省级IP网络设计

省级IP网络设计（精选8篇）

省级IP网络设计 第1篇

网络拓扑是网络主要组件互连及网络链路的总体结构。网络拓扑设计是网络工程重心,而IP网络编址方案设计是网络可运营服务的软件技术基础。远程登录,资源共享,文件下载/上传,Mail服务,Web服务是计算机互联网的基本应用功能.。一个企业网的网络设计应该遵循网络设计基本原则,按网络规模和功能设计可分为局域网,城域网,广域网,无线局域网,无线城域网,无线广域网,外部VPN,内部VPN,接入VPN,存储区域网络(SAN)等类型。企业局域网的扩展网络应用服务可配置两个主要协议:VLAN中继协议(VTP)和生成树协议(STP),主要用来防止网络环路和增加链路冗余以及虚拟局域网的创建和应用。企业局域网与局域网的连接以及局域网与广域网的连接应用至少一个路由器(或网关)。企业局域网的网络拓扑设计可根据网络功能和通信服务区域等条件决定匹配的网络拓扑,局域网的网络拓扑:总线型,环型,星型,扩展星型,层次型,网状型(图1)。无线局域网可以用作企业网的扩展部分,构网组件有无线网卡,无线接入点,以太网交换机和路由器,甚至无线路由器。

对于传统局域网应符合5-4-3规则和定时参数设置,目前,1OGBase-xx光纤以太网和10GBaesT非屏蔽双绞线以太网是企业局域网的带宽极高设计。接入层交换机,网桥,传输介质,集线器,各类型主机及网络操作系统等是组成局域网的基本网络组件。局域网传输介质:绝大多数以太网适用非屏蔽双绞线(UTP),UTP有交叉和直通之分,对于交换机到路由器端口或PC,集线器端口到PC连接使用直通UTP;对于两个路由器,两个交换机,两个集线器,两个PC的端口连接以及交换机到集线器,路由器到PC的端口连接使用交叉UTP,但UTP有衰减,串扰,EMI,RFI影响;更长传输距离和高带宽适用多模光纤(<2000米),数据传输距离2000米以上适用单模光纤,每条光纤由发送数据和接收数据两根光缆组成,光源使用激光,传输信号是光脉冲,不受EMI,RFI影响。无线广域网是企业网拓扑设计的发展方向,其先进性,便利性及拓扑设计正日新月异。广域网技术有租用线路(DSL,T1/E1,T3/E3,SONET,OC-1,OC-3,OC-12,OC-48,OC-192),线路交换(PSTN,ISDN),分组交换(X.25,中继),信元交换(ATM,SMDS)。广域网物理层标准:EIA/TIA-232(64kbit/s),EIA/TIA-449/530(2Mbit/s),EIA/TIA-612/613(52Mbit/s),V.35(48kbit/s),X.21。企业广域网的网络拓扑有:星型,部分网状,网状(图3)。

2 组网硬件设备和网络流统计分析

无论企业局域网还是企业广域网,都采用标准兼容网络硬件,他们工作在OSI/RM对应的网层。(详见表1)。

分析网络数据流量是进行网络拓扑设计的必要条件,是网络管理设计的基础(见表2)。

3 计算机互联网络组成企业网

计算机网络通信其实就是网络终端主机或服务器间的信息按IP地址寻址方式,经调制解调处理以电脉冲或光脉冲通过网络链路及网关,路由器,

交换机等网络组件的处理作业完成双向信号传输和转换功能。企业网拓扑设计是网络物理结构总体规划,是不同网络硬件设备通过传输介质互连的计算机网络。网络运营要进行IP网编址设计,及在PC,服务器,网关,路由器,交换机上安装对应软件及配置网络命令,在路由器上应用IP NAT的动态地址转换(DAT)或伪装协议,子网划分(VLSM),路由聚合(CIDR)等网络路由技术,可连接因特网进行远程登录,网页浏览,文本文件或图像数据下载/上传,软件下载,网络电话,视频会议,网络电邮等网络服务。

路由协议算法主要是:距离矢量,链路状态,混合三种,IP路由协议是网络路由数据处理和转发的基础,其包括有类路由,无类路由及IPv6路由。计算机网络拓扑结构可扩展性好,互连性强,注重实用性和安全性的原则,所以大型网络就是多局域网和广域网,内部网,专用网,存储区域网络按照分层网络设计原则和网络冗余设计原则互连组成的计算机通信网络。网络应用服务共同点是主机间利用信号传输(数字或模拟)进行网络通信,以端点通信划分网络:广播多路访问网络(如以太网);非广播多路访问网络(如复合拓扑型网);点对多点计算机网络(如企业内部网,存储区域网络);点对点通信网络(如广域网);虚拟链路网络(如虚拟专用网)。

4 网络拓扑图设计IP网络地址分配设计IP网子网划分技术

企业网物理拓扑设计举足轻重,他的IP网恰似整个网络工程设计画龙点睛之笔。网络拓扑图的网络结构分析:总计25个局域网,4个广域网链路,进行了IP网子网化,层次型路由器网络拓扑设计及思科局域网三层网络拓扑设计,但省略链路冗余设计。

4.1 IP网地址计算及地址分配原则

IP地址是分配给计算机网络主要网络设备的接口地址,是网络层的逻辑地址,而网卡MAC地址(由12个十六进制数组成)是硬件物理地址。IPv4地址计算公式:设地址的子网掩码=n,则可分配IP网子网数=2(n-k)[k=8(A类网),16(B类网),24(C类网)],每个子网主机IP地址数=2(32-n)-2。所以n=24则这个局域网可分配主机IP地址=254,因此子网掩码=24的每个子网的主机数=254个。局域网IP地址是DHCP服务器动态分配,也可人工配置,对于同一局域网的设备IP网络ID相同,不同局域网IP地址不同,局域网用IP ARP/RARP,以太网帧按MAC地址寻址和传输数据。IP网络核心技术有VLSM子网化,CIDR路由汇总,私有IP地址集,IP NAT/PAT协议。

4.2 IP路由依据及路由表

带宽(BW),延迟(DLY),可靠性(Reliability),负载(Load)是网络性能衡量指标,而度量(Metric),消费(Cost),管理距离(AD)是IP路由优先转发的依据。网络流路由是静态路由或动态路由或IPv6路由。路由协议有外部和内部之分,对于广域网之间或多自治系统之间数据路由应用边界网关路由协议(BGP),内部路由协议主要有增强内部网关路由协议(EIGRP),开放最短路径优先(OSPF)和中间系统到中间系统协议(IS-IS),主要应用在计算机区域网络,比如局域网间数据路由,多区域网络路由及一个自治系统之内路由。增强内部网关路由协议是矢量距离无类路由协议,主要应用扩散更新算法(DUAL),与路由信息协议不同:不使用跳数作为路由度量,而使用带宽,延迟和公式计算的复合度量。OSPF协议和IS-IS协议是无类路由链路状态协议,使用最短路径优先算法,应用链路状态数据包进行网路通信,利用链路开销进行路由和转发。

计算机网络路由器的路由表实时反映相连的网络环境(如直连,静态,RIPv2,VLSM,CIDR,BGP,自治系统,EIGRP,OSPF及区域)信息是IP路由基础,路由表还汇总路由配置,更新,汇总,管理距离/度量或可行距离,后继路由IP地址信息,父路由及子路由,路由时间,还有各设备接口的IP地址,子网个数,掩码等信息。

5 IP路由主要过程及计算机网络通信信息流程分析

网络IP路由技术是网络服务基础,网络路由主要有:直连网络,静态网络,有类路由协议网络,无类路由协议网络及IPv6网络路由等。

6 网络拓扑与IP网互配互用

移动IP应用始于IPv4网络,在IPv6应用扩大,他们共性是:位置变动的网络终端用不变IP地址进行网络数据传输。IP安全是IP网保证数据传输的技术基础,是网络安全的重要协议。网络服务应用IP路由,IP路由技术是数据传输工具,网络路由协议是计算机网络通信传输技术基础。端点数据传输是计算机网络的通信特征,网络拓扑是IP网络物理结构基础,IP网是软件兼容的IP地址以网络技术分配的逻辑结构。完整先进的IP地址分配设计是实现网络应用服务基础,IP网是网络运行服务的基础结构,是可视信息的传输载体。

