IEEE 1394標準的網(wǎng)絡(luò )應用研究

摘 要： 本文概括了IEEE 1394標準的主要特點(diǎn)，闡述了基于IEEE 1394標準的網(wǎng)絡(luò )架構、連接方式及傳輸模式，提出了一種IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，并且討論了IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和局限性，指出了這種標準在網(wǎng)絡(luò )中的應用前景。

關(guān)鍵詞： IEEE 1394，網(wǎng)絡(luò )

1．IEEE 1394標準概述

IEEE 1394 是為了增強外部多媒體設備與電腦連接性能而設計的高速串行總線(xiàn)，傳輸速率可以達到400 Mbps，利用IEEE 1394技術(shù)我們可以輕易地把電腦和如攝像機，高速硬盤(pán)，音響設備等多種多媒體設備連接?？傮w上說(shuō)，IEEE 1394具有以下特點(diǎn)：

　 (1) 即時(shí)數據傳輸：IEEE 1394具有同步和異步兩種數據傳輸模式，在同一總線(xiàn)下，同步及異步傳輸連線(xiàn)可能同時(shí)存在。
　　(2) 驅動(dòng)程序安裝簡(jiǎn)易。
　　(3) 內存映射的架構：所有IEEE 1394總線(xiàn)上的資源，皆可以映射到某段內存地址，并依此方式來(lái)存取數據。
　　(4) 1394接線(xiàn)可提供電源：對無(wú)自用電源的設備而言，可以透過(guò)IEEE 1394 6-Pin的連接頭來(lái)供給電源。
　　(5) 通用I/O連接頭：整合各種PC的連接頭成為一種萬(wàn)用的連接頭，使用者就不用花時(shí)間辨認不同外圍設備要接到那個(gè)接頭，同時(shí)也降低了系統的成本。
　　(6) 點(diǎn)對點(diǎn)的通訊架構：IEEE 1394外圍設備間互傳數據時(shí)，不須主機監控，因此不會(huì )增加主機的負載，CPU資源占用率低。
　　(7) 最大400Mbps的數據傳輸率：在相同的總線(xiàn)上可以有數種不同的數據傳輸速率100，200，或400Mbps。
(8) IEEE 1394是最理想的多媒體設備的接口：IEEE 1394支持同步傳輸模式，同步傳輸模式會(huì )確保某一連線(xiàn)的頻寬。對于如數碼攝錄機這種記錄容量大，又需要非常高精度的傳輸的設備，IEEE 1394就最適合了?！　?BR>(9) 支持熱插拔：IEEE 1394可以自動(dòng)偵測設備的加入與移出動(dòng)作并對系統做重新整合,無(wú)須人工干預。

2．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )架構

IEEE 1394的網(wǎng)絡(luò )共有三層，分別是物理層、鏈接層及傳輸層，其架構如圖1所示。

物理層定義了傳輸信息的電子信號及機械的接口，它位于整個(gè)傳輸接口的最底層，主要的功能為數據的編碼、譯碼與總線(xiàn)的判斷，而其連接器分為四接腳及六接腳兩種規格，四接腳連接器需搭配四蕊的纜線(xiàn)（為兩對雙絞線(xiàn)），六接腳連接器需搭配六蕊的纜線(xiàn)，六蕊纜線(xiàn)由一對單心的電源線(xiàn)和兩對雙絞線(xiàn)組成，其最大輸出電壓規格為直流40V，最大輸出電流為1.5A，因此連接于該總線(xiàn)上的設備可以使用上游設備提供的電源或使用自備的電源；兩對雙絞線(xiàn)一為數據線(xiàn)、一為控制信號線(xiàn)，并采用差動(dòng)輸出的方式即由雙絞線(xiàn)傳遞，如此可以具有較佳的抗噪能力及信號品質(zhì)。

鏈接層主要功能為封包接收、封包傳送與周期控制。傳輸層則是定義請求及響應協(xié)議，并用以實(shí)現讀取、寫(xiě)入及鎖住三個(gè)基本的傳輸動(dòng)作。

3．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )的連接方式

IEEE 1394的連接方式一為雛菊鏈，另一為接點(diǎn)分枝的方式，兩者可以混合使用。如圖2是一種典型的混合連接方式。雛菊鏈最多連接16段，各節點(diǎn)可以連接的數目為63臺，所以整個(gè)IEEE 1394的網(wǎng)絡(luò )上共可容納1024個(gè)設備，節點(diǎn)間可以做點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸，當有新設備加入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，此設備會(huì )被自動(dòng)給予一個(gè)識別碼。

4．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )的傳輸模式

IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )的傳輸模式可分為同步傳輸和異步傳輸，同步傳輸其數據是連續性的，具有CRC檢測，一般為視頻及音頻方面所應用，而異步傳輸的數據則是非連續性的，同樣具有CRC檢測，數據發(fā)生錯誤可以再行重送，且接收方必須有相對應的響應，即由這種機制來(lái)追蹤數據的傳送和接收是否無(wú)誤，故其可以應用于硬盤(pán)、光驅或打印機等設備上。IEEE 1394的總線(xiàn)周期為125μs，每個(gè)傳輸周期中同步傳輸通道會(huì )優(yōu)先處理，當64個(gè)同步傳輸信道處理完后再進(jìn)行異步傳輸封包處理。而傳輸的尋址方式采用64位，最前面的10位為總線(xiàn)的編號，故可以供1024個(gè)設備（1023 個(gè)連接區段）使用，當此10位全部為 1 時(shí)，表示廣播到總線(xiàn)上所有的設備。接下來(lái)的6位用于尋址區段上的節點(diǎn)號碼，當此6個(gè)位全部為1時(shí)，表示廣播到區段上所有的節點(diǎn)，剩余的48位則是各節點(diǎn)的緩存器區及私有數據區。

