Sieci domowe (cz.2) HomePNA

MAC (Media Access Control)

HPNA 2.0 wprowadza osiem poziomów priorytetu i używa nowego algorytmu unikania kolizji - DFPQ (Distributed Fair Priority Queuing). Głos w telefonii klasycznej nie toleruje dużych opóźnień, a dodatkowo aplikacje wideo lub audio wymagają usług z gwarantowanym pasmem. W ethernetowej warstwie MAC nie ma gwarantowanych usług czasu rzeczywistego. Tak więc pewne trzy węzły - przykładowo: W1, W2 i W3 - mogłyby rywalizować o dostęp do sieci. Węzeł W2 transmituje pakiet VoIP (Voice over IP). Co się wtedy może zdarzyć?

Sieci domowe (cz.2) HomePNA

Format ramki HomePNA 2.0

Na początku W0 uzyskuje dostęp do kabla i zaczyna transmitować ramkę (TX). Podczas transmisji W2 pakietuje próbkę głosu i jest gotowy do transmisji, ale musi ją odroczyć przez wzgląd na W0. Po zakończeniu transmisji W0 ma drugi pakiet gotowy do wysłania i kiedy W0 i W2 rywalizują o dostęp (w konsekwencji powstają kolizje), W2 losowo wybiera dłuższy czas oczekiwania niż W0. Węzeł W0 ponownie zyskuje dostęp i transmituje. W tym czasie stacja W1 staje się aktywna i odracza start w oczekiwaniu na zakończenie nadawania przez W0. Teraz, kiedy W2 przystępuje do transmitowania, koliduje z W1. Możliwy rezultat: W1 skorzysta na kolizji, a W2 znowu wydłuży czas odczekiwania. W ten sposób kolejkowanie może okazać się bardzo niekorzystne dla W2 z pakietowanym głosem. Jeżeli W0 i W1 są komputerami osobistymi zaangażowanymi w transfer plików, to wtedy mogą one emitować spory wolumen danych i spowodować błędy w transmisji VoIP W2.

Opisany problem rozwiązuje wprowadzenie różnych poziomów priorytetu dostępu, umożliwiających programowe definiowanie różnych klas usług, jak kontrolowane opóźnienie, sterowanie pasmem, gwarantowanie pasma oraz innych. W takim systemie stacji VoIP można przypisać wyższy priorytet niż transmitującej pakiety danych. HomePNA 2.0 osiąga to przez wprowadzenie do szczelin priorytetów czasowych odstępów międzyramkowych. Kiedy W0 kończy transmisję, wszystkie stacje w sieci, z niższym priorytetem od siedmiu, czekają na rozpoczęcie transmisji przez W2 (bez kolizji). Po transmisji W2 żadna ze stacji nie ma ruchu z wyższym priorytetem niż jeden, tak więc W0 znowu zyskuje dostęp do kanału w następnej transmisji.

Jak wspomniano na początku, HomePNA 2.0 używa nowego algorytmu rozstrzygania problemów kolizji. Każda stacja utrzymuje rejestr czasu odczekiwania i po kolizji, i losowo zwiększa jego zawartość o 0, 1 lub 2. W czasie okresu kolizyjnego stacje przyrostowo ustalają tzw. częściowy porządek. W efekcie pozostanie tylko jedna stacja o najniższym czasie odczekiwania i ona właśnie uzyska dostęp do nośnika transmisyjnego.

Sieci domowe (cz.2) HomePNA

Przykłady priorytetów ruchu i rostrzygania kolizji w HomePNA

W przykładzie z rysunku 5 węzły W0 i W1 wchodzą w okres rozwiązywania kolizji. W0 wybiera zwiększenie czasu odczekiwania o 2, a W2 o 0. Ażeby zoptymalizować wspomniane częściowe uporządkowanie, eliminujące zerowy poziom, stacje bezpośrednio po kolizji wysyłają specjalny sygnał. Zawiera on wybrany przez stacje czas oczekiwania - w dolnej części rysunku 5 to 0 i 2. Wszystkie stacje śledzą te sygnały i przeprowadzają własne obliczanie. Dzięki nim mogą określić nowe częściowe uporządkowanie. W tym przypadku węzeł W0 zwiększa poziom oczekiwania o 1, ponieważ wykrył sygnał odczekania oznaczający zero w S0, a żadna ze stacji nie wpisała go do S1. W praktyce protokół HomePNA 2.0, w przeciwieństwie do Ethernetu, jest bardzo stabilny, nawet przy nasyconej sieci.

