IPTV機頂盒的智能化配置和維護方案設計

IPTV接收終端，即IPTV機頂盒，是IPTV系統關(guān)鍵設備之一，其主要功能包括：支持LAN或xDSL網(wǎng)路傳輸、接收及處理IP數據和視頻流；支持H.264、MPEG-2、MPEG-4、WMV和Real等視頻解碼；支持相應CA技術(shù)；支持HTML網(wǎng)頁(yè)瀏覽及網(wǎng)絡(luò )游戲等。

由于機頂盒硬件資源有限，其操作系統一般采用WINCE、嵌入式Linux、RTOS等嵌入式操作系統。

由于IPTV基于網(wǎng)絡(luò )傳輸，因此作為網(wǎng)絡(luò )接入設備的機頂盒在使用前應進(jìn)行IP地址、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò )參數的設置。如果在實(shí)際工程中采用人工逐臺進(jìn)行設置，會(huì )大大增加運營(yíng)商的人工成本，而且日后的維護費用也會(huì )相應增加。因此在IPTV機頂盒的設計中應考慮實(shí)現即插即用功能，即實(shí)現自動(dòng)配置。

基于以上情況，本文設計了一種可網(wǎng)絡(luò )化管理和配置機頂盒的網(wǎng)絡(luò )解決方案。該方案基于TCP/IP協(xié)議簇中的BOOTP（BOOT strapping Protocol）協(xié)議實(shí)現，利用網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器實(shí)現機頂盒網(wǎng)絡(luò )參數的自動(dòng)配置，整個(gè)過(guò)程無(wú)需用戶(hù)干預，真正實(shí)現即插即用功能；配合通用的機頂盒設計，還可實(shí)現機頂盒視頻解碼等程序的自動(dòng)升級；對用戶(hù)機頂盒的監控和維護只需在遠程服務(wù)器上進(jìn)行。

總體方案設計

管理模式選擇與設計

客戶(hù)—服務(wù)器模式（client-server model）的優(yōu)點(diǎn)之一是具有很大的靈活性。采用客戶(hù)—服務(wù)器模式后對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設置均可通過(guò)對服務(wù)器端的設置來(lái)實(shí)現，因而能適應不同種類(lèi)和不同環(huán)境下節點(diǎn)的需要。為了完成對機頂盒的網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)配置，在IPTV底層網(wǎng)絡(luò )上設置啟動(dòng)配置服務(wù)器，機頂盒加電自檢后，通過(guò)固化在ROM中的登錄程序登錄啟動(dòng)配置服務(wù)器完成相關(guān)參數配置，從服務(wù)器獲得相關(guān)設置后開(kāi)始工作。

服務(wù)器類(lèi)型及協(xié)議選擇

本方案采用BOOTP服務(wù)器及其協(xié)議進(jìn)行管理和配置。BOOTP和RARP（Reverse Address Resolution Protocol）為T(mén)CP/IP協(xié)議簇中的兩個(gè)協(xié)議，均采用客戶(hù)—服務(wù)器模式實(shí)現，并且都能實(shí)現現場(chǎng)設備IP地址的網(wǎng)絡(luò )化管理和配置，但相對于RARP來(lái)說(shuō)，BOOTP主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能為節點(diǎn)獲取其啟動(dòng)所需的所有信息，功能比RARP強大得多。（2）基于傳輸協(xié)議UDP實(shí)現，不跟硬件直接打交道，易于實(shí)現且移植性好。（3）BOOTP服務(wù)器是作為一個(gè)應用程序而存在的，這與RARP服務(wù)器存在于內核中的方式不同，優(yōu)點(diǎn)是易于修改和移植，而RARP內核服務(wù)器的修改和移植都很困難。（4）協(xié)議傳輸效率高，交換信息量大，可以充分利用硬件能力。（5）RARP一次只交換一個(gè)IP地址，而B(niǎo)OOTP報文除了可交換IP地址外，還可提供網(wǎng)關(guān)IP、服務(wù)器主機名及128字節的啟動(dòng)文件名。

基于上述分析，選BOOTP實(shí)現機頂盒的網(wǎng)絡(luò )化配置管理。

BOOTP報文格式、傳輸及配置過(guò)程

BOOTP報文格式

BOOTP最早出現在Unix系統中，負責Unix終端的遠程啟動(dòng)，直到目前仍是Unix及之后Linux系統中最常用的方式。BOOTP協(xié)議有兩種報文：BOOTP請求及BOOTP響應。為盡可能簡(jiǎn)化BOOTP實(shí)現，BOOTP報文各域均為定長(cháng)域，而且兩種報文格式完全相同。

BOOTP配置過(guò)程

（1）由ROM芯片中的BOOTP啟動(dòng)代碼啟動(dòng)客戶(hù)機（此時(shí)客戶(hù)機還沒(méi)有IP地址），它就用廣播形式以IP地址0.0.0.0向網(wǎng)絡(luò )發(fā)查詢(xún)請求，請求包含客戶(hù)機網(wǎng)卡MAC地址。

（2）BOOTP服務(wù)器接收到請求幀，并根據幀中MAC地址在BOOTPTAB中查找這個(gè)MAC記錄，并將信息（客戶(hù)機IP、服務(wù)器地址、網(wǎng)關(guān)IP及啟動(dòng)文件名等）以FOUND的形式發(fā)回客戶(hù)機。

（3）客戶(hù)機通過(guò)讀取FOUND中的信息，再通過(guò)TFTP（Trivial File Transfer Protocol）服務(wù)器下載所需啟動(dòng)配置文件，并將此文件在工作站內存模擬成磁盤(pán)，從這個(gè)模擬磁盤(pán)啟動(dòng)。

基于BOOTP機頂盒管理方案的實(shí)現

服務(wù)器的配置

（1）在IPTV底層網(wǎng)絡(luò )（小區網(wǎng)絡(luò )）設置BOOTP服務(wù)器。BOOTP支持多服務(wù)器同時(shí)工作，并且可由客戶(hù)指定為其服務(wù)的服務(wù)器（通過(guò)在BOOTP請求中填入服務(wù)器IP地址）。如果某小區網(wǎng)絡(luò )中機頂盒較多，可設置多臺服務(wù)器，以增加網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

（2）BOOTPTAB表的配置。在BOOTPTAB表建立終端設備MAC地址、IP地址及對應的啟動(dòng)配置文件表。對機頂盒IP地址的日后維護可在BOOTP表中進(jìn)行。

（3）啟動(dòng)配置文件由TFTP下載。TFTP是一種簡(jiǎn)化的文件傳輸協(xié)議，具有短小實(shí)用的特點(diǎn)，可存放在ROM中，對終端設備要求不高，易于實(shí)現。FTP雖然功能強大，但協(xié)議復雜，對硬件要求高，機頂盒難以滿(mǎn)足，因而對機頂盒并不實(shí)用。

機頂盒自動(dòng)登錄實(shí)現

只需在機頂盒ROM中加入BOOTP啟動(dòng)代碼，即可實(shí)現機頂盒到服務(wù)器的自動(dòng)登錄。

本方案在解決機頂盒的網(wǎng)絡(luò )化管理配置中引入服務(wù)器后，雖然會(huì )增加IPTV網(wǎng)絡(luò )初始建設中服務(wù)器的成本，但由于機頂盒采用網(wǎng)絡(luò )化無(wú)盤(pán)啟動(dòng)，不用安裝啟動(dòng)配置文件，因而可節約機頂盒硬件資源，降低機頂盒成本。綜合考慮，初始建設成本增加不多。