Wi-Fi对于预录视频文件表现出色,但对于实况流式视频可能产生很大的性能瓶颈。
Wi-Fi数据链路(也称为无线以太网或802.11)可以在咖啡屋、机场、火车站及许多地方发现,人们在这些地方用笔记本电脑上网。在家中,Wi-Fi连接常用于接入打印机及共享如因特网连接等的资源。此技术的巨大价值当然是无需以太网线的高带宽IP连接。
许多视频内容用Wi-Fi没有问题,事实上,播出前可下载或置入(大)缓冲器的任何预录视频节目都很少出现问题。
例如,一个连接到家庭电视机的Roku播放器能通过一个Wi-Fi连接,经由因特网逐渐地下载一部影片的短片段,以便完美地播放一部3小时的影片。
其它装置也能采用此相同的无线链路逐渐下载技术,如播放来自YouTube的内容的笔记本浏览器。
Wi-Fi用于视频的问题出现于需要实时传输的时候—实况内容、视频会议或其它应用,此时视频信号在它创建时就被分发。实况流式传输常被用于如视频监视和实时广播等的各种应用。
WI-FI工作方式 大多数Wi-Fi系统配置有接入点和(AP)和客户程序。每个AP广播一个选择的无线电信道上的一个信标,而客户程序在通信前必须找到此广播信号并调谐到该AP的频率。发生的所有通信都是半双工,意味着在此连接一端上的一个设备正在广播时,其它任何设备必须聆听,而不像步话机或CB电台。当然,在Wi-Fi系统中,此过程是自动处理的。
Wi-Fi的基本协议类似于最初的以太网标准,多个设备共享一条局域网线。此线缆上每个设备首先聆听以确定局域网是否在使用,然后只要其它发送器空闲,就发送数据。
有时候,两个设备可能决定同时发送,就会发生数据冲突,因而没有信号可以通过。每个设备识别何时冲突发生,在尝试重新发送前等待一段随机的时间。对于有线网,由于每个设备通常都分别连接到交换器或路由器的一个端口,这种技术已经基本过时。
这种简单的接入控制系统对于Wi-Fi应用并不很有效,原因在于工作于一个无线电频率很复杂,而且没有办法保证覆盖区一端的电台能够自动检测在覆盖区另一端的无线电载波。
取而代之的是,在AP和客户程序间开发了一种信息交换方式,提供消除冲突的功能。
·序列始于一个分布式IFS间隙时间,它在一个新发送设备可用此无线电信道的任何时间出现。
·有数据要发送的设备发出一个RTS(发送请求)包,带关于自己的信息、预期的目的地和想发送的包长度。收到此RTS的其它设备根据包长度设定一个称为网络分配矢量(NAV)的定时器,并且避免尝试使用此信道,直到它们的定时到期
·被RTS包寻址的目标设备等待一段短IFS间隙时间,然后返送一个CTS(清除发送)信息到发端设备。收到此CTS而且不是原始请求设备的任何设备设定其NAV定时等待开播。(这两个NAV定时器有某种程度的冗余,应对在某设备仅仅收到RTS/CTS信息对一半时的情况。)
·经过另一短IFS间隙后,发端设备发送待发送的实际数据以及一个包含该包路由信息的包头(图中的H)。每个包还包括一个可被用于决定发送的包内是否出现任何误码的CRC(循环冗余检验)值(未示出)。
·经过另一短IFS间隙后,目标设备回应一个确认(ACK)信息,表示正确地收到此数据。仅仅在CRC经过检查而且无误码出现的情况下才发送。如果发送设备没有收到确认,它必须假定它发送的信息没有被正确接收,必须重复此整个过程以尝试重新发送数据。
·一旦发送了确认信息,所有设备都能开始对分配的IFS时隙定时,定时时间必须持续到下一个设备能开始发生信息的过程前。
从此Wi-Fi握手过程的简单描述中,可以容易地看到信息开销是如何影响整个系统带宽以及时隙、每个包的确认和来回传输设置过程。
此外,在有多个高码率摄像机全都设定于相同的“视频”优先级时,像WMM(无线多媒体,与802.11e有关)这样的优先方案无法解决带宽资源冲突。
Wi-Fi替代方案 Wi-Fi网络所用的2.4GHz和5.8GHz在美国及其它许多国家内无需许可。只要服从射频功率限制,这些波段对数据编码或无线电调制没有限制。因此,可采用一个新协议使高性能视频平稳运行。
TDMA(时分多址访问)型协议为有可预测、接近固定的码率的应用分配带宽。这种技术把中心AP转换为一个适应所有的远程客户机的控制节点,循环分配发送窗口给每个客户机。这样一来,避免了与RTS/CTS/ACK握手有关的开销,提高了信道利用率。
此外,用于AP-客户机通信的带宽也得到减少,释放更多带宽共客户机使用。 ·AP发出一个授权发送(ATS)给客户机1。
·经过一个短IFS时隙后,客户机1可以发送一个数据包。
·经过另一个短IFS时隙后,AP发出一个AFS给客户机2。
·客户机2然后能在一个短IFS时隙后发送数据。
此过程可扩大到更多客户机,而每个客户机都可在每个窗口期间发送多个数据包。AP可因应更大的带宽需求,选择为客户机提供更大或更频繁的授权。
对于AP-客户机通信,在AP向一个或更多的远程客户机发送数据包的同时,ATS可能稍有延迟。由于有多个各产生高速、延迟敏感的视频信号的客户机,此类似TDMA协议能为每个设备提供一个连接到中央显示站或记录服务器的可重复、高带宽链路。
结论 对于网络接入,标准Wi-Fi网络的方便性非常出色。不过,对于高性能视频来说,系统开销不够理想。用为高带宽流式传输设计的协议取代AP和客户设备内的Wi-Fi协议,可以大幅提高网络吞吐能力,同时收集来自许多远程摄像机的视频。 |