С середины 90-х годов проблема качества сервиса (QoS) в сетевой среде превратилась в настоящую притчу во языцех. Появление трафика разных типов поставило на повестку дня вопрос об использовании той или иной схемы приоритизации, однако при этом выяснилось, что если в некоторые сетевые технологии механизмы обеспечения QoS закладывались изначально при проектировании стандартов, то в других их реализация натолкнулась на серьезные ограничения. Беспроводные технологии передачи данных волей-неволей приходится отнести ко второй группе, хотя и здесь в последнее время дело стало меняться к лучшему.

Надо признать, что авторы спецификаций IEEE 802.11, давших начало многочисленной группе стандартов (см. «Сети», 2001, № 9 (107), с. 28), и не думали о передаче по радиоэфиру мультимедиа-трафика, для которого, собственно, и нужны механизмы QoS. Беспроводные сети первоначально воспринимались как эффективная альтернатива традиционным проводным сетям, ориентированная исключительно на транспортировку данных. Сокращение БСПД, получившее широкое распространение в русскоязычных материалах, долгое время следовало воспринимать буквально. Ориентация на данные обусловила выбор простейшего алгоритма доступа к среде передачи — CSMA/CA, заимствованного у технологии Ethernet. По этой причине и сами сети 802.11 в России частенько называют сетями RadioEthernet.

Но технологический прогресс спутал все карты. Утверждение в 1999 году институтом IEEE спецификаций 802.11a и 802.11b, а также появление европейского стандарта HiperLAN/2 позволило поднять реальную пропускную способность беспроводных сетей до 23-24 Мбит/с (при теоретическом максимуме 54 Мбит/с), а это открыло возможность передавать через такие сети аудио- и видеотрафик. Выпуск минувшей осенью первых продуктов, соответствующих стандарту 802.11a, свидетельствует о том, что достижение подобных мультимегабитных скоростей станет реальностью в самое ближайшее время. Впрочем, даже тех 6-7 Мбит/с, которые удается получить в среде 802.11b в реальных условиях эксплуатации, уже достаточно для передачи мультимедиа.

Первые шаги

Проникновение в беспроводные сети смешанного трафика соответствует общей тенденции развития телекоммуникаций. После того как различные мультимедиа-приложения стали активно использоваться в обычных сетевых средах, беспроводной мир не мог долго оставаться в стороне. Первые впечатляющие результаты в этой области, привлекшие внимание экспертов, были достигнуты в прошлом году, причем инициаторами технологического прорыва выступили малоизвестные молодые фирмы.

Так, канадская компания Sensate выпустила программную платформу и ПО промежуточного слоя 2nR-Musiker для беспроводных приложений Audio-over-IP (AoIP). Значительная популярность услуг, связанных с доставкой музыкального контента по Всемирной сети, дает основания предположить, что аналогичные сервисы будут иметь огромный спрос среди частных пользователей беспроводных сетей. Некоторые аналитики считают, что именно аудиовещание способно стать тем контентом, который приведет к резкому всплеску популярности беспроводных технологий.

Правда, пока эти прогнозы не подкрепляются бурной активностью со стороны операторов или контент-провайдеров. Их энтузиазм сдерживается многочисленностью конкурирующих друг с другом беспроводных технологий, слабым охватом многих территорий высокоскоростными беспроводными сетями и нехваткой абонентских устройств с функцией автоматического распознавания, способных работать в сетях разных типов. Тем не менее Sensate охотно предоставляет лицензии на свою технологию AoIP разработчикам аппаратных и программных средств и пока остается одной из немногих компаний, активно содействующих становлению нового рыночного сегмента.

Упомянутая платформа 2nR-Musiker наделяет сеть 802.11b многими чертами, присущими сетям мобильной связи, включая функции обнаружения и аутентификации абонентов, поддержки пользовательских профилей, роуминга, кэширования данных и обеспечения QoS. Более того, фирма намерена существенно расширить спектр приложений новой технологии. В частности, компания вступила в альянс с одним из гигантов автомобильной промышленности с целью предоставить водителям возможность загрузки музыкальных клипов с ПК в аудиосистему автомобиля по беспроводной сети без использования традиционных носителей вроде компакт-дисков.

Еще более впечатляющий пример использования беспроводных технологий для обработки мультимедиа-трафика связан с деятельностью американской компании Magis Networks. В конце ноября 2001 года на калифорнийской выставке Western Cable Show фирма впервые в мире организовала передачу телесигнала высокой четкости (High-Definition TV, HDTV) по беспроводной сети 802.11a. В роли передающего устройства выступала точка доступа, в роли принимающего — удаленный терминал. В этих устройствах использовались специальные микросхемы производства Magis, основанные на разработанной ею технологии Air5. Инженерам компании удалось превзойти технические параметры стандарта 802.11a, обеспечив возможность одновременной передачи через радиоэфир нескольких потоков цифрового кабельного и спутникового видео, цифрового аудио, а также обычного IP-трафика, причем без потери качества. По заявлению представителей Magis Networks, микросхемы этой фирмы могут найти применение в телевизионных приставках, модемах и шлюзах сетей кабельного телевидения, приемниках спутникового сигнала, настольных, портативных и карманных компьютерах, телевизорах, видеомагнитофонах, DVD-проигрывателях и игровых приставках.