Protokoły warstwy łącza danych

Oprócz kodowania LARQ (Limited Automatic Repeat ReQuest), którego ważne skutki pokazano na rysunku 6, HPNA 2.0 stosuje w warstwie łącza danych mechanizm integralności łącza. Protokół ten może być implementowany zarówno sprzętowo, jak i programowo - jako sterownik. Jego zaletą jest dostarczanie użytkownikowi końcowemu prostej i szybkiej metody poznawania i kompletowania podstawowej wiedzy o połączeniu. Ramki integralności łącza są wysyłane raz na sekundę. Duże natężenie ruchu w kablu sieciowym może ograniczyć ich liczbę.

Teraźniejszość i przyszłość

Sieci domowe (cz.2) HomePNA

Przepływność użytkowa w funkcji liczby impulsów zakłócających.

Na rynku zaczynają się już pojawiać bardzo ciekawe urządzenia zgodne ze standardami HomePNA. Przykładem może być karta Silicom 1/10/100 Mb/s Home Phoneline/Fast Ethernet CardBus PC Card - CBFP. Ta wielofunkcyjna karta wspiera zarówno standard HomePNA 1.0, jak i Fast Ethernet. Dzięki niej użytkownik komputera przenośnego ma zapewniony dostęp do sieci korporacyjnej, a w domu może podpiąć się do sieci domowej. Karta zapewnia też współdzielenie dostępu do Internetu, drukarek, skanerów, plików, aplikacji oraz gier, i jest kompatybilna z xDSL oraz modemami kablowymi.

Nortel Networks przejął ostatecznie NETGEAR, firmę wysoce wyspecjalizowaną w urządzeniach HomePNA i kartach oraz przełącznikach Gigabit Ethernet. 22 marca 2001 r. NETGEAR wprowadziła rzadki router HomePNA - RP114 Cable/DSL Web Safe Router z czteroma portami 10/100 Mb/s.

Od marca 1999 funkcjonuje stowarzyszenie OSGI (Open Service Gateway specification), założone przez 15 znanych firm, z których wiele dało się dobrze poznać w Polsce: Alcatel, Ericsson, IBM, Lucent, Motorola, Nortel Networks, Oracle, Sun Microsystem czy Sybase. Specyfikacje tego gremium wzbogacają prawie wszystkie normy dla sieci domowych: Bluetooth, CEBus, HAVi, HomePNA, HomePnP, HomeRF, Jini, LonWorks i VESA.

Conexat System - firma o dużych tradycjach i mało znanej nazwie (wydzieliła się w 1999 r. z Rockwell International) - wyprodukowała układ scalony integrujący 4 różne technologie: ADSL, V92, HomePNA i Ethernet.

Sieci domowe (cz.2) HomePNA

HomePNA 1.0 i 2.0

Most firmy D-Link ma niezależne oprogramowanie, minimalizuje pasmo i może być używany z modemem DSL. Z kolei adapter USB tej firmy - DHN-120 - może być stosowany zarówno w PC, jak i laptopie.

Ale takich i podobnych produktów jest dużo więcej. W swojej ofercie mają je 3Com, Intel, Broadcom, Linksys i wielu innych producentów. Zresztą rynek sieci opartych na łączach telefonicznych jest znacznie bogatszy i nie ogranicza się - jak widać - tylko do kart. Obejmuje także bramy, mosty, routery, huby, adaptery USB oraz ich różne kombinacje, z każdym rokiem efektywniejsze.

Przyszłość rynku HomePNA jest rzecz jasna skorelowana z przedsięwzięciami stowarzyszenia. Już w 1999 r. (drugim roku funkcjonowania stowarzyszenia) Instytut ITU (International Telecommunication Union) zdecydował się normalizować HomePNA razem z xDSL. Projekt został nazwany G.pnt (phone-line networking transceivers). Normalizowanie obydwu technologii przez wspólną grupę ST15Q4 (Study Group 15 Question 4) ma niewątpliwy wpływ na ich wzajemną kompatybilność. Samo HomePNA zrzesza dziś ponad 150 instytucji. Europę reprezentuje 20 państw.

Wielu specjalistów podziela opinię, że do 2004 r. produkty niekompatybilne z Home LAN będą uznawane za przestarzałe. Być może stanie się to jeszcze szybciej. W 1995 r. było 20 mln użytkowników Internetu. W 2003 będzie ich zapewne pół miliarda. Prawdopodobnie za dwa lata w 14 najbardziej uprzemysłowionych państwach świata 40 proc. populacji będzie miało dostęp do Internetu. Wielu z nich dotrze tam za pośrednictwem sieci domowych.


TOP 200