Видео через Wi-Fi. Часть 2

Предлагаем вниманию  читателей  продолжение материала  Видео через Wi-Fi


Оптимизация размещения транспортного канала

Правильный выбор аппаратного решения может увеличить размер транспортной полосы, доступной для передачи видео. Однако к этой полосе надо еще обеспечить доступ. Одна их самых сложных задач, выполняемых беспроводной точкой доступа, — Wi-Fi 22-1распределение времени доступа к каналу между клиентскими устройствами. Если одно клиентское устройство захватывает все время доступа, это приводит к перебоям в работе остальных.

Есть два пути оптимизации распределения беспроводного канала между клиентами: резервирование полосы для определенных приложений, в частности видео, и управление клиентами с тем, чтобы устройства с более медленными интерфейсами и те, которые находятся на границе зоны охвата, не портили работу остальных клиентов.

Резервирование канала транспортной полосы

Простейший подход к резервированию транспортной полосы заключается в выделении высоко приоритетным видам данных, таким как видео, отдельного частотного интервала. Некоторые точки доступа (AP) резервируют диапазон 5 ГГц для видео, а остальную часть интернет-трафика передают в более загруженном диапазоне 2,4 ГГц. Некоторые AP также поддерживают стандарт Wi-Fi multimedia (WMM). Он определяет правила добавления тегов к трафику, чувствительному к временным характеристикам его передачи, и методы его приоритизации относительно других типов данных. WMM хорошо работает в сетях, где достаточно транспортных ресурсов для передачи данных, запрашиваемых всеми клиентскими устройствами. Но если к точке доступа подключено много клиентов, одновременно запрашивающих слишком большой объем данных, то механизмы WMM, к сожалению, не работают.

Другая проблема, связанная с WMM, заключается в том, что стандарт не позволяет учитывать интересы всех клиентов.

Видеопотоки с его помощью иногда могут просто заблокировать передачу других видов трафика, так как WMM учитывает только потребности медиатрафика  и не  имеет механизмов QOS для данных другого типа.

Новая технология smart QOS позволяет оператору различать и приоритизировать различные типы интернет-трафика. В результате AP с поддержкой smart QOS распределяет ресурсы беспроводного канала более сбалансированно.

Администрирование клиентских устройств

Ресурсы транспортной полосы и временного уплотнения ограничены, поэтому, чем больше клиентов обслуживается одной AP, тем меньше транспортного ресурса приходится на каждого из них. На графике 7 показано, что даже добавление одного клиентского устройства может резко снизить объем транспортного ресурса, доступного для каждого. Более всего картину портят устройства с медленным интерфейсом приема данных. Клиент, интерфейс которого поддерживает поток в 10 Мбит/сек, будет получать файл в 10 раз дольше клиента с интерфейсом, допускающим прием со скоростью 100 Мбит/сек.

Соответственно первое устройство займет в 10 раз больше временных слотов. Один из вариантов решения проблемы — создание двух точек доступа, одна из которых работает в диапазоне 5 ГГц, а вторая в диапазоне 2,4 ГГц. В этом случае более медленные клиенты автоматически подключаются ко второй AP и не создают препятствий более скоростным.

«Быстрый» клиент, находящийся на границе зоны покрытия, ведет себя как медленный. Как было показано в первой части материала, чем более клиент удален от AP, тем ниже скорость передачи при одной и той же ширине канала. Другими словами, передача того же объема данных требует больше временных слотов. В этом случае качественная AP может включать механизм Video Stream Protection (VSP). Он позволяет защитить соединения клиентов, также получающих видео, но находящихся на более близком расстоянии от АР, от проблем, инициированных дальним клиентом. VSP выявляет мультикастовые потоки, резервируя для них полосы и временные слоты, в объеме, гарантирующем доставку данных. Если AP выявляет нехватку ресурсов для одновременной передачи видеопотоков ближнему и дальнему клиентам, то он автоматически сбрасывает соединение с дальним клиентом.

Влияние беспроводного чипсета

Как показано на рисунке 5 на пропускную способность АР ощутимо влияет конфигурация антенной системы. В то же время многие из рассмотренных техник, определяющих эффективность использования транспортного канала, закладываются в чипсетах, на которых производители строят свои АР. Такие компании, как Broadcom, Quantenna, Atheros, Qualcomm и Mediatek, оптимизируют свои чипсеты для определенных рынков. В одних чипсетах приоритет отдается малому энергопотреблению или низкой стоимости, в то время как в других — расширению зоны покрытия и оптимизации алгоритмов распределения ресурсов между клиентами. Другими словами, выбор чипсета имеет огромное влияние на качество работы AP. В то же время производители АР, выбрав чипсет, имеют много возможностей дополнительно усовершенствовать ее работу.wi-fi 22-2

Рисунок 5 иллюстрирует работу трех беспроводных устройств от трех разных производителей, размещенных в разных точках тестового дома ARRIS. АР1 и АР2 построены на одинаковом чипсете, а АР3 — на чипсете другого производителя. AP3 во всех трех комнатах показала более низкую (на 30 %) производительность по сравнению с АР1 и АР2, а вот разница между первыми двумя оказалось более сложной. На стойке администрации, расположенной близко к AP, эти устройства работали почти одинаково. В бильярдной на 58 % более высокую производительность показала АР1, в то время как в спальне, на втором этаже, на 25 % лучше оказалась АР2. Результаты этого теста говорят о том, что оператор IPTV должен отнестись к выбору AP с должным вниманием. Следует убедиться, что чипсет устройства оптимизирован для доставки мультикастового видео и дизайн AP в целом позволяет устройству хорошо работать в домах у абонентов данного оператора.

