QoS:连接1394和以太网时一个值得关注的问题

在开发支持IEEE 1394和IEEE 802.3以太网两类设备的家庭音视频(AV)网络时会面临一些挑战。这两种技术在AV数据流的处理方面有所不同,因此在两者之间进行音视频数据流传送时会产生很多问题。尤为突出的是,1394和互联网协议以太网对QoS(服务质量)协议采用了不同的实现方式。消费类电子协会(CEA)正在起草一个QoS标准,这个标准会有助于在两者之间进行转换。

目前,家庭联网已经成为一个可以时常听到的术语,而且,开发可以把各种家庭设备相互连接起来的设备也是完全可能的。在这个领域所取得的最新进展很大程度上要归功于在消费类电子标准化方面所做的工作,包括CEA、UpnP(通用即插即用)论坛和IEEE(以太网和1394)等组织的努力。这些努力包括在企业环境中对各种IT平台进行调整、增强或补充,使之兼顾娱乐功能和消费者对服务质量的期望,并采用一些通用的方法或参考模型来建立连接多种平台的网络。

在CEA组织中,家庭联网标准由R7委员会制定。基于无处不在的互联网协议并利用两种流行的联网技术——IEEE 1394和IEEE 802.3以太网,R7委员会正在几个方面开展工作,预计可以为消费者联网建立起有关设备和平台的全面的规范。R7.4分会正在更新“万能家庭网络”(VHN)标准CEA-851,R7.6分会正着手发布数字娱乐网络初始(DENi)标准CEA-2008的第一版。虽然VHN使用1394而DENi使用以太网,但两种标准都整合了UPnP设备规范并使用IP通信。

R7.5分会也将在今年发布两个AV联网(AVN)标准:带有连接异质网(如1394和以太网)适配器的CEA-2005音频视频联网架构标准,以及为以太网开发的CEA-2007 QoS优先权分组标准。

由于AV设备的要求与传统的IT设备不同,AVN标准是必不可少的。IT设备通讯在本质上是“突发式的”,而AV设备则发送连续的数据流。1394协议本身被设计成在处理AV流时确保QoS,而以太网协议则提供“竭力模式”(best effort)的服务。在为AV联网开发系统架构的过程中,R7.5分会认识到,用于处理QoS工作的以太网方法更适于处理互联网和客户机/服务器模型(用于企业IT网络),而不太适于处理多媒体网络。不管用户要把1394设备连接到以太网还是简单地在以太网上处理AV数据流,都需要对以太网上的AV数据重新建立QoS模型,而且,它还必须是一个允许传统设备与新产品共存的模型。

未来家庭联网的一个可能模式是通过混合使用1394和以太网将IT设备和AV设备进行互连。在这种模式中,“主干”分布网络(即连接到每一个房间的网络)是使用高速以太网。计算机和媒体服务器连接也使用以太网,但连接速度可以慢一些。媒体服务器的扩展硬盘和AV设备则使用1394实现连接。同时,也允许在部分房间中使用无线IP方式连接到主干网。

CEA R7.5分会AVN架构小组使用“适配器”这个术语来描述1394和以太网协议之间的转换。这个适配功能既可以集成在某种墙装模块中,也可放入一个单独的转换盒里或者整合进一个既包含1394又包含以太网连接的用户端设备中。

此适配器需要处理有关1394和以太网之间协议转换的一系列问题:

1．无线连接。无线系统到有线主干网的连接呈现出诸如包损失、低比特速率和访问协议不一致等一系列问题。

2．时钟同步。这对于在多个设备中实现同一媒体的一致播放是非常重要的。以多房间音频播放为例,为了消除回声,实施方案必须保证选定的音乐在每个房间中准确地同时播放。

3．媒体格式。为了对在以太网和1394之间传送的数据包进行高效的分解和重组,适配器必须理解各种媒体格式。

4．设备发现。在一个家庭网络中,必须依据一个共同的协议来发现和控制这些互连的设备。R7.5分会选择UPnP v1.0设备规范来完成这项任务。以太网和1394设备必须实现UPnP v1.0规范,而不支持UPnP发现的传统设备(不管是基于1394还是基于以太网的)将需要一个代理服务机制使该设备以UpnP设备的形式出现在网络中。

5．等时性传送。1394规范对AV数据流使用等时性传送协议,而IP以太网却没有等时性传送协议。因而,适配器必须在1394等时性协议和以太网IP协议之间进行转换。R7.5分会正在定义一系列协议转换机制(如HTTP Get和RTP),具体取决于以太网网络的性能。

*数据包的尺寸。IP以太网和1394有不同的最优数据包尺寸和最优传送速率。对AV流而言,1394使用小型数据包,以125毫秒的规则间隔进行传送。以太网的本质决定了需要采用更长的时间间隔和传送更大尺寸的数据包。此外,还存在一个速度匹配问题:1394和以太网的固有信令速率不同(1394的典型速率是400Mbps,以太网的典型速率是100Mbps)。

对于这种把1394严密的QoS协议(包括保留的带宽)和以太网的竭力模式接入桥接起来的适配器,QoS是一个特别重要的问题。使用802.1Q报头扩展(它包含了一个优先域)可能可以找到一个“优于竭力模式的”以太网接入模式。为了在基于以太网的网络中容许3个IP QoS模型并存,以太网的CEA-2007 QoS优先权分组协议(CEA正在进行论证)在802.1Q报头中使用了优先域,所支持的三个模型(服务的类型)是竭力模式(没有QoS)、优先权化QoS和参数化QoS。

使用优先权来实现QoS的模式被称为优选权化QoS。在以太网网络中,使用802.1Q优先权化QoS可以对AV应用定义比数据应用更高的优先权,允许AV应用对该网络拥有“第一权利”。但是,如果AV流超出了以太网的带宽,那么,所有AV流都会受到拖累。

参数化QoS模型具有为AV流的端到端路径保留资源的功能。因而,当没有足够的带宽来支持一个新流的时候,这个流将不予以启动,而现有的流将不受影响。参数化QoS比较复杂,但是,并非所有公司都认为在家庭或消费者级别的网络中需要采用这种技术。

优先权域在逻辑上被分成4个组。为保证网络带宽和资源可以得到恢复,网络管理指令享有最高优先权。参数化QoS保证在整个网络享有资源配额的设备对该网络拥有优先访问权。

优先权化QoS模式得益于使用优先权来实现网络访问,但参数化服务则享有更高的优先权。竭力模式优先级别最低,它的信息流只在所有更高优先级的流量都已发出的情况下才能发出。传统设备默认的服务模式是竭力模式。

这些用于构建一体化消费者网络的标准正由R7委员会进行整理,预计将在年内完成。

Glen Stone在索尼公司美国平台技术中心网络与系统架构部任职。Virginia Williams是CEA技术和标准总监。

作者:Glen Stone、Virginia Williams

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