据称,对 高清晰视频 流的支持是802.11n与其前身802.11a和802.11b/g之间的一个分水岭。那么为什么它没有说到做到呢?
要点
电力线连网长期存在的缺陷促使我去评估802.11n允诺的性能。
Windows媒体中心依赖于MPEG-2,因此产生的码率远远高于大多数现代视频编解码器的需求。
一个单信道5 GHz 802.11n结构无法提供足够的持续带宽,部分原因是我的LAN内数据流方法。
双信道方案提高了 无线网络 的峰值速度,但也产生了神秘的丢包问题。
Gigle SEMIconductor公司的Mediaxtream电力线连网技术并未达到它声称的GbE(千兆以太网),至少在我的设置环境中是这样。
一切看起来都很简单,至少在第一眼时是这样。我有一台戴尔XPS M1330笔记本电脑,装的是微软Vista Ultimate。我还有两台Xbox 360,一台在起居室,另一台在卧室(图1)。我的家庭办公室有相当可靠的无线电视接收(参考文献1)。XPS M1330对我来说不是工作PC,因为我已主要转用苹果系统,但有时是运行虚拟的Windows XP。于是,我决定将戴尔的PC变成一台PVR(个人录像机),以充分利用其内置的媒体中心功能,将接收的电视和录像送给作为Media Center Extender(媒体中心扩展器)的游戏机。
图1,我用一台装有Windows Vista Ultimate的戴尔笔记本电脑 (a) 通过苹果公司的Airport Extreme N路由器 (b) 连接到微软的Xbox 360 (c) 和Linksys的DMA2100 媒体中心扩展器 (d),希望能用它看高质量的现场视频和预录的ATSC广播。
这三个LAN结点上都没有5类电缆,因此我先尝试把它们连接到路由器,每台设备都使用了Netgear公司的XAV101 HomePlug AV电力线连网适配器(图2)。这种结构工作得相当不错,尤其是我在电冰箱和加热炉电源前加装了交流噪声滤波器后(见附文《再探电力线问题》)。有时候,当吊扇或窗口通风扇或其它可能的电力噪声源在工作时,变幻不定的带宽仍旧会在回放中产生较多的丢包,超过我的预期,但并非总是如此。一台或两台扩展器也会以一种恼人的规律性,拒绝连接到笔记本,直到我重新插拔其中一只或全部HomePlug AV适配器才行。
图2,Netgear的HomePlug AV适配器 (a) 是最初的方法,我通过它连接多个网络结点。不过电力线网络的不可靠性促使我去评估802.11n无线方法,采用D-Link公司的交换机与接入点集成产品 (b) 和两代的Linksys单客户桥(c和d)。
最后,我终于放弃了,决定寻找一些连接这些结点的替代方式,而不是在房屋下爬行、钻孔,拉一堆5类电缆线。按我的想法,我希望在自己的LAN中完全采用电力线连网。(我还用HomePlug AV将一台Insteon家居自动化控制器连接到路由器上,因此可以通过LAN和WAN访问控制器。)XPS M1330嵌入了一个高通的801.11n收发器,我的苹果路由器有802.11n功能,而采用802.11n技术的桥与交换机都声称可以让传统设备充分利用IEEE最新最强的无线连网技术。802.11n真会是我实现媒体中心梦想的可信朋友吗?
魔鬼藏在细节里
在进入繁复的逐步说明以前,先讲述一些背景信息。首先,XPS M1330中的高通Wi-Fi IC芯片为BCM4328,戴尔叫它为无线1505模块,与配合的MIMO(多输入/多输出)天线阵列相配合,它就有了双流双频能力(参考文献2)。与之相反,XPS M1330的有线以太网收发器是高通59XX系列IC,不具备GbE(千兆以太网)能力;它只支持10Mbps和100Mbps以太网。放在起居室的XPS M1330与同室路由器之间的距离不到25英尺,它送出视频流的参数对这一项目的结果也很重要。采用MPEG-2的媒体中心文件一般要更大一些,因此比采用更现代视频编解码器(如MPEG-4和VC-1)的文件有更高的回放码率。微软提供了四种质量-码率设定,但它们只适用于模拟录制。
媒体中心采用ATSC(先进电视系统委员会)数据源,不需要重新编码,因此不会修改进入的MPEG-2视频与杜比数字音频数据;微软简单地将其原封不动地嵌入到自己专利的DVR-MS“封装”格式中。因此,应保证在最差情况下,在网络中路由的每个直播电视流或录制的音频+视频流都约为20Mbps,这考虑了DVR-MS在19.2Mbps ATSC码率上的开销。媒体中心采用UDP(用户数据报协议)作为传输协议,用RTP(实时传输协议)作多媒体流传送,RTSP(实时流协议)作控制功能。
