采用802.11技術(shù)的混合式同軸/無(wú)線多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)已成為家庭數(shù)據(jù)分送服務(wù)最喜歡采用的技術(shù)。802.11b價(jià)格和有線產(chǎn)品非常接近，它們無(wú)需安裝新線路或使用舊線路，即可將聯(lián)機(jī)能力帶至家中每個(gè)角落，已成為使用者架設(shè)家庭網(wǎng)絡(luò)的最自然選擇。企業(yè)市場(chǎng)對(duì)于802.11b產(chǎn)品的龐大需求不但推動(dòng)成本下降，也讓消費(fèi)者得以透過(guò)相同界面使用家庭和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這使得802.11b成為更具吸引力的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

消費(fèi)者希望家中多部計(jì)算機(jī)可以共享一條寬帶線路，這已成為家庭網(wǎng)絡(luò)成長(zhǎng)的主要推動(dòng)力量，802.11b提供11 Mbps數(shù)據(jù)速率和300-500英呎聯(lián)機(jī)距離，滿足此項(xiàng)需求的絕佳解決方案。隨著更多新服務(wù)在家庭網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)，后續(xù)推出的802.11g/a標(biāo)準(zhǔn)可滿足日益增加的傳輸容量需求，802.11e和802.11i符合更嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)質(zhì)量 (QoS) 和傳輸安全規(guī)定。但隨著家庭網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量需求不斷增加，業(yè)者能力可能會(huì)受到無(wú)線通訊涵蓋范圍的限制，使他們無(wú)法提供新的高頻寬服務(wù)和應(yīng)用，例如家庭內(nèi)的視訊分送(video distribution)。雖然最先進(jìn)的802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)提供高達(dá)54 Mbps數(shù)據(jù)產(chǎn)出，足以在家中分送多個(gè)MPEG視訊串流，但根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)展的產(chǎn)品就算在最高產(chǎn)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(chǎn)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(shí)變多重路徑所導(dǎo)致的訊號(hào)衰落 (fading)，它們使得這些作業(yè)模式無(wú)法保證提供可靠的傳輸服務(wù)。

這篇文章將介紹一個(gè)新概念，它能協(xié)助業(yè)者解決涵蓋范圍的問(wèn)題，把高頻寬服務(wù)帶到家中每個(gè)角落，特別是視訊分送。我們建議使用家庭同軸網(wǎng)絡(luò) (in-home coax network) 做為無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(wù)，確保高容量傳輸范圍涵蓋家中每個(gè)角落，并享受802.11b/a/g/e/i帶來(lái)的所有優(yōu)點(diǎn)，包括QoS、安全和低成本。

整體概念

我們推薦一種家庭網(wǎng)絡(luò)，它是以無(wú)線 (over the air) 和同軸纜線的802.11傳輸為基礎(chǔ) (在這篇文章中，"802.11" 是指以802.11為基礎(chǔ)的所有標(biāo)準(zhǔn)，包括802.11a, b, g, e和i等延伸標(biāo)準(zhǔn))。圖1是混合式無(wú)線／同軸802.11網(wǎng)絡(luò)的基本方塊圖，包含無(wú)線802.11家庭網(wǎng)絡(luò)使用的基地臺(tái) (AP) 和天線以及同軸線路；此網(wǎng)絡(luò)還包含兩個(gè)工作站(STA)：一個(gè)透過(guò)同軸電纜連接至網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)則是透過(guò)無(wú)線通訊與網(wǎng)絡(luò)連接。在家庭同軸網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，有個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)透過(guò)同軸電纜連接至無(wú)線橋接器／中繼器。

基地臺(tái)產(chǎn)生的每個(gè)封包都能透過(guò)無(wú)線通訊或是同軸電纜傳送，這表示每個(gè)封包都可能透過(guò)三個(gè)訊號(hào)路徑抵達(dá)終點(diǎn)：第一個(gè)路徑是通過(guò)基地臺(tái)天線所建立的直接無(wú)線鏈路；第二個(gè)路徑是先通過(guò)同軸電纜抵達(dá)中繼器，然后經(jīng)由無(wú)線傳送至無(wú)線工作站；第三個(gè)路徑則經(jīng)由同軸電纜抵達(dá)目的地。無(wú)論經(jīng)由無(wú)線通訊或同軸電纜，所有傳輸都會(huì)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(shù)家庭中，若經(jīng)由同軸電纜傳送802.11b/g的2.4 GHz頻帶訊號(hào)，它的傳播耗損通常都低于無(wú)線通訊傳送方式 - 若把墻璧或其它無(wú)線訊號(hào)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(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機(jī)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(wú)線路徑來(lái)繞過(guò)某些耗損較高的無(wú)線路徑；同軸網(wǎng)絡(luò)基地臺(tái)和工作站之間的全同軸路徑更提供極高的傳輸質(zhì)量，802.11g在最高產(chǎn)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(yīng)用范例。這個(gè)例子中的家庭使用802.11g來(lái)分送數(shù)據(jù)和視訊，一樓的數(shù)字機(jī)上盒包含整合式DOCSISTM纜線調(diào)制解調(diào)器和802.11g基地臺(tái)，數(shù)據(jù)速率最高54Mbps；家里還有兩部計(jì)算機(jī)共享一條寬帶線路，它們會(huì)透過(guò)無(wú)線通訊來(lái)上網(wǎng)和收發(fā)電子郵件。一樓的計(jì)算機(jī)透過(guò)802.11g無(wú)線通訊連接至機(jī)上盒／基地臺(tái)，第二部計(jì)算機(jī)位于二樓，它可能已超出機(jī)上盒的無(wú)線訊號(hào)涵蓋范圍，因此必須透過(guò)二樓的同軸／無(wú)線中繼器連接至網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)中繼器可以擴(kuò)大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的涵蓋范圍。在這個(gè)例子中，二樓計(jì)算機(jī)也可以連接至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這是混合式同軸／無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

第二項(xiàng)重要優(yōu)點(diǎn)是在家里的兩部機(jī)上盒之間建立高容量聯(lián)機(jī)，讓視訊訊號(hào)能從一個(gè)房間送至另一個(gè)房間。雖然兩個(gè)房間的距離仍允許2-11 Mbps無(wú)線速率，足以支持上網(wǎng)和收發(fā)電子郵件等數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，視訊分送需要54Mbps數(shù)據(jù)產(chǎn)出，必須透過(guò)兩部機(jī)上盒間的同軸線路才能實(shí)現(xiàn)。兩部機(jī)上盒間的高容量線路可用來(lái)分享個(gè)人錄像機(jī)所錄制的視訊內(nèi)容，消費(fèi)者也能透過(guò)任何一部機(jī)上盒收發(fā)電子郵件或上網(wǎng)。內(nèi)建基地臺(tái)功能的機(jī)上盒可做為家庭媒體中心，提供儲(chǔ)存的音訊和視訊內(nèi)容，其它功能較少的機(jī)上盒可以透過(guò)同軸網(wǎng)絡(luò)存取這些信息；此外，所有機(jī)上盒都能使用家里的數(shù)據(jù)服務(wù)和計(jì)算機(jī)資源，例如打印機(jī)、掃描儀和攝影機(jī)等。

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

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

混合式同軸／無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)考慮

雖然家庭同軸網(wǎng)絡(luò)的所有零件都是針對(duì)900 MHz以下訊號(hào)所設(shè)計(jì)，但是802.11訊號(hào)可以負(fù)荷2.4 GHz頻帶作業(yè)所造成的衰減。同軸電纜每公尺會(huì)造成0.5dB訊號(hào)衰減，普通訊號(hào)分路器的衰減幅度也達(dá)20-30 dB (分路器輸入端和輸出端的2.4 GHz訊號(hào)量測(cè)結(jié)果)，因此家庭同軸路徑的要求并不如良好無(wú)線通道嚴(yán)格?，F(xiàn)有802.11b/g系統(tǒng)能容忍發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間存在90-100dB衰減 (同時(shí)仍提供很高的數(shù)據(jù)產(chǎn)出)，這能提供充份的線路衰減預(yù)算 (attenuation budget)，足以支持?jǐn)?shù)百英呎同軸電纜和多個(gè)分路器。

混合式同軸／無(wú)線網(wǎng)絡(luò)會(huì)引入多重路徑的問(wèn)題，因?yàn)槟承├|線和分路器可能并未提供終端匹配；但即便如此，面對(duì)典型無(wú)線環(huán)境的各種反射和訊號(hào)傳送路徑，802.11組件的特別設(shè)計(jì)，能減輕嚴(yán)重多重路徑問(wèn)題。802.11也包含固有的安全防護(hù)功能，可以解決訊號(hào)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(nèi)容的問(wèn)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(duì)家庭視訊分送的問(wèn)題，模擬分送可以提供簡(jiǎn)單解決方案，其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于不需為了升頻視訊 (upconverted video) 的訊號(hào)譯碼而使用另一部訊號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)，這種解決方案的功能和質(zhì)量都很有限，需要獨(dú)立線路和額外零件來(lái)傳送包括遙控?cái)?shù)據(jù)在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，銅軸線路的微反射現(xiàn)象(micro-reflections) 也會(huì)讓畫質(zhì)變得很糟。802.11數(shù)字訊號(hào)對(duì)于微反射現(xiàn)象擁有更強(qiáng)健的抵抗能力，故能透過(guò)家庭同軸網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定可靠的視訊和高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

2. 純粹802.11 a/b/g + e網(wǎng)絡(luò)

雖然在絕大多數(shù)情形下，這類網(wǎng)絡(luò)都能提供涵蓋整個(gè)家庭的聯(lián)機(jī)范圍，且其速率足以支持寬帶線路分享，并把數(shù)據(jù)服務(wù)帶至家中每個(gè)角落，但要提供多媒體分送服務(wù)卻可能仍嫌不足。高產(chǎn)出作業(yè)模式最容易受到無(wú)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(wú)法提供完整的涵蓋范圍。

我們可以利用無(wú)線中繼器來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的支持距離，雖然中繼器能擴(kuò)大涵蓋范圍 (代價(jià)是使用額外頻寬)，但若未經(jīng)仔細(xì)規(guī)劃，它仍無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這種解決方案的強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)，HPNA 2.0的市場(chǎng)表現(xiàn)并不成功，雖然它的數(shù)據(jù)速率足以支持高速數(shù)據(jù)服務(wù)，但在爭(zhēng)奪市場(chǎng)占有率時(shí)，卻輸給其它更受歡迎的無(wú)線技術(shù)。受到電話插座位置的影響，無(wú)法提供完整的涵蓋范圍；對(duì)許多使用者來(lái)說(shuō)，以電話線路做為家庭網(wǎng)絡(luò)也不像使用無(wú)線技術(shù)那么簡(jiǎn)單直接。事實(shí)上，發(fā)展802.11解決方案的組件和系統(tǒng)廠商數(shù)目已大幅增加，開(kāi)發(fā)HPNA產(chǎn)品的組件和系統(tǒng)廠商卻不斷減少，使得這項(xiàng)技術(shù)因?yàn)槿鄙俑?jìng)爭(zhēng)而更沒(méi)有吸引力。

HPNA 2.0完全不適合多媒體應(yīng)用，它的實(shí)際數(shù)據(jù)速率并不足以支持視訊分送，規(guī)格中關(guān)于QoS機(jī)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(wú)法提供收費(fèi)服務(wù)所需的QoS聯(lián)機(jī)質(zhì)量保證；雖然新世代的HPNA3.0標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題，但它仍會(huì)有許多其它問(wèn)題，這使得HPNA 2.0無(wú)法成為具有吸引力的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