Стандарт беспроводной передачи IEE802.11ac

Этот недавно появившийся стандарт повысил эффективность использования полосы пропускания и улучшил совместимость работы устройств. В него включены некоторые проприетарные усовершенствования, используемые производителями для улучшения стандарта 802.11n. Мощность передачи и полоса рабочих частот в новом стандарте остались прежними, поэтому ожидать увеличения зоны покрытия не приходится. Зато повысилась пропускная способность каналов на границе зоны покрытия и в зонах с сильным ослаблением сигнала.

Перечислим отличительные особенности нового стандарта:

  • Теоретический предел скорости 1,7 Гбит/сек. Достижим при использовании антенны 4*4 и канала шириной 80 МГц.
  • Предназначен только для работы в диапазоне 5 ГГц.
  • Модуляция 256QAM. Кратность модуляции увеличена с 64 QAM до 256 QAM. Это увеличивает скорость передачи информации, но более высокая кратность модуляции используется только при расположении клиента на близком и среднем расстоянии от АP.
  • Расширенные каналы: для увеличения эффективности использования спектра ширина каналов увеличена до 80 или 160 МГц. Объединение каналов позволяет работать с увеличенной полосой. Каналы шириной 80 МГц (объединение четырех каналов по 20 МГц) сегодня считаются нормой, а каналы шириной 160 МГц пока не используются. Недостатком суммирования большого числа каналов является то, что это уменьшает число АР с непересекающимися транспортными полосами, то есть не создающих перекрестные помехи.
  • Больше каналов, разнесенных в пространстве: до восьми в системе MIMO с одним пользователем и до четырех в многопользовательской системе MIMO (MU-MIMO). Это повышает эффективность использования спектра, но требует увеличения числа антенн на АР.
  • Многопользовательские MIMO, MU-MIMO (прямой канал) пока не получили широкого распространения. Большинство вендоров планируют ввести эту функцию в чипсеты следующего поколения. Она позволит AP общаться одновременно с несколькими клиентами. В одной MU-MIMO-группе может быть до 4 клиентов. Эта функция может удвоить или утроить ширину полосы, но опять же она работает только на близких и средних расстояниях от АР. Кроме того, она должна поддерживаться не только точкой доступа, но и клиентскими устройствами.

 

Выводы

По мере того как пользователи привыкают получать видео на различные устройства с доступом к Интернету, их ожидания в отношении качества видео будут возрастать. Точки доступа бытового уровня могут на должном уровне обеспечивать передачу данных Интернет, но они не оптимизированы к требованиям доставки мультикастовых потоков IPTV.

Чтобы быть уверенным в том, что услуги IPTV доставляются на альтернативные приемники с тем качеством и надежностью, к которому привыкли абоненты ТВ-сервисов, необходимо инвестировать в высококачественные точки беспроводного доступа.

 

Чтобы соответствовать ожиданиям взыскательных подписчиков, беспроводное оборудование должно соответствовать следующим требованиям:

 

  • Поддерживать работу в обоих диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц (это особенно важно для точек доступа).
  • Должны поддерживаться антенные системы 3*3 и 4*4, сопряженные с модулем передатчика и способные формировать направленные лучи, а также работать в режимах MIMO.
  • Поддерживать работу большего числа антенн, т.к. это повышает эффективность использования спектра (особенно важно для точек доступа).
  • Поддерживать беспроводной стандарт IEEE11 ac, позволяющий расширить полосу транспортного канала.
  • Тип и размещение антенн. Внешние антенны, не интегрированные с печатными платами. Это позволяет снизить уровень интерференции.
  • Радиоканал 5 ГГц должен поддерживать также диапазон U-NII-2Extended[1], так как максимально разрешенная мощность внутри основного диапазона 100мВт.
  • В АР должны быть заложены возможность резервирования полосы, управление временным уплотнением и поддержка WMM. Это гарантироует клиентам достаточную пропускную способность для передачи мультикастового видео всему дому.
  • Точка доступа и клиентские устройства должны соответствовать нормам регулирования ETSI.

 

 

Другие соображения

 Необходимо администрирование клиентских устройств, гарантирующее, что клиент с медленным соединением или находящийся на границе зоны не может испортить прием видео другими клиентами.

Точка доступа должна быть построена на базе чипсета, оптимизированного для доставки IPTV, а не для экономии энергии или снижения стоимости.

Обеспечить раздачу видео с телевизионным качеством может только устройство, которое разрабатывалось с учетом задачи доставки IPTV.

 

[1] Речь идет о диапазоне 5.47 -5.725 ГГц, основной диапазон.

Томас Сенд, Энтони Зюдерхоф (Arris)

 

© Теле-Спутник

Комментарии

Оставить сообщение