摘要：标准的局域网拓扑类型和适用的广域网拓扑是计算机互联网拓扑结构设计的理论基础,本文描述各网络类型及应用功能时,分析组网基本硬件单元,网线物理层连接技术标准和相关网络技术特性。网络信息流分析是网络管理和网络应用功能设计的依据。IP地址分配就是要建立IP网,必须遵循因特网的IPv4和IPv6地址分配原则及技术协议。本文的网络拓扑图设计包含广域网结构,体现分层网络设计原则,综合应用星型网络拓扑等网络技术。同时把它作为IP网设计的网络物理结构,分析网络IP路由技术和路由协议,按照IP网子网划分原理分配路由器接口IP地址和交换机的局域网IP地址,定义网络路由协议。以图描述IP网络路由过程和分析多种路由协议,从原理上分析计算机网络通信数据传输过程。深入浅出地说明了网络拓扑设计技术原则和全面分析了IP网路由技术。

关键词：网络拓扑,网络组件,网络数据流,网络拓扑图,IP网络,IP网子网划分,IP网络路由

参考文献

[1](美)Charles M.Kozierok.TCP/IP指南(卷1):底层核心协议[M].陈鸣,贾永兴,宋丽华,译.北京:人民邮电出版社,2008.

[2]网络基础[M].北京邮电大学,思科网络技术学院,译.北京:人民邮电出版社,2008.

[3]LAN交换和无线[M].思科系统公司,译.北京:人民邮电出版社,2009.

[4]计算机网络设计和支持[M].思科系统公司,译.北京:人民邮电出版社,2009.

[5]路由协议和概念[M].思科系统公司,译.北京:人民邮电出版社,2009.

[6]Allan reid.广域网技术[M].北京邮电大学,思科网络技术学院,译.北京:人民邮电出版社,2008.

[7]NetScoutsystems.ManagingModernIPNetworks[E B/OL].http://www.netscout.com/docs/thirdparty/NetScout _3pv_Modern_IP_Network.pdf,2008

[8]Networkinstruments.ExtendingNetworkVisibil itybyLeveragingNetFlowandsFlowTechnologies[EB/OL]. http://www.networkinstruments.com/assets/pdf/flow_wp. pdf,2009

[9]Netscoutsystems.EnterprisePerformanceManagement [EB/OL].http://www.netscout.com/docs/whitepapers/NetS cout_wp_Enterprise_Performance_Management.pdf

[10]Netscoutsystems.Evaluating the need for upgrades in Campus LANs[EB/OL].http://www.netscout.com/docs/ whitepapers/NetScout_wp_Campus_LANs_WAN_Bandwidt h_Optimization.pdf

省级IP网络设计 第2篇

【关键词】硬件探针；网络质量；测量系统；关键技术

引言

自网络出现后，其应用范围日渐广泛，并且在生活与生产中的重要性愈加显著，但在社会发展过程中，人们对网络的需求与日俱增，其中最为强烈要求的便是网络质量的保障。通过实践探索与学者研究，提出了IP网络测量技术，它作为网络管理的关键方法，对网络运行状况进行了全面的监控，从而提高了网络的安全性与稳定性。当前，主要的IP网络测量技术有两种，分别为探针及非探针测量技术，但二者均存在不足，因此，本文重点介绍了基于硬件探针的IP网络测量技术，分析了其总体架构、关键技术及设计实现。

1.基于硬件探针的大规模IP网络质量测量系统的概况

1.1 既有IP网络质量测量技术的不足 针对探针IP网络质量测量技术而言，其作为实质性的测量方法，不足主要表现在较高的投入费用及相对复杂的部署，因此，其难以满足大量部署的需求。目前，此技术主要用于手工测量及诊断等工作，同时，在实际应用管理过程中，其缺少系统的上层管理系统，导致网络质量测量难以具有规律性与周期性。针对网络设备IP网络质量测量技术来说，其作为辅助性的测量方法，不足主要表现在网络设备的相关指标缺少精确性，同时，此技术未能对网络指标展开单向采集。

1.2 硬件探针的概况 硬件探针属于硬件设备，主要是通过网络流量的获取，以此实现对网络性能的精准测量，其最为显著的优点便是拥有丰富、完整的信息，进而满足了网络质量精密测量的信息需求。

根据国外某公司的研究可知，其研制的硬件探针实现了端到端的QoS监控及OAM可视化，同时，通过对数据包的分类处理，促进了其各项功能的发挥，并且借助两个软件接口实现了与外界交互，二者分别为命令行模式与基于SNMP协议的通信，再者，它还具备实时在线式检测功能，在实际测量时，节约了网络资源[1]。

1.3 新测量系统的总体架构 系统的核心服务器端软件主要部署在省级网管中心，具体的物理设备有应用服务器、采集服务器、数据库服务器及配置服务器，通常情况下，地级网管中心采用分布式部署，而在省、地级网管中心的使用主要是借助管理终端，以此实现了远程访问。

2.基于硬件探针的大规模IP网络质量测量系统的设计研究

2.1 关键技术 首先，测量任务统一管理机制。此技术是指一个测量任务，包含多个测量连接，而一个测量连接包含两个PAA设备，在实际管理过程中，用户可利用测量任务及其采集周期及持续时间的设置与停用，以此实现对相关测量连接的系统管理、性能测量及便捷停用。PAA设备主要负责对测量连接各端所在网络的网络质量监测，具体的指标有单向与双向时延、单向与双向抖动及丢包率等。当一个PAA设备配置成功后，此设备则会对网络中的对端设备进行自动搜索，如果二者已经配置好，则会建立一条测量连接，如果二者未配置好，则会持续搜寻，直至找到对端设备。对于两个PAA设备而言，其通信模式主要有两种，第一种为二者在同一网络，则可借助设备端口直接传输信息，第二种为二者在不同网络，则可利用逻辑结构实现信息传输，不同的通信模式适应了不同网络结构的测量需求。

其次，网络质量拓扑展示机制。此技术的形式为拓扑图，以此让客观对网络分布、测量设备分布、测量连接分布等情况得到了直观的认识，同时利用图形化的方法，对网络关键性指标进行了显示。通常情况下，客户的IP网络拓扑主要是利用背景图片的方式实现的，将其放置在底层，并支持背景图片的添加、导出及替换等。在背景上，显示测量设备及测量连接的分布拓扑，并支持测量设备手工增加及拖拽调整等。同时，在拓扑上，拥有多样的关联功能，具体有设备操作、测量任务、查看警告等[2]。

最后，SLA映射机制。此技术主要是利用底层探针设备，从而实现了对被测网络性能指标的测量，在此基础上，获取了映射SLA指标的相关性能数据。此后，结合SLA指标的映射规则，对各个性能数据进行映射，使其成为SLA指标。在此基础上，系统将对IT基础设施展开定期的监控，以此掌握其性能，并保证其提交的服务均满足SLA的约定。

2.2 设计实现 在功能方面，系统架构主要包括三层，即：适配层、应用层及展示层，第一层为各类技术接口模块，系统借助此层，实现了与底层探针设备的通信；第二层主要是对核心业务进行逻辑处理，具体包括资源管理、网络质量测量及评价、报表管理等；第三层为GUI访问界面[3]。

在软件方面，系统架构主要是遵循MVC设计模式实现的，在此基础上，系统拥有以下三个层面，即：视图层、业务层及控制层，第一层的页面展示代码是由JSP与Ext JS技术进行编写而成；第二层又称数据持久化层，其持久化存储是借助MySQL数据库实现的；第三层属于系统的控制器，其主要作用为协调与调用其他两层间的代码。

在运行方面，在实际运行过程中，系统常见的功能模块有以下几部分，其一，网络测量，作为最关键的功能模块，实现了测量连接及任务的创建，同时对各性能指标的分析与对比，从而实现了实时监控；其二，质量评价，其具备网络质量评价的功能，如：网络评价拓扑、评价算法设置及SLA管理等，其三，资源管理，其所有的系统资源管理功能，满足了用户测量设备的功能需求，其三，报表管理及自身管理等，具体功能有报表生成、自定义报表、用户管理及权限管理等。

总结

综上所述，基于硬件探针的大规模IP网络质量测量系统，有效弥补了既有IP网络质量测量技术的不足，借助硬件探针，设计了大规模IP网络质量测量系统，本文分析了既有技术的不足、硬件探针的概况，并重点阐述了新系统的总体架构及关键技术等，相信，在日后实践中，通过对此系统的应用，将进一步提高网络质量测量的规范性、流程性与高效性。

参考文献

[1]沈成，刘会永.基于硬件探针的大规模IP网络质量测量系统设计与实现[J]. 软件，2013，12：46-50.