Магические цифры

В продуктах Sensate, Magis и некоторых других фирм используются патентованные схемы обеспечения QoS, что, конечно же, не способствует массовому проникновению на рынок как самих этих разработок, так и основанных на них услуг. Нетрудно предположить, что аудио- и видеоприложения смогут покорить беспроводные сети лишь после того, как в этой области появятся индустриальные стандарты. Важный шаг к их созданию был сделан в конце прошлого года.

Как известно, вопросами обеспечения QoS в комитете IEEE 802.11 занимается рабочая группа 802.11e. Еще в ноябре 2000 года ею была утверждена спецификация QoS Baseline, определившая основные процедуры обработки мультимедиа-трафика в беспроводных сетях, механизмы коррекции ошибок и избирательной смены радиоканалов, алгоритмы диспетчеризации каналов, обеспечивающие повышенную надежность передачи, и интерфейсы взаимодействия с протоколами вышележащих уровней. Для динамического распределения суммарной пропускной способности по отдельным видам трафика в спецификациях 802.11e предполагалось использовать протокол RSVP (Resource Reservation Protocol), а сами они, как ожидалось, в значительной мере должны были базироваться на технологии Whitecap компании ShareWare.

Судя по всему, члены группы 802.11e решили внести некоторые коррективы в свои первоначальные планы. В декабре прошлого года на заседании этого подразделения IEEE были приняты предложения по обеспечению качества сервиса в беспроводных сетях, внесенные комитетом по беспроводным технологиям (WWG) консорциума 1394 Trade Association. Указанные предложения WWG охватывают базовые компоненты услуг MAC-уровня, регламентирующие доступ к радиоканалу в соответствии с определенной схемой диспетчеризации. Они способны сосуществовать с протоколом физического уровня, предусмотренным спецификацией 802.11b, однако в гораздо большей степени приспособлены для взаимодействия с протоколом 802.11a PHY 5-гигагерцового диапазона. Высокая скорость передачи, определяемая стандартом 802.11a, наряду с поддержкой QoS откроет путь к скоростной передаче аудио- и видеопотоков с высоким уровнем надежности.

Следует напомнить, что консорциум 1394 TA был образован в 1994 году несколькими крупнейшими производителями компьютерной и бытовой техники. Сегодня его членами являются более 150 компаний, включая такие всемирно известные фирмы, как Compaq, Intel, JVC, Matsushita, Microsoft, NEC, Philips, Samsung и Sony. Основной целью новой организации стало содействие созданию устройств, способных обмениваться друг с другом мультимедиа-трафиком по единственному соединению через последовательный интерфейс. Категории же таких устройств, используемые ими протоколы и типы передаваемых данных могут быть самыми различными.

В настоящее время за числом 1394 скрывается более 70 спецификаций, регламентирующих характеристики оборудования различных классов (рис. 1). Такое множество стандартов указывает не столько на их внутреннюю сложность, сколько на разнообразие потенциальных приложений. Базовая спецификация IEEE 1394-1995 берет свое начало с технологии FireWire, предложенной компанией Apple. Правда, некоторые производители до сих пор используют обозначение i.Link, которое соответствует аналогичной разработке фирмы Sony. Однако какое название ни возьми, речь идет об одном и том же — о стандарте на единую высокоскоростную сетевую шину, обеспечивающую подключение цифрового аудио- и видеооборудования, а также устройств хранения к персональным компьютерам.

Принципиальной особенностью стандартов 1394 является поддержка технологии plug-and-play и равноправного статуса устройств, объединенных в сеть. Спецификацией 1394-1995 предусмотрены три допустимых значения скорости передачи (100, 200 и 400 Мбит/с) и использование алгоритма мультиплексирования пакетов. Устройство, желающее передать данные, осуществляет арбитраж шины и, получив доступ к ней, начинает пересылку. Уникальным свойством данного стандарта является одновременная поддержка изохронного и асинхронного режимов передачи. Первый вариант обычно применяется для транспортировки данных, критичных к времени доставки (аудио и видео), сразу к нескольким устройствам; для него заранее резервируется определенная часть суммарной полосы пропускания. В то же время схема диспетчеризации гарантирует, что и асинхронный трафик не будет дожидаться своей очереди бесконечно долго. Между сетевыми устройствами, соответствующими стандарту 1394-1995, устанавливаются соединения «точка-точка», протяженность которых не может превышать 4,5 м. Одна разделяемая среда передачи может поддерживать до 63 таких устройств.

После принятия стандарта 1394-1995 в декабре 1995 года (отсюда второе число в его обозначении) соответствующие ему продукты выпустили более 100 компаний. Ряд мелких проблем, выявленных в ходе их эксплуатации, был устранен в версии P1394a, принятой в 1998 году.