除了Xbox 360以外,我起居室中的网络结点(距路由器12英尺)和卧室中的网络结点亦都带有一台索尼PlayStation3。起居室有一台苹果电视,而卧室则同时有一台Roku Netflix播放器和SoundBridge。我一直在每个结点使用一台10/100 Mbps以太交换机,作多台设备之间的HomePlug AV连接共享,因为HomePlug AV适配器没有GbE能力。(我的每个结点上很少同时有超过一台设备处于工作状态。)
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虽然所有这些客户端设备都支持至少一种IEEE 802.11协议,我仍希望简化并优化从HomePlug AV到802.11n迁移的性能。因此,我打算将所有10/100M有线以太网交换机换成D-Link的DAP-1522,它是四端口GbE交换机,并有一个双频双流的802.11n子系统。Insteon控制器的单客户网络结点只能采用Linksys较简单的WGA600N或WET610N桥接设备。
选择频段与加密
预先做的少量研究省掉了我以后的一些麻烦。网上对D-Link DAP-1522的评测表明,较之5GHz产品,该设备在802.11n 2.4GHz频段的性能低于标准值,而采用WEP和WPA与TKIP加密时,性能也低于更现代的WPS/AES加密组合(参考文献3)。我的苹果802.11n路由器只在5GHz ISM频段(工业/科研/医疗)中支持双无线通道的捆绑,以提升最终的带宽。我希望将已很拥挤的2.4GHz频段下的Wi-Fi LAN性能提升一步,这个频段内充斥着微波炉、无线环绕声音响的收发器、邻居的接入点信号,以及其它广播信号。另外,由于我的房子露天穹顶并不大,2.4GHz与5GHz的差异并没有太多实际意义。
在我的乡下房子里,5 GHz ISM频段比较干净。因此,我将戴尔XPS M1330与路由器和D-Link DAP-1522捆绑成一个链,采用WPA加AES的802.11n无线加密方法,工作在149信道(5.745 GHz)。在以后的调试期间,我还尝试了其它5 GHz频道。最初的流媒体尝试结果很可怕:Windows媒体中心的网络性能调谐工具测得的最佳状态速度不到8 Mbps。我尝试很了很多方法,情况都没有改进,最后我注意到笔记本电脑的高通Windows Vista驱动组件的发布日期是2006年12月。在这个2008年7月购买的系统中,戴尔给的驱动软件竟然还是2006年的(参考文献4)。
我到戴尔公司的支持网站上找到了一个可供下载的较新驱动程序,日期是2007年10月。截止到发稿时,戴尔没有发布更新的版本。安装了2007年的驱动以后,无线链接的平均速度有了大幅提高,但其水平仍无法维持一个从笔记本到游戏机的可靠的高清晰录制流(图3)。网络性能调谐器将22Mbps定义为HDTV(高清晰电视)带宽的必要阈值,而8Mbps是可接受的电视带宽。不幸,我的802.11n网络带宽能力也低于该技术支持者所宣称的单流150 Mbps和双流300 Mbps速度。
图3,仅用HomePlug AV的结构有一些古怪 (a),但它的视频流要快于单信道的捆绑式802.11n方法 (b)。
通过对这一问题的研究,揭示出一种可能不算完全的解释,并在以后得到了一些Wi-Fi硅片供应商的确认。如果我的DSL(数字用户线)连接能够持续传输20 Mbps信号(当然是不可能的),并且如果我是在观看互联网上的20 Mbps视频(也不可能),则进入的数据将通过路由器的有线以太网WAN端口进入LAN,然后通过Wi-Fi到达Xbox 360。然而,我的视频流设置具有局域网内的属性,因此将一个Wi-Fi频道用于两个同时传输的20 Mbps数据流:一个用于笔记本电脑到路由器,另一个是从路由器到游戏机。虽然802.11n频道有40 MHz宽的捆绑频谱宽度,但它仍然不足以承担起全部的码流负载。暂时关闭XPS M1330的802.11n收发器,而将其以太端口连接到Linksys WGA600N桥上,情况也没有什么改善,证明笔记本的无线子系统并不是薄弱的一环。
双信道 = 毛刺
苹果公司最新的路由器和路由器加硬盘的产品Time Capsules都可以同时独立支持的2.4GHz与5GHz 无线网络 ,但我的第二代Airport Extreme N路由器为单信道,尽管能分别工作在2.4GHz或5GHz,但不能同时工作在两个频率上。因此我已经给它接了一台有WEP加密的Belkin F5D7130接入点,用于传统的802.11g设备(图4)。我还用Netgear公司只有5 GHz能力的WNHDE111设备进一步扩展了我的接入点架构,从而建立了一个额外的802.11n捆绑信标。在5.18 GHz第36信道上的这第二个信号与苹果路由器5.745 GHz第149信道的信号并不重叠,频谱上也离得尽可能远。
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