[2]董闯.基于硬件探针的网络流量监测研究与实现[D].北京邮电大学，2010.

省级IP网络设计 第3篇

随着互联网业务、数据业务的蓬勃发展, 对网络质量的倚重越来越强, 尤其是主流数据类业务如视频、IMS、LTE等, 对丢包、时延、抖动等网络服务质量的劣化十分敏感, 对网络传输质量要求相对较高。因此, 为保障此类业务的可用性指标, 需要及时监测、捕捉到网络质量的瞬间劣化, 并搜集相关故障定位信息。目前市场上各类IP网络链路监测方案中, 大部分只是监测链路是否畅通, 而对链路传输质量随机、瞬间出现的劣化现象则难以及时捕捉;尤其是在节点众多、通过汇聚交换机与核心路由器组成的两层或三层结构的网络中, 对任意两个接口之间的IP链路进行监控的场景下, 不能实时、直观地反映出质量劣化现象, 导致无法及时搜集到定位信息, 因而影响了用户感知体验。现有方案主要存在以下缺点:

(1) 只能在传输链路中断时定位故障 , 无法对短时间内出现的链路质量劣化现象进行监测定位。

(2) 缺乏基于全网判断链路质量劣化的方案。目前只能根据故障现象定位端口状态, 而对整个网络的链路质量如丢包、重传等无法统计。

(3) 故障联动定位困难。工作人员往往同时监控多套系统, 工作量大, 业务出现问题时无法准确获取到当时的网络详细信息并及时发现, 尤其是出现链路质量告警时故障点定位困难, 难以快速准确地排查故障。

(4) 可视监测能力缺乏。只能通过配置SNMP, 根据其上报的数通设备告警信息, 登陆目标设备查看分析后才能定位故障点;对于大型网络、网络节点多、链路复杂等情况, 很难直观呈现全网拓扑式链路。

如图1所示, 针对现有链路质量检测定位方案的缺点, 本文方案多适用于数据链路层, 部署后可对节点众多、通过汇聚交换机与核心路由器组成的两层或三层结构的网络实现链路监测和故障定位。通过对物理层、数据链路层和网络层设置测量统计相关参数, 在网管上根据端到端IP对应关系呈现真实业务路径的网络拓扑, 时间轮询统计远端测量点计数器变化;将远端测量点出现丢包变化的一条或多条链路进行加权累加算法后, 统计丢包权重最高的节点, 并在监控系统上可视化呈现;综合展现全网链路质量, 定位链路质量较差节点, 可视化呈现链路质量。同时, 将告警信息与告警经验库进行告警关联, 实现全网故障智能诊断, 可大大减轻监控人员的工作量, 帮助快速定位链路质量故障并提高修复速度。将错综复杂的承载网可视化后, 将极大方便网络维护人员对IP类故障、隐患的定位和处理, 迅速判断问题对业务的影响程度, 及时处理链路故障, 将链路质量原因产生的故障影响降至最低。

2 IP 网络链路质量监测定位方案

本文方案的核心思想是采用时间轮询方式配置IP网络链路质量统计方法, 根据加权累加算法得出全网链路丢包权重最高的节点, 并与网管相结合实现拓扑式全网链路质量的可视化查看。具体实现步骤如图2所示。

具体流程说明如下:

(1) 对物理层网络链路网元、数据链路层和网络层数通设备进行远端测量参数统计配置, 统计接口通信信道上的原始比特流质量信息。

(2) 通过对网元和数通设备设置网管接口机IP地址, 网管接口机统计、收集网元信息和网络链路质量信息, 网元和数通设备通过Remotesite测量统计项及SNMP协议将设备信息传给网管接口服务器。

(3) 网管接口机通过时间轮询方式统计链路信息。时间轮询方式存在多种方案选择, 一般设置为每节点每5分钟链路错误包增长超过400次, 每5分钟进行一次统计计数器重置统计, 网管接口机将收集信息统一提交网管数据库。

(4) 网管数据库通过整理信息 , 设定告警触发阈值和时间轮询值, 将整个网络链路信息在监控网管上可视化呈现。当出现链路质量故障时, 如某网元A丢包数快速增长, 网管系统就会通过traceroute和IP对应等方式确认网元的路由路径并记录。

(5) 按照链路质量规则和远端测量点的链路质量异常统计 (综合丢包、时延、抖动情况来确定) , 根据公式确定该链路上每个节点的加权值。节点故障权重比由公式 (1) 计算。

式中, Na、Nb、Nc、Nn分别为经过节点A、B、C、N的链路路径所包含的节点数目。

X为加权累加系数;接入层节点设备加权累加系数为1.2, 汇聚层节点设备加权累加系数为1.4, 骨干层节点设备加权累加系数为1.6。

对每个节点加权值进行累计, 丢包权重最高的节点判断为故障点。

(6) 网管系统通过获取网络路由信息 , 收集并记录每条路由经过的链路和节点。

(7) 根据IP地址对应关系编辑呈现网络拓扑 , 配置网络内各网元间的端到端链路对应关系。

(8) 对网络节点进行链路间丢弃包变化统计 , 判断IP链路质量。

(9) 监控人员根据监控网管故障信息定位故障并处理。链路异常问题解决后, 计数器清零重新统计, 网络拓扑呈现的异常告警自动清除。

(10) 网管数据库可从告警经验库中获取告警相关信息, 将告警标题在告警经验库中进行索引查询, 将告警产生原因、引发后果和处理建议进行关联, 通过网管系统可视化呈现全网络拓扑结构, 通过声光告警提醒监控人员, 并将关联后的告警内容在全网络拓扑结构视图中呈现。具体实现流程如图3所示。

3 加权累加实现原理

如图4所示, 当同一时间多个设备出现链路质量告警时, 网管通过traceroute、IP地址对应等方式分析、确认出现丢包问题的链路路径。假设经过网管分析, 同一时间有关联的链路1、链路2和链路3三条链路出现问题。链路1经过3个网络节点, 每个节点故障权重比例33%;链路2经过5个节点, 每个节点故障权重比例20%;链路3只经过1个节点, 节点故障权重比例为100% (只是假设, 现网中很少有只经过一个节点的链路) 。链路1、链路2和链路3都经过了节点1;链路2和链路3两条链路都经过了节点2。所以, 节点1的故障权重比例为链路1每节点权重比例+ 链路2每节点权重比例 + 链路3每节点权重比例=153%, 节点2的故障权重比例为链路1每节点权重比例 + 链路2每节点权重比例 =53%。将故障比例呈现在网管告警拓扑上, 工作人员根据可视化网络拓扑呈现的告警关联信息, 优先处理故障比例权重高的链路。故障修复后, 网管自动将链路告警消除, 同时进行下一轮链路监测。

4 实施效果

某运营企业部署IP网络链路质量监测定位方案后, 大幅度缩短了链路故障定位处理时长。例如, 处理因光路丢包引起的业务故障时, 能从可视化链路监控系统主动发现业务故障节点及故障原因, 直接进行处理, 3小时内即可修复故障, 比之前故障处理时间缩短了50%以上。

同时, 通过链路质量可视化呈现及告警经验库关联, 显著降低了网运人工成本。监控维护超过100台网络设备的大型网络, 监控人员由部署前的八人缩减至两人, 且可兼顾其他系统的监控。在故障处理方面, 只需一名普通网维人员根据告警建议酌情选择故障处理方式进行处理即可。