Более существенные усовершенствования в базовый стандарт были внесены с появлением версии P1394b, одобренной IEEE в конце 2000 года. Максимально допустимое расстояние между устройствами возросло до 100 м, а скорость передачи — до 3,2 Гбит/с (для многомодового оптоволокна). Улучшения рабочих характеристик удалось достичь благодаря применению модифицированной схемы кодирования 8B10B, устранению процедуры передачи повторяющихся фрагментов трафика, введению более эффективной схемы арбитража и появлению так называемых двуязычных (bi-lingual) портов. Понятно, что многие из этих усовершенствований (как и гигабитная скорость передачи) еще далеки от реализации в беспроводной среде.

Разработка группы WWG относится к числу последних пополнений этого многонаселенного семейства спецификаций. После ее одобрения комитетом 802.11 подразделение WWG приступило к разработке адаптационного протокольного уровня (Protocol Adaptation Layer, PAL) для устройств, соответствующих ожидаемому стандарту 802.11e. Кроме того, совместно с членами рабочей группы 802.11e предстоит устранить ряд технологических пробелов, которые проявляются при попытке перенести цифровой аудио- и видеотрафик в беспроводную среду. Главная же проблема заключается в том, что сегодняшние предложения по адаптации отдельных спецификаций из состава 1394 к сетям 802.11 носят концептуальный характер, а основанную на них и готовую к применению технологию еще только предстоит создать. Тем не менее Джеймс Снайдер, исполнительный директор консорциума 1394 TA, не сомневается в том, что как опыт, накопленный при передаче мультимедиа-трафика в традиционных сетевых средах, так и микропрограммы, написанные для конкретных устройств, удастся применить в области беспроводных сетей.

Проанализировав состав спецификаций 1394, можно заключить, что в первую очередь они ориентированы на домашних пользователей мультимедиа-приложений. В то же время стандарты 802.11x свободны от подобных ограничений и используются при построении сетей различного масштаба. По всей видимости, не станет исключением и спецификация 802.11e. Сказанное означает, что адаптация механизмов 1394 к особенностям радиоэфира откроет новые возможности работы с мультимедиа-приложениями в беспроводных сетях — как домашних, так и корпоративных. Объединение проводных и беспроводных устройств под «зонтиком» единой группы стандартов будет означать, что отныне пользователи смогут оперировать потоковым трафиком независимо от варианта подключения к сети.

Смена парадигмы

Состоявшаяся переориентация членов 802.11e на новый подход к обеспечению качества сервиса в беспроводных сетях кому-то может показаться неожиданной. И действительно, подразделение WWG появилось в составе консорциума 1394 TA только в начале 2001 года. Как признается Питер Йоханссон, автор предложений, которые консорциум представил на суд IEEE 802.11, идея переноса базовых принципов и механизмов, реализованных в архитектуре 1394, в беспроводную среду возникла у него в марте прошлого года, после посещения очередного заседания комитета 802.11. Для членов группы 802.11e это стало настоящей удачей, поскольку прежде практически вся их деятельность была нацелена на поддержку приложений пакетной передачи голоса (VoIP) в сетях RadioEthernet.

Вряд ли надо доказывать, что транспортировка голосового трафика предъявляет совершенно иные требования к среде передачи, нежели обработка аудио- и видеопотоков. Отличаются как характер поступления пакетов в принимающий узел, так и требуемый уровень QoS, поскольку для трафика VoIP потеря отдельных пакетов остается практически незамеченной, чего не скажешь про мультимедиа-приложения. Для достижения высокого качества воспроизведения на принимающем конце необходимо практически полностью исключить потери данных и одновременно обеспечить строгое соблюдение начальной последовательности при их приеме. Эти жесткие требования предстоит удовлетворить в сетях, которые, по сути, базируются на классической технологии Ethernet.

В предложениях WWG основная ставка делается на алгоритмы управления доступом к радиоканалу. В среде 802.11 предстоит реализовать изначально чуждые ей механизмы точного распространения синхронизующей информации, протоколы управления соединениями и наборы команд, заимствованные из спецификаций 1394. Беспроводные устройства в определенном смысле должны будут научиться воспроизводить поведение узлов кабельной мультимедиа-сети, причем делать это в условиях постоянно меняющейся сетевой нагрузки. К примеру, передачу сигнала HDTV по сети 802.11a, о которой рассказано выше, нельзя не признать важным технологическим достижением, но к реальным корпоративным сетям она имеет весьма косвенное отношение. В последних цифровым аудио- и видеопотокам предстоит соседствовать с иными видами трафика, и это усложняет задачу во много раз.

Удастся ли представителям двух столь непохожих организаций найти ее эффективное решение в ходе наметившегося сотрудничества? Пока можно констатировать лишь одно: принятие стандарта 802.11e, когда-то прогнозировавшееся на конец 2001 года, отложено на неопределенный срок. Возможно, вслед за комитетом IEEE 802.11 придется переориентироваться Panasonic, Netgear и некоторым другим производителям, начавшим выпуск оборудования на основе технологии Whitecap, не дожидаясь окончательного принятия стандарта. Что ж, будем ждать очередных новостей с «беспроводного фронта».

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями