數器和復雜的 PHY 指標優化其速率。相比之下，快速鏈路適配是一種閉環機制——發射器根據來自接收器的指示推導出優化速率。IEEE 802.11n 標準草案定義了兩個站之間交換信息的機制，并允許其實施依賴于供應商。通過將快速鏈路適配與速率適配相結合，它有可能實現動態 QoS 機制，根據實際數據包錯誤率和鏈路條件調整比特率。上層可以使用快速指示來采取行動并確保應用程序處理可用帶寬。此功能在不斷變化的家庭環境中尤為重要。
在客戶端到客戶端的通信領域，還有一種 QoS 方法需要考慮。這由 AP 使用動態鏈路設置 (DLS) 進行管理，從而節省通話時間并提高網絡效率。在家庭環境中，每個設備都應該能夠與家中的任何其他設備通信。提高的網絡效率支持更多服務，同時減少通過 AP 的“躍點”，從而提高對延遲敏感的應用程序的性能。DLS 可減少延遲，因為它可以支持任意設備，同時在用戶更改頻道、快退和快進或使用游戲命令時提供不同連接路徑之間的選擇。
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