5 结束语

省级IP网络设计 第4篇

IPTV业务是一个全新的业务模式，它给消费者带来的是集信息、娱乐、学习、购物于一体网络享受，个人计算机、机顶盒+电视机或3G手机都可以作为IPTV业务的终端。从适合广大用户消费习惯和舒适度的角度考虑，机顶盒+电视机应该是未来的主流终端，本文讨论的是基于机顶盒的高清播放器设计。

随着16:9宽屏电视的逐渐普及，大多用户在使用大屏幕宽屏电视后发现视频画面并不像想象的那么清晰，无论是数字机顶盒还是DVD播放器，输出画面都存在清晰度不够和马赛克现象，远远没有在卖场演示的那么清晰，这主要是由视频节目源本身的质量造成的。当前DVD机、机顶盒的输出视频格式远远达不到全高清1080P，甚至连720P都无法达到，因此出现了大屏幕电视吃粗粮的现象。随着高清电视的推出，用户急需得到可以播放高清视频节目的播放设备。初期的蓝光播放器、HTPC等产品虽然可以达到播放要求，但无论是蓝光播放器片源的数量和质量还是HTPC的操作复杂度，都无法满足用户的需求，所以高清播放机应运而生。

高清播放机是兼具蓝光播放机和HTPC两者优点于一身的影音播放设备。它可以像HTPC一样支持网络高清文件播放，在操作时又和蓝光播放机一样简单，不需要用户进行复杂的设置。因此高清播放机成为很多用户家庭影院的首选。同时，MPEG-4、Div-X、Xivd、MOV、AVI、WMV9、WMV10、H.264等编码格式的高清视频文件广泛流行，针对上述高清视频文件解码播放的高清媒体播放机大有取代现有的DVD、EVD等产品的趋势。一般来说，高清媒体播放机可对分辨率高达1080p的视频进行解码播放，并支持MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4、AVI、WMV等视频格式及多种音频格式。其节目文件通常放置在内嵌大容量硬盘中，同时支持移动存储设备或局域网中的视频文件的解码播放。

2 高清播放技术

2.1 高清播放机的概念

所谓高清播放机，是指采用嵌入式的系统专用芯片，支持大多数高清编码技术和封装格式的解码，能够播放互联网下载的高清影片，类似于普通的DVD播放机的一种家用电器。由于可以通过在线播放、外接DVD光驱和蓝光光驱，高清播放机解决了制约蓝光普及的片源数量和成本问题，采用内置硬盘或外接存储介质，支持SD卡，具有多媒体接口（如HDIM、分量色差、光纤接口等）。

2.2 高清播放器主要功能

基于IPTV的高清播放机以面向用户家庭，是组建家庭影院的核心部件和替代DVD机、HTPC的新一代产品。在设计时应适应当前的视频流行趋势和硬件标准，达到基本功能（如图1所示）。

支持全高清播放

全高清 (FULL HD) 1080P：兼顾清晰度以及动态表现的要求，是HDTV的最高标准，蓝光碟片采用的就是这一分辨率，也是目前真正的高清播放机所具备的标准。目前很多播放器可以输出720P、1080i等格式，但不能全面满足高清欣赏的需求。

全格式解码

支持格式是非常关键的因素之一，目前高清片源众多、标准不一，如果要播放不同格式的高清影片，全格式（包括H.264、MKV、MPEG-1/2/4、DIVX、XVID、VC1、RMVB、BD-ISO等) 支持就是必备的前提。

内置存储

播放机的内存存储空间有限，通过外置硬盘可以扩展用户存储空间，将用户的视频、音频文件等在本地保存，为用户提供方便。

DTS环绕音效

DTS即Digital Theatre System（数字化影院系统）。DTS分左、中、右、左环绕、右环绕5个声道，加上低音声道组成5.1声道。目前几乎所有的5.1声道环绕声处理器都使用了DTS解码技术。1080P画质、加上DTS完美音效能够提供视觉与听觉的完美享受。

固件升级

高清播放机的应用还处于初级阶段。虽然硬件技术已经比较成熟，但软件还有进一步提升的空间，高清播放机的兼容性、扩展性可以通过固件升级来实现。

支持外挂DVD、蓝光光驱

作为未来的家庭影院播放中心，高清播放机除了需要支持H.264、MKV、MPEG-1/2/4、DIVX、XVID、VC1、RMVB、BD-ISO等全格式解码以外, 还需要兼容其他片源。因此, 是否支持外挂DVD光驱和蓝光光驱是非常重要的一个指标。

2.3 技术发展现状

高清播放机刚刚出现时采用的是内置普通DVD光驱设计，但这种设计很快就被使用更简单方便、成本也更低的内置硬盘设计所取代。目前我们能够看到的高清播放机，除了支持内接硬盘外，一般还支持USB外置设备SD存储卡读取播放等。2008年以来，高清播放机产品的市场不断升温，联想、海信、长虹、创维等厂商分别加入这一阵营。目前高清播放器的价格比蓝光播放机和HTPC都要低，其发展趋势如图2所示。

更重要的是，高清播放机的使用也非常简单。我们只需通过电脑下载到高清视频节目（有些高清播放机还可以支持直接从网络下载），输入到高清播放机的硬盘中，然后根据菜单提示通过遥控器操作播放即可。高清播放机的操作并不像HTPC那样需要自己安装相应的播放器、解码器及进行相应的优化设置等。

3 高清播放机系统设计

3.1 方案分类

高端高清播放机的首选是Sigma 8634/8635，其主频为300MHz。方案支持H.264、VC-1等几乎所有编码格式和封装格式，播放速度流畅；支持DTS、DTS-HD、Dobly、Dobly-HD等源码输出，支持解码输出，支持次世代功放；拥有强大的网络功能，不仅支持共享局域网，还支持外插USB口的WiFi无线网卡。这个方案的缺点是不支持RM/RMVB格式的电影，同时还存在开机比较慢的问题。

Realtek1073是目前的主流技术方案，其主频为400MHz。台湾瑞昱的芯片名气不小，声卡、网卡都能见到它的身影。它推出的RTD1073解码芯片，性能强大，最大特点是兼容几乎所有视频格式；编码格式包括H.264、VC-1、MPEG-1/2/4、Divx/Xvid、RM/RMVB，封装格式包括MKV、ts、m2ts、mts、tp、wmv、ifo、VOB、ISO、dat、avi、mpg、mp4、mov、divx、xvid、rm、rmvb等，其中rmvb格式支持720P，其他高清格式支持1080P；具有强大的网络功能，支持DTS、Dobly AC3解码输出，能实现DTS和Dobly AC3的源码输出，支持多种格式解码，开机速度快（一般十几秒）。这个方案的缺点是发热高，画面质量稍稍逊于8635（小屏幕上几乎看不出区别，通过投影仪能看出8635画质稍好），音频解码输出的效果稍逊于8635方案，不支持DTS-HD、DoblyTrueHD这2种次世代音频的源码输出，不能支持BD光盘内嵌PGS字幕，外挂字幕不能支持颜色、边框、位置等调整功能（这些功能8635都具备），没有书签功能（这个功能8635也具备）。此外，这个方案没有开放源代码，所以固件升级很慢，这点要逊色于8635，要知道同样的芯片，固件不一样，使用感受也会有所不同。

廉价的解码方案是Mastar 6M68。台湾“晨星”公司推出的6M68方案支持绝大部分编码格式和封装格式，其突出优点是播放器价格便宜，在价格和市场方面很有竞争力。但该方案不支持VC1/WMV-HD编码格式，也不支持DTS解码输出，只能外接DTS解码器来解决，目前有少数厂商通过内置DTS解码电路解决了这个问题。此外，该方案不支持网络功能，只能读取内置/外接硬盘或存储卡上的内容。可以看出，该方案的劣势并不明显，毕竟目前VC-1格式的片源一般都能以H.264格式的片源来取代，而声音一般高清电影都有多种音轨，除了DTS，一般还有Dobly AC3和LPCM音轨可用。