每當IEEE 1394總線(xiàn)上有設備移除或是加入，都會(huì )產(chǎn)生重置信號，之后各節點(diǎn)會(huì )決定自己在網(wǎng)絡(luò )中所處同步的聯(lián)機地位，共可分為根節點(diǎn)、分枝節點(diǎn)及樹(shù)葉節點(diǎn)，而各節點(diǎn)的從屬關(guān)系則以Parent母體及Child追隨者來(lái)標示（在圖2中簡(jiǎn)稱(chēng)以P及C）。以圖2為例，如個(gè)人電腦連接了掃描儀，故其對掃描儀的連接點(diǎn)設定為Child，表示其還有下屬的節點(diǎn)，而整個(gè)傳輸的許可與否則需要根節點(diǎn)的判斷，當欲使用總線(xiàn)傳輸的設備向其Parent提請要求時(shí)，Parent會(huì )在各Child之間判斷出誰(shuí)先提請求，將先提請求繼續向根部分傳遞，而同屬一個(gè)Parent的其它Child此時(shí)則被禁止提出請求，即由這種機制來(lái)完成整個(gè)總線(xiàn)使用權的判斷，取得使用權的節點(diǎn)就可以開(kāi)始進(jìn)行傳輸信號。

5．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和局限

(1) 節點(diǎn)之間的最大距離不能超過(guò)4.5米，但是可以使用IEEE 1394中繼器克服這一局限。一臺IEEE 1394中繼器可以將節點(diǎn)之間的距離延長(cháng)4.5米。因為IEEE 1394最多只能支持16層樹(shù)形網(wǎng)段，所以?xún)蓚€(gè)端點(diǎn)之間的最大距離為72米。
　　(2) 每個(gè)網(wǎng)段最多可以連接63臺設備，每臺IEEE 1394可以連接1023個(gè)網(wǎng)段，從而可以實(shí)現各種復雜的網(wǎng)絡(luò )結構。但是考慮到兩個(gè)節點(diǎn)之間4.5米的最大距離限制，IEEE 1394并不適合在廣域網(wǎng)中使用。
　　(3) 因為IEEE 1394設備支持熱插拔，所以可以在任何時(shí)候向IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )添加或拆除設備，既不用擔心影響數據的傳輸，也不需要進(jìn)行重新配置，系統可以根據變化的環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調節。
　　(4) IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )使用的是對等結構，不需要設置專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器。但是，對于那些集中進(jìn)行管理或數據存儲的系統來(lái)說(shuō)，IEEE 1394并不是一個(gè)理想的選擇。
　　(5) 同一網(wǎng)絡(luò )中的數據可以以不同的速度進(jìn)行傳輸，目前可以實(shí)現的速度為100, 200, 和400Mbps。這一特點(diǎn)決定了在設計網(wǎng)絡(luò )時(shí)一定要考慮到不同設備的傳輸性能。如果在兩臺傳輸速度可達400Mbps的設備之間放置一臺100Mbps的設備無(wú)疑會(huì )使實(shí)際的傳輸速度大打折扣。

6．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò )應用的發(fā)展前景

隨著(zhù)PC行業(yè)與通信和其它媒體之間的合作逐步深入，人們越來(lái)越需要一個(gè)統一的接口標準。IEEE 1394可以滿(mǎn)足所有各方的需要，而且成本低，易于實(shí)現。IEEE 1394的首要目標是影像等消費類(lèi)電子設備如數碼CAMCORDERS，數碼VCRS，DVD和數碼電視等。在影像消費電子設備產(chǎn)業(yè)中，IEEE 1394已成為一種事實(shí)上的連接標準。因此，如果一臺PC需要連接到這類(lèi)設備上，它的連接方式就是IEEE 1394。

1394同業(yè)公會(huì )已經(jīng)推出了IEEE 1394標準的升級方案。IEEE 1394多媒體聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將獲得高達1.6Gbps的速度提升。新的1394b規范至少能將速度從目前的最高400Mbps提升1倍，而且通過(guò)增加物理連接長(cháng)度能使網(wǎng)絡(luò )更靈活。新規范的架構支持3.2Gbps的未來(lái)速度，但初期允許網(wǎng)絡(luò )以最低800Mbps、最高1.6Gbps的速度傳輸數據。新規范允許同當前的1394標準向后兼容。

IEEE 1394已經(jīng)在多媒體領(lǐng)域被廣為接受，相信在急需一種可以把內部設備（如硬盤(pán)）和外部設備（如數字相機）連為一體的新型高速總線(xiàn)的PC市場(chǎng)，IEEE 1394的前景也必將是一片光明。