也有廠商建議使用有線電視HPNA 2.0，其方法就像本文對(duì)于無(wú)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(biāo)準(zhǔn)，HPNA 2.0無(wú)法透過(guò)有線電視線路分送多個(gè)MPEG串流，因?yàn)樗臄?shù)據(jù)產(chǎn)出不足，也缺少Q(mào)oS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(zhuǎn)換功能，才能避免干擾有線電視的上行傳輸，但這會(huì)在解決方案中引入非標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。頻率轉(zhuǎn)換也可能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)HPNA零件造成困擾，因?yàn)镠PNA2.0并不支持這種轉(zhuǎn)換，這些問(wèn)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(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)絡(luò)橋接在一起，同軸線路和電話線路必須在家中某個(gè)地方相會(huì)；但在許多家庭中，同軸線路和電話插座通常分開(kāi)在房間的兩端，使得這兩種網(wǎng)絡(luò)的橋接并不如無(wú)線技術(shù)那么簡(jiǎn)單。

由于無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)極受歡迎，基地臺(tái)可能仍需支持無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論是無(wú)線掌上型裝置，配備無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)界面的企業(yè)計(jì)算機(jī)，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(wú)法獲得HPNA同軸／電話線路支持。相較于802.11同軸／無(wú)線解決方案，若想利用802.11來(lái)彌補(bǔ)HPNA的不足，反而會(huì)帶來(lái)一套沒(méi)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(chǔ)的家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案，它們會(huì)采用一種非標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議；事實(shí)上，透過(guò)同軸電纜提供多媒體的最佳化協(xié)議將是很好的技術(shù)解決方案，但它們被采用的可能性仍低于以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)發(fā)展新的專屬標(biāo)準(zhǔn)和新零件，這將是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而昂貴的提議，讓多家廠商參與這項(xiàng)工作的機(jī)會(huì)更是非常渺茫；就算這種方法擁有許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使它有能力成為勝過(guò)802.11b/a/g的傳輸協(xié)議，但它們?nèi)詫⒉粩秤谝淹ㄟ^(guò)實(shí)際考驗(yàn)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，特別是現(xiàn)有的802.11組件。

即使采用這種方式，機(jī)上盒除了同軸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，仍需要另一種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，讓離同軸電纜插座較遠(yuǎn)的裝置也能聯(lián)機(jī)；相形之下，采用單一802.11界面的機(jī)上盒卻可透過(guò)無(wú)線通訊和同軸線路傳輸數(shù)據(jù)，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(wǎng)絡(luò)解決方案可提供100 Mbps或是更高數(shù)據(jù)產(chǎn)出，超過(guò)現(xiàn)有802.11解決方案所能達(dá)到的54 Mbps；值得注意的是，802.11有個(gè)專門工作小組正在研究數(shù)據(jù)速率更高的802.11延伸標(biāo)準(zhǔn)，它們將為高頻寬應(yīng)用和服務(wù)提供更大的傳輸容量。

結(jié)論

我們介紹了混合式同軸／無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)的概念，它們可利用現(xiàn)有802.11標(biāo)準(zhǔn)和零件來(lái)支持高頻寬應(yīng)用及服務(wù)。由于數(shù)據(jù)速率高達(dá)54 Mbps，支持QoS功能，涵蓋范圍又包含整個(gè)家庭，業(yè)者取得一套解決方案，使他們能在家中每個(gè)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(wù)，例如視訊分送應(yīng)用。

采用現(xiàn)有802.11標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)者可以獲得多家廠商的零件供應(yīng)，同時(shí)確保這些零件擁有良好的操作互通性；透過(guò)802.11市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和龐大銷售規(guī)模，將為業(yè)者帶來(lái)低成本和低風(fēng)險(xiǎn)的解決方案。

802.11很受家庭和企業(yè)歡迎，許多產(chǎn)品也采用這種無(wú)線技術(shù)，例如內(nèi)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的筆記型計(jì)算機(jī)和PDA以及802.11b保全攝影機(jī)，它們會(huì)讓混合式同軸／無(wú)線802.11家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更廣泛。