上述三种芯片方案的功能比较见表1。

3.2 软件系统

本节以Realtek1073 (Rtd 1073）为例介绍高清播放机的软件系统。在软件系统的实现方面，Rtd 1073支持Linux、WinCE等操作系统。IPTV机顶盒的RTOS一般存储在FLASH ROM，通过引导启动机顶盒，要求能够在启动时对系统部分硬件进行检测，同时提供各种硬件的驱动。Linux系统由于其体积小、可裁减、运行速度高和网络性能良好，在多种嵌入式平台获得了广泛应用。Rtd 1073系统采用Linux2.6内核来实现。播放器中的软件系统架构如图3所示。

一个完整的嵌入式Linux系统通常包括Bootloader、内核、文件系统三部分，主板上电后由Bootloader程序初始化硬件，引导内核和文件系统来启动Linux。Rtd 1073中使用Rtd1073＿boot＿loader＿2.8.0.1.tar.bz2，并对zboot和yamon (MIPS公司开发的标准Bootloader）编译后形成完整的bootloader。其中zboot用于引导系统，yamon做linux启动前的设置监视工具。使用Rtd 107x＿rootfs＿2.8.0.1.tar.bz2，编译rootfs形成根文件系统。使用linux-2.6.15.tar.gz，通过对zbimage-linux-xrpc, kernelsource-2.6.15等的编译形成其内核。为了保证长时间连续流畅的播放，应使缓冲区始终处于半充满状态，这样播放器就能将从流媒体服务器上获得的音视频数据源源不断的解码播放。

为了便于网络共享文件的播放，系统还增加了UpnpAV6 (Universal Plug and Play, 通用即插即用协议) 、ftp、Samba、NFS及Bit Torrent等应用软件。启动Up npAV后, 播放机能侦测到本局域网上所有支持UpnpAV协议的媒体服务器, 用户可以播放这些服务器中的多媒体文件。播放机默认使用N F S和Samba来播放网络共享文件。支持FTP的使用, 可通过计算机来管理播放机内置硬盘。

3.3 Realtek1073芯片的硬件设计

Realtek1073是Realtek公司设计的功能强大的高性价比的高清SoC (System on Chip）芯片，该芯片包含了一块400MHz MIPS CPU，一个200MHz的安全处理器，支持内容安全管理，支持高速AES、DES、triple-DES、RC4、CSS、DVB-CSA及Multi-2；内存带宽为64bit，支持512MB的DDR，支持256MB的闪存扩展；两个HD视频解码RISC，可以同时解码两路高清，能解码H.264 (AVC) 、VC-1和MPEG-2等信源节目；两路300MHz音频DSP处理器，提供扩展的音频解码功能，包含杜比数字式、WMA、WMA Pro、AAC、MPEG音频层I、II和III (MP3) 及其它音频标准；1个解复用传输RISC提供ISO 7816 CableCARD/DVB-CI接入；视频输出提供CVBS、模拟RGB/YPbPr、HDMI；音频输出提供ch I2S；内置以太网、USB支持等。

播放机以Realtek1073芯片为核心，还包括面板显示与输入处理、内置硬盘、无线网卡、10/100M以太网、USB、DRAM、Flash、音视频输出等模块，播放器的硬件设计框图如图4所示。

面板显示与输入处理模块负责提供前端面板显示、按键与遥控输入信号的处理。面板显示采用7位VFD（真空荧光显示屏），驱动芯片可以采用谱诚PT6311-LQ，该模块采用四个按键的独立式键盘，提供播放/暂停、停止、上个节目、下个节目等功能按键。HDD为IDE内置硬盘用于存放高清节目文件或音频、图片文件及部分系统应用程序。以太网模块采用Realtek RTL8201CP芯片提供10/100M自适应连接。USB模块提供2个USB2.0端口。DDR DRAM采用4个Hynix HY5DU121622CTP-D43颗粒，提供系统所需256MB内存。Flash采用32MB的SpanSion S29GL256N10TF101芯片，用于存储系统固件。音视频输出模块提供复合视频输出/分量色差端子、HDMI 1.3、双声道立体音等输出。

4 结束语

经实际验证，该方案可流畅播放M PEG-1、M PEG-2、MPEG-4、WMV9、AVI、XviD、TS、TP、MPG、VOB、H.264、VC1、MOV、MP4、MKV等格式文件, 对码率在20 Mb以上的MPEG-4 (H.264) 的高清视频可通过以太网实时播放, 输出格式达到1080p。另外本播放器还支持播放MP3、WMA、AAC、AC-3等音频文件和JPEG、GIF、Bitmap、PNG等格式的图片文件。

此外，Realtek1073芯片完全支持蓝光，可加入蓝光光驱，成为蓝光播放机。为方便家庭联网使用，也可封装闪联协议，成为支持闪联的高清播放机。随着高清片源的日益丰富，相信高清媒体播放机将进一步普及，成为新型信息家电的首选。

摘要：IPTV业务给消费者带来了新的业务体验, 个人计算机、机顶盒或手机都可以作为IPTV业务的终端, 而基于机顶盒的高清播放器应该是未来的主流终端。本文给出一种高清播放器的设计思路和方案。

关键词：IPTV全高清1080P,高清播放机,Realtek1073

参考文献

[1]季伟, 葛振斌, 何青等.IPTV关键技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2007.7.

省级IP网络设计 第5篇

1 IP多播技术

“多播”亦称“多点传送”(Multicasting),是一种将数据从一个成员送出,然后传输给其他多个成员的通信技术。“广播”(Broadcasting)是指将数据发送给网络中的所有站点。最开始的时候,设计多播技术的目的是弥补广播通信的不足。假如过度使用广播技术,极易造成网络带宽的大幅占用,影响整个网络的通信效率。多播通信则不同。采用多播方式,发送站点向IP多播地址发送数据,网络中与该地址相关的接收站点都可以接收到数据,无关站点将不接收这些数据,因而可有效的减轻网络通信负担,避免资源浪费。

IP多播地址是D类IP地址,介于224.0.0.0与239.255.255.255之间,其中224.0.0.0与240.0.0.255之间的地址是为路由协议以及其他低级拓扑查找与维护协议保留的,用户不可使用。

多播通信包括控制层面与数据层面,控制层面规定了组成员如何组织起来,数据层面规定数据如何在组成员之间传送。IP多播在控制层面与数据层面上都是无根的,组中成员在位置上和数量上都没有限制,任何成员可随时加入或脱离多播组,组成员数目与网络拓扑可动态变化,而且一个多播组可以在一个物理网络上,也可以跨越多个物理网络。网络中的任何节点如果只打算向某个多播组发送数据,则不必加入该多播组,但如果打算从某个多播组接收数据,则必须先要加入该多播组。

为了实现IP多播传输,多播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持多播,主要包括以下几个方面:主机的操作系统支持发送和接收IP多播;主机的网络接口支持IP多播;有1套用于加入、离开、查询的组管理协议,即IGMP;有1套IP地址分配策略,并能将第3层IP多播地址映射到第2层MAC地址;所有介于多播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、TCP/IP栈、防火墙均需支持IP多播。

2 Winsock对IP多播的实现

对于Win32平台,Socket是实现网络通信的基本构件,Windows应用程序可以通过Winsock访问IP协议来提供对IP多播通信的支持。Windows Socket API是Microsoft Windows的网络程序设计接口,Windows Socket规范定义并记录了如何使用API与互联网协议簇连接,支持流套接字和数据报套接字。应用程序调用Windows Socket API实现相互之间的通信,Windows Socket又利用下层的网络通信协议功能和操作系统调用实现实际的通信工作。

Winsock包括Winsock1和Winsock2两种类型,每一种类型都定义了一组应用程序IP多播接口函数,在实际的编程应用中,可通过Winsock提供的一系列应用程序接口来实现IP多播。在Winsock2(网络通信部件采用Winsock2设计)中通过使用WSAJoin Leaf()函数实现多播组成员的加入,根据WSAJoin Leaf()返回的句柄调用closesocket()函数实现相应的多播组成员的脱离。实现IP多播,对于接收端关键是加入一个多播组,发送端向这个多播地址发送数据。

3 基于IP多播技术的网络通信部件的设计与实现

基于IP多播技术的网络通信部件采用C++Builder面向对象的可视化设计方法,利用Winsock2 API完成对网络的具体操作。为了能同时接收多路数据,在部件的设计上采用了线程的技术,即创建一个接收线程专用于接收数据。

网络通信部件的属性设计如表1所示。

网络通信部件的方法设计如表2所示。

网络通信部件的事件设计如表3所示。

网络通信部件在发送数据条件满足时(例如:定时时间到或发送缓冲区已放满),使用MCASTSend函数向属性FSend MCASTAD-DR所设置的多播组地址发送数据;也可以使用IPSend函数向属性FRemote IPAddr所设置的IP地址发送数据。

结束语

利用IP多播技术设计的网络通信部件可以方便高效的实现多点远程数据传输和监控。笔者在开发某天线工程控制软件的监控系统中,调用该部件实现了两路IP多播组同时进行数据传输和监控,并在实际应用中效果良好。

摘要：本文介绍了IP多播技术以及它在Winsock中的实现,并阐述了利用IP多播技术设计和实现网络通信部件的思想和方法。

关键词：IP多播技术,Winsock,网络通信部件

参考文献

省级IP网络设计 第6篇

传统监控系统通过流媒体服务器进行视频的转发来解决多路查看, 但是每次视频流分发通过流媒体服务器之后, 都会增加几百毫秒的延时。大系统需要的流媒体服务器也就越大, 这就出现了设备管理、均衡负载等问题, 同时流媒体服务器巨大的视频分发压力使其性能大打折扣[2]。在存储方面, 传统监控系统采用DVR的PC级硬盘进行数据存储, 大码流的视频数据不间断读写会导致硬盘故障率变高, 可靠性差; 而且硬盘可扩展性能差不利于数据备份和数据量扩容[3]。数据管理方面, 传统监控方案在编解码、传输、存储、网络至少需要集成三到四个厂家的产品, 很难做到统一管理, 一旦丢失摄像头信号故障定位非常困难[3]。

当前, 城域范围内的监控规模不断扩大, 对视频监控系统的要求也在不断提高[4]。本文将IP网络、IP视频应用及IP SAN存储技术与视频监控系统进行了融合, 并提出了一种IP智能监控系统 ( IP Video Surveillance) , 依靠成熟的IP技术, 能弥补传统系统的上述不足, 更能迎合市场的性能需求, 特别是大范围的监控系统。

1 IP网络智能监控系统的构成

1. 1 系统组网

该系统主要由以下部分组成: 视频监控管理服务器VM Server、数据管理服务器DM Server、监控终端、客户端软件VC、IP-SAN网络存储设备和EPON无源光网络设备等[5]; 各个部分之间可以实现分散部署和统一管理, 系统组成如图1所示。

从图中可以看出系统组成在分布上和传统视频监控类似, 监控终端进行数据采集, 将数据通过IP网进行传输给控制管理服务器进行处理转换, 通过IP网的SAN进行储存, 在现实终端进行视频显示。

1. 2 工作原理

系统各个组成部分通过IP网络有机地融合为一体, 实现了更有效更快捷的视频监控效果。首先视频源完成视频和音频信号的采集工作, 视频源的类型很多, 有球形摄像机、枪型摄像机、高速智能球机等。视频信号被传输给监控终端进行数据信号的编码, 比传统系统优化的地方是在这里还可以进行i SCSI存储和网络接入[6]。信号被打包成IP数据包传送给IP网中, 在这里不仅能传输数据还能进行视频流的交换。本文对传输部分进行了组播支持优化和安全策略的设计, 使信号能够完整快速地传递给控制管理中心服务器, 实现了视频交换的流畅性和安全性。

数据流到达控制管理中心服务器后就相当于数据进入了大脑, 通过VM服务器可以实现对任何一个终端的管理、调度、控制及编码解码控制, 通过DM服务器可以实现对大量数据的存储管理、动态分配、查询资源、存储状态报警等功能。

本文设计的智能监控系统的数据存储是通过IP SAN存储, 可以实现视频数据的点播和下载, 所有功能都能通过DM服务器管理。系统最后的部分是显示, 不仅能像传统系统那样通过电视墙等媒体终端显示, 还能通过IP组播的形式进行数字化解码在调音台等设备上输出。图2 为该IP智能监控系统的组网拓扑结构图。

2 基于IP网络智能监控系统的实现

基于IP网络智能监控系统利用了NGN控制与交换互相分离的思想, 将IP网络、视频传输及SAN存储技术进行了有机的综合。系统不仅能完成传统系统的视频监控的功能, 还能实现视频回放、SAN存储等智能化功能, 使视频监控系统技术更能满足用户的需要。主要功能实现流图如图3所示。

系统实现视频监控实时监控, 要在VC终端上进行视频监控实时监控的命令下达, EC接收到经过VM服务器的控制指令后, 进行视频流的传输。本系统中视频流传输是以IP组播的形式进行的区别于传统系统。用户将输出终端加到想要监控的组中就可以实时地查看该组播的监控画面了。通过IP组播可以节省整个系统中的网络带宽。同时, 视频监控数据的存储可以在DM服务器中事先设定, 并将设定的计划发放给SAN存储器, 通过TCP/IP i SCSI就可以实现将需要存储的数据进行自动快速地存储。

3 IP智能监控系统的评价

IP智能监控系统将传统的视频切换矩阵变成了IP网络, 简化了系统构造, 将指令控制和视频流处理互相分离, 使视频服务器性能瓶颈得到了有效地回避, 使系统更稳当、更可靠; 融入了组播等优化设计, 系统进行编码的同时可以实现全网络终端数据的交换, 使视频监控画面质量更高、实时性更强、响应时间更短; SAN存储技术使视频监控数据的存储更快、管理更集中并且存储性能可扩展; 更能适应当前市场对视频监控系统的视频画面质量高、实时性好、查询历史视频速度快等性能的需求。

传统系统虽然也能完成实时监控画面的显示等功能, 但是每次查看用户的数量有限, 监控画面模糊、质量差, 没有起到视频监控拍摄有利信息的效果, 而且查询历史记录时间较长, 往往耽搁了最佳查询时间[7]。

本系统与传统视频监控系统功能和性能比较如表1所示。

4 结论

本文将视频设备、IP网络及监控视频软件有机地整合为一体, 设计了基于IP网络的组播智能监控系统, 引入了IP组播进行视频分发, 解决多路查看的问题, 提高了编码效率。该系统应用了最新的网络传输与存储技术, 采用IP网中的分布式概念和组播管理方式来实现IP监控的控制和管理, 优化了数据管理模式。系统试运行效果良好, 能够保证监控图像的跨域查看响应时间在300 ms以内, 并且存储速度快, 视频监控画面清晰质量高, 能够满足专业监控的需求。

摘要：将视频设备、IP网络及监控视频软件有机地整合为一体, 设计了基于IP网络的组播智能监控系统, 引入了IP组播方式进行视频分发, 解决多路查看的问题, 提高了编码效率。该系统应用了最新的网络传输与存储技术, 采用IP网中的分布式概念来实现IP监控的控制和管理, 优化了数据管理模式。

关键词：IP网络,视频监控,数据传输

参考文献

[1]李威, 田联房, 李向阳.嵌入式网络视频监控系统的硬件设计与实现[J].微计算机信息, 2012 (8) :69-70.

[2]蒋玉峰.安防企业进入IP视频监控时代[J].中国公共安全 (综合版) , 2014 (8) :70-72.

[3]余梦璐.安防视频监控系统概述[J].长江大学学报 (自然科学版) 理工卷, 2013 (2) :296-297.

[4]RAO Yuan, WANG Ruchuan.Qo S Routing Based on Mobile Agent for LEO Satellite IP Networks[J].The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications, 2012 (6) :57-63.

[5]李刚健.基于IP网络远程监控系统的设计与实现[J].微计算机信息, 2014 (14) :57-59.

[6]吴静, 郭成城, 晏蒲柳.IP网络生存性研究综述[J].计算机科学, 2013 (5) :8-13.

省级IP网络设计 第7篇

关键词：单片机,TCP/IP,嵌入式,以太网

1 引言

单片机已经渗透到我们生活的各个领域, 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置, 飞机上各种仪表的控制, 计算机的网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和数据处理等等。当今单片机厂商琳琅满目, 产品性能各异。常用的单片机有很多种:Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、Cygnal系列、台湾Winbond (华邦) W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列等。本设计选用Cygnal系列的80C52单片机, 与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容。

2 硬件总体设计

整个设计需要的主要元件有:Cygnal 80C52单片机, RTL8019AS芯片, 74HC573锁存器, MAX232串行通信器, 32KB RAM 62256存储器, 20F001网络变压器, 93C46, RJ-45水晶头等, 原理框图如图1所示。

80C52单片机作为整个嵌入式系统的实时控制核心, 用RTL8019AS作网络控制, 采用74HC573进行数据保存, 使用62256进行内存扩展, 选择20F001作为隔离滤波器件, MAX232进行串行通信。用80C52单片机控制RTL8019AS实现以太网结点通讯的功能。三、单片机与以太网的RTL8019AS设计

RTL8019AS内部可分为远程DMA接口、本地DMA接口、MAC (介质访问控制) 逻辑、数据编码解码逻辑和其他端口。内部结构如图2所示。

2.1 内部RAM地址空间分配

RTL8019AS内部有两块RAM区。一块16K字节, 地址为0x4000～0x7fff;一块32字节, 地址为0x0000～0x001f。RAM按页存储, 每256字节为一页。一般将RAM的前12页 (即0x4000～0x4bff) 存储区作为发送缓冲区, 后52页 (即0x4c00～0x7fff) 存储区作为接收缓冲区。第0页只有32字节, 地址为0x0000～0x001f, 用于存储以太网物理地址。

2.2 I/O地址分配

RTL8019AS具有32位输入输出地址, 地址偏移量为00H～1FH。其中00H～0FH共16个地址, 为寄存器地址。寄存器分为4页:PAGE0、PAGE1、PAGE2、PAGE3, 由RTL8019AS的CR (命令寄存器) 中的PS1、PS0位来决定要访问的页。但与NE2000兼容的寄存器只有前3页, PAGE3是RTL8019AS自己定义的, 对于其他兼容NE2000的芯片如DM9008无效。远程DMA地址包括10H～17H, 都可以用来做远程DMA端口, 只要用其中的一个就可以了。复位端口包括18H～1FH共8个地址, 功能一样, 用于RTL8019AS复位。

2.3 RTL8019AS接口电路

如图3所示, RTL8019AS的硬件连接主要涉及到三个部分:第一, 工作模式及相关配置。第二, 与MCU的连接。第三, 传输介质的连接。RTL8019AS的总线接口是与ISA总线兼容的, 也就是说, 与单片机能够直接相连。

用到的主要芯片有80C52、RTL8019AS、93C46 (64×16bit的EEPROM) 、74HC573 (8位锁存) 、62256 (32K字节的RAM) 。为分配好地址空间, 采用对93C46进行读 (或写) 操作来设置RTL8019AS的端口I/O基地址和以太网物理地址。

如图4所示, 93C46是采用4线SPI串行接口的Serial EEPROM, 容量为1Kbit (64×16bit) , 主要保存RTL8019AS的配置信息。00H～03H的地址空间用于存储RTL8019AS内配置寄存器CONFIG1～4的上电初始化值;地址04H～11H存储网络节点地址即物理地址;地址12H～7FH内存储即插即用的配置信息。RTL8019AS通过引脚EECS、EESK、EEDI控制93C46的CS、SK、DI引脚, 通过EEDO接收93C46的DO引脚的状态。RTL8019AS复位后读取93C46的内容并设置内部寄存器的值, 如果93C46中内容不正确, RTL8019AS就无法正常工作。先通过编程器如ALL07把配置好的数据写入93C46, 再焊入电路。

对93C46进行数据配置:数据00H写入93C46的地址00H内;93C46地址04H～0AH中存放的是物理地址, 可以写入设置所需的物理地址值, 或不修改, 采用原始值为物理地址。通过编程器读出04H～0AH的原始值为52544CC59906, 即所采用的物理地址。

这样, RTL8019AS复位后读取93C46中配置好的内容, 对应设置配置寄存器CONFIG1的值为00H, CONFIG1的低4位IOS3～0用于选择I/O基地址。IOS3～0设置值均为0时, RTL8019AS选择的端口I/O基地址为300H。

RTL8019AS的地址为20位, 那么用到RTL8019AS的地址空间为00300H～0031FH, 用二进制表示00300H～0031FH。RTL8019 AS的20根地址线SA0～SA19。

通过ADDR15、I/OW、I/OR来划分RTL8019AS和62256的地址空间。ADDR15接62256的CE脚, 低电平时选择62256;高电平时选择RTL8019AS的地址空间, 80C52单片机的地址为16位。定义reg00～reg1f来对应端口00300H～0031FH。

用10BASE-T布线标准通过双绞线进行以太网通讯, 而RTL8019AS内置了10BASE-T收发器, 所以网络接口的电路比较简单。外接一个隔离LPF滤波器0132, TPIN±为接收线, TPOUT±为发送线, 经隔离后分别与RJ-45接口的RX±、TX±端相连。

时钟电路通过T1、T2接口一个20MHz晶振以及2个电容, 实现全双工方式。

LED0、LED1、LED2各接一发光二极管以反映通讯状态:LED0表示LED_COL, 即通讯有冲突;LED1表示LED_RX, 即接收到网上的信息包;LED2表示LED_TX, 即发送本机信息包。

3 网络隔离电路

除了通讯所需I/O数字滤波器和隔离变换器外, RTL8019AS内部拥有进行基于10BaseT的数据收发功能所需的数字和模拟电路。因此, 一个外部的网络隔离变压器对于绞线接口与RTL8019AS是必须的。选择20F001作为隔离滤波器件, 它起的主要作用是:隔直流通交流, 避免双绞线上的直流电平干扰网卡芯片 (RTL8019AS) 的工作点;同时, 利用变压器自身的通频带限制高频干扰。它在一块网卡上所起的作用主要有传输数据和隔离连接不同网络设备间的不同电平, 以防止不同电压通过网线传输损坏设备。电路图如图5所示。

4 MAX232串行通信电路

本设计涉及串行通信方式:RS—232。针对RS-232串口电平转换电路, 采用MAXIM公司的MAX232芯片。它是日本MAX公司为为串行口Rs-232生产的专用芯片。在单5V供电条件下, 将0/5V (TTL电平}转换为+10V/-1OV (RS232电平) , +10-10V (RS232电平) 转换为0/5V (TTL电平) 。 能直接替代传统的接口芯片MCl488和MC1489 , 并省去±12V电源 , 使用极为方便。串行接口电路如图6所示。

PCRXD和PCTXD是RS-232电平, 为标准串口电平。数据可以从串口输入到单片机, 单片机再把数据送到网卡传出去。

5 接收数据

当有数据从RJ-45过来, 网卡芯片产生外部中断, 请求单片机进行处理。单片机芯片对数据报进行分析, 如果是ARP (物理地址解析) 数据包, 则程序转入ARP处理程序。如果是IP数据包则进一步判断是哪个协议向IP传送数据。如果是ICMP协议, 判断是否为Ping请求, 是则应答, 不是丢弃该数据包;如果是TCP或UDP协议, 且端口正确则按相应的协议处理数据, 端口不正确丢弃数据包。接收数据框图如图7所示。

6 发送数据

在单片机内部, 程序完成对数据的打包解包。系统复位后, 系统首先发送ARP请求, 建立地址映射, 并内部中断进行定时更新。单片机芯片根据情况将采集或收集到的数据按照TCP协议或UDP协议格式打包, 送入网卡芯片, 由网卡芯片将数据输出到局域网中。89C52将调用UDP或TCP打包程序来封装数据并送入RTL8091AS的缓存中去。将待发送的数据按帧格式封装, 通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区, 然后发出传送命令, 完成帧的发送。需要设置以太网目的地址、以太网源地址、协议类型, 再按所设置的协议类型来设置数据段。之后启动远程DMA, 数据写入RTL8019AS的RAM, 再启动本地DMA, 将数据发送网上。发送数据流程图如8所示。

RTL80AS19接收到的数据通过MAC比较、CRC校验后, 由FIFO存到接收缓冲区;收满一帧后, 以中断或寄存器标志的方式通知主处理器。FIFO逻辑对收发数据作16字节的缓冲, 以减少对本地DMA请求的频率RTL8019AS无法将整个数据包通过DMA通道一次存入FIFO, 则在构成一个新的数据包之前必须先等待前一数据包发送完成。为提高发送效率, 设计将12页的发送缓存区分为两个6页的发送缓存区, 一个用于数据包发送, 另一个用于构造端的数据包, 交替使用。

参考文献

省级IP网络设计 第8篇

本文是对AVCON IP视频监控在普通电信网络基础上,研究并实现先进的视频监控与多媒体数据交互功能的应用。根据市场需求,通过本系统,可建立基于软件模式可即时扩展的IP网络数字视频监控网并可实现多点实时远程视频监控。

1 传统视频监控的主要问题

基于监控室的传统视频监控解决方案中包含硬件视频监控和软件视频监控两大解决方案。硬件解决方案中最大的缺憾是需要固定的线路和固定的监控地点,并且依赖于昂贵的硬件投资。因此对于大范围视频监控,无论是基础建设还是监控点扩充都存在很大的局限性,并且缺乏管理的灵活性。在一些软件解决方案中多点控制单元(MCU)多采用软件方式设计,用以实现多点信息交换的功能,而对于MCU中多点媒体控制(MC)和多点媒体处理(MP)而言,带宽和服务器系统的限制是所有软件解决方案中难以克服的瓶颈,直接影响服务系统的稳定、视频图像的质量以及监控点的容量。

视频监控整体结构的合理性也影响着视频监控的效果,对于大多数视频监控中的数据交换瓶颈往往是由于实际与会者的分布状况造成的,而单纯从带宽瓶颈上着手解决的方案不会获得太大的效果。另外,为保护用户在以往硬件设备中的投资,或者为今后的系统扩展,视频监控的兼容性也显得尤其重要。如果不具备标准协议支持,一些视频监控就不能很好的和硬件兼容,和其它视频监控系统兼容。

2 AVCON视频监控的关键技术

AVCON网络视频监控系统是基于Internet、支持实时流式传输、播放和交互的流媒体应用系统。

2.1 分布式多级智能中转技术

路由式软MCU解决多路音视频的分发控制,MCU可以分布在不同域,支持多级级联,功能上将上行和下行媒体服务器分开,可以并存同一服务器,也可以是不同服务器,这样使得系统具有很好的延展性。根据路由算法自动选择最优路径中转媒体流。MCU支持系统容错,当MCU发生故障或媒体流使用超过限制,系统可以将MCU媒体流自动转发到其他可用MCU。

2.2 扩展模块控制协议

控制协议保证数据在传输过程中的安全、快速、有序和高可靠性。该协议以网络传输控制协议和数据包控制协议为基础,定义了应用层会话初始协议。扩展模块控制协议专门为网络视频监控的数据交互而设计,通过数据传输可靠性验证UDP协议保证数据的稳定和高速传输。在今后的数据传输方案中,将采用下行组播、上行单播的方式,进一步增强系统容量。

2.3 音视频编码、传输技术

系统利用MPEG-4的优势,从MPEG-4数据编解码和数据包的组包传输等方面进一步优化处理。提供高达1920*1024的超高分辨率(四路合并),色彩深度达到32bit,对传输速率要求较低,图像压缩传输码流带宽可在20K-6M选择。网络视频窗口的帧率能到30帧每秒,MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术、数据压缩,以求用最少的数据获得最佳的图像质量。音频支持GSM6.10音频标准和其他通用音频标准,支持多路混音技术,确保实现视音频同步,容易辨识不同发言对象的声音特征,真正达到了逼真效果。另外,通过对音频流的智能修包纠错,使得连续3个数据包都可在300ms内得以修复(音频延时<=300ms),保证声音连续、不破碎。系统采用MMX优化指令对H.263视频解码进行后置处理,提高视频图像的输出品质。支持MS DirectX 8.1网络视频采集技术,实现了极高效率网络视频活动网络视频的捕捉和采集,使该系统拥有较低的开销并可提供更高的服务效率。同时支持UDP和TCP两种传输模式。

2.4 自适应速率调整策略

用软件算法预测出下一时刻的有效带宽后,采用自适应速率调整机制,根据目标传输速率调整视频比特流的实际输出速率,使之与带宽相匹配。使用的控制策略为:在用户可用带宽比较低的情况下,只发送MPEG4视频流的I帧,这样可以尽量减少网络拥塞的发生,同时使用户得到可以接受的图像质量。当可用带宽有所增加时,逐渐增加发送P帧的个数,这样可以充分使用网络带宽,并提高视频质量。对于B帧则不进行发送。发送过程中的速率控制流程如图一所示,以当前发送帧速率为基础,在每个I帧后多发送一个P帧(直到发送完全部视频帧为止);当带宽减小时,在每个I帧后少发送一个P帧(直到只发送I帧为止)。在实际的控制转发速率过程中,可以根据当的网络状况先计算得到一个合适的初始发送帧数,然后按照图一所示来完成发送帧速率控制。如图1。

3 系统组成与实施方案

3.1 系统组成

如图2所示,AVCON视频监控系统由三部分组成:

控制中心:完成组织监控通道及通道控制功能;完成网站服务更新、系统维护、权限设置功能等。

多点音视频分发控制单元(MCU):完成多路音视频的分发控制,支持多个级联。

信号采集端:采集视频信号,通过四路采集卡或8路采集卡可以接多路视频信号。

客户端:同时可收看多路视频信号。

3.2 实施方案

AVCON网络视频监控系统的实施方案主要包含四个方面的内容:硬件设备配置、系统软件平台、应用软件部署、网络带宽资源需求。

3.2.1 应用软件系统

AVCON网络视频监控系统示,包含管理中心(用户部门管理、权限及资源分配、会议控制)、转播代理服务(MCU)、认证服务以及数据库系统。转播代理服务模块可以分布在许多网络节点上,相互进行实时视、音频和数据流的交换、转播。其智能流技术保证使网络上的流数量和带宽降到最低。

3.2.2 系统软件平台

根据应用软件的部署模式,中心服务器细分为中心管理服务器、数据库服务器。管理服务器提供视频监控中心控制服务和Web服务;为分担中心管理服务器的负载,数据库服务器可采用独立服务器提供数据服务,也为今后数据的扩展(分布式存储、并行服务、双机备份与容错等)提供条件。认证服务器单独部署有利于减轻中心认证的负载,而且可以将认证服务布置在任何分中心或主节点。甚至可和MCU服务器并行,如表1。

3.2.3 硬件设备配置

硬件设备的数量要求需要根据系统的应用环境确定,如果不计算分节点(多机构)的情况,采用简单多用户并发计算如表2。

3.2.4 网络带宽资源

网络带宽资源需要根据具体网络结构计算,表3只是网络资源的基本要求。

4 结束语

利用本监控产品对远端现场的图像声音及其它数据实时监控,具体方式:把前端采集的视/音频信号编码成MPEG-4格式,通过互联网或内联网,传输到监控中心,在中心对数据进行适当处理,使得到授权的用户可以通过网络查看监控对象。因为某些情况需要24小时监控,对设备稳定性要求较高,应选择较稳定的前端采集卡。

参考文献

[1]Zhang Q,Zhu W,Zhang Y.Network2adaptive Rate Control with TCP2Friendly Protocol for Multiple Video Objects[C].IEEE International Conference on Multi2media and Expo(ICME),New York,2000.

[2]Yee J R,Weldon E J.Evaluation of the performance of error correcting codes on a Gilbert channel[J].IEEE Trans.Comm,1995,43(8):231622323.

[3]王海波,李宾,李晓飞.嵌入式MPEG-2远程网络视频监控系统的实现[J].电子工程师,2003(3):31-34.