CN102916936A - 一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于IP over DVB的多IP数据封装方法及系统，该方法将若干个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，该DVB段的格式符合DSM-CC段格式，所述方法包含如下步骤：将一设定时间段内的若干个IP数据包采用优化的DSM-CC段格式封装在同一DVB段中进行发送；终端对接收的DVB段进行解封装，该解封装为拼接和校验TS包，还原DVB段中的IP数据包。所述优化的DSM-CC段格式基于DSM-CC段格式，该优化的DSM-CC段格式还包含如下字段：偏移量域指示符：用以指示是否在同一个DVB段中同时传输多个IP数据包；偏移量、负载个数和偏移量域等字段以支持将多个IP数据包封装在一个DVB段。本发明将多个IP数据包放在一个DVB段中传输，增加了传输有效负载，提高网络利用率和传输效率。

Description

一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法及系统

技术领域

本发明涉及IP over DVB领域，特别涉及一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法及系统。

背景技术

随着HFC双向网改造的深入开展，具有双向通信能力的终端日益增多，数据业务形式不仅仅只是单向的数据广播，双向交互数据业务的需求也随之增加，对带宽资源的竞争也日趋激烈。用户在高峰期会竞争带宽资源，特别是下行带宽资源，而系统的扩容又受到运营商资金、设备能力、网络规划等多种因素的限制，所以提高网络的利用率和传输效率是很有意义的。

目前适用于IP over DVB的IP数据封装协议主要包括：DVB提出的MPE(Multi-protocol Encapsulation)和GSE(Generic Stream Encapsulation)以及IETF提出的ULE(Unidirectional Lightweight Encapsulation)，其中MPE和ULE均采用MPEG-TS格式的物理层帧结构，而GSE采用DVB新一代广播系统的物理层帧结构。这三种封装格式效率以GSE最高，ULE次之，MPE封装效率最低，但是GSE采用的是新一代的物理层帧结构，ULE方式不符合DSM-CC段格式，均无法利用终端DEMUX模块对TS包中的数据进行拼接和校验，而通过软件对TS包中的数据进行拼接和校验会大量占用终端大量CPU资源，影响终端机顶盒的响应速度。同时以上描述的三种封装格式均未考虑将多个IP包封装在同一个DVB段中的策略，从而导致采用这三种封装格式传输数据包时(尤其当网络负载较小时)，其网络利用率和传输效率均很低。

因此如何在参考当前现有的封装协议的基础上，如何获得一种封装效率高的封装协议和方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，为解决当前IP over DVB数据封装协议均只能在一个DVB段中封装一个IP数据包进行发送，从而导致的网络利用率和传输效率均很低的问题，提出一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出一种用于IP over DVB的多IP数据封装方法，该方法将若干个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，所述方法包含如下步骤：

步骤1，将一设定时间段内的若干个IP数据包采用优化的DSM-CC段格式封装在同一DVB段中进行发送。

步骤2，终端对接收的TS包拼接得到该DVB段，还原并分发该DVB段中包含的若干IP数据包。

其中，优化的DSM-CC段格式为基于DSM-CC段格式的能同时传输若干IP数据包的段格式。

上述技术方案中，所述优化的DSM-CC段格式基于DSM-CC段格式，该优化的DSM-CC段格式还包含如下字段：偏移量域指示符：用以指示是否在同一个DVB段中同时传输多个IP数据包；偏移量：用于指向第二个IP数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离；负载个数：用于记载一个DVB段中包含的IP数据包的个数；偏移量域：用于指示第一个IP数据包的起始位置到本IP数据包起始包的起始位置的距离。

可选的，所述偏移量域指示符占用DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段，长度为1bit；所述偏移量占用DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension字段的低12bit；所述负载个数占用DSM CC段中table_id_extension字段之后的reserved和version_number字段共7bit；所述偏移量域位于DSM CC格式的段头部之后，包含“n-2”个16bit的偏移量字段，其中n表示负载个数的大小，每个16bit的偏移量字段指向段负载中对应数据包的起始位置。

上述技术中，所述步骤2进一步包含如下步骤：

1)终端利用解复用器模块对接收到的TS包进行拼装和校验，获取完整DVB段结构。

2)终端解析DVB段头部，获取偏移量域指示符字段、偏移量字段、负载个数字段以及偏移量域字段。

3)根据上步骤获取的字段，对该DVB段的IP数据包依据负载进行拆解，按序获得多个IP数据包。

上述技术方案中，所述拆解方法为：终端解析DVB段头部信息，根据传输数据包个数字段以及偏移量域对负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。

基于上述方法，本发明还提供一种用于IP over DVB的多IP数据封装及解封装系统，该装置将若干个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，该DVB段的格式符合DSM-CC段格式，所述系统包含：将一设定时间段内的若干个IP数据包采用优化的DSM-CC段格式封装在同一DVB段中的封装发送单元；和对接收的封装多IP数据包的DVB段进行解封装，还原并分发该DVB段中的IP数据包的终端；其中，所述终端与封装发送单元分别位于DVB网络的终端与头端。

上述技术方案中，所述优化的DSM-CC段格式基于DSM-CC段格式，该优化的DSM-CC段格式还包含如下字段：偏移量域指示符：用以指示是否在同一个DVB段中同时传输多个IP数据包；偏移量：用于指向第二个IP数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离；负载个数：用于记载一个DVB段中包含的IP数据包的个数；偏移量域：用于指示第一个IP数据包的起始位置到本IP数据包起始包的起始位置的距离。

可选的，所述偏移量域指示符占用DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段，长度为1bit；所述偏移量占用DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension的低12bit；所述负载个数占用DSM CC段中table_id_extension之后的reserved和version_number字段共7bit；所述偏移量域位于DSM CC段头部之后，包含“n-2”个16bit的偏移量字段，其中n表示负载个数的大小，每个16bit的偏移量字段指向段负载中对应数据包的起始位置。

上述技术方案中，所述解封装如下步骤：

1)终端利用DEMUX模块对接收到的TS包进行拼装和校验，获取完整DVB段结构。

2)终端解析段头部，获取偏移量域指示符字段、偏移量字段、负载个数字段以及偏移量域字段。

3)根据上步骤获取的字段，对同一DVB段的IP数据包依据负载进行拆解，按序获得多个IP数据包。

所述拆解方法为：终端解析DVB段头部信息，根据传输数据包个数字段以及偏移量域对负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。

采用上述的技术方案后，本发明具有以下优点：

1、封装协议满足DSM-CC段格式，终端可以利用DEMUX模块进行解包，，减轻终端的处理压力。

2、将多个IP数据包放在一个DVB段中传输，增加了传输有效负载，提高网络利用率和传输效率。

附图说明

图1-a本发明中封装协议的封装格式示意图；

图1-b本发明基于现有技术的负载、TS包与DVB段的关系示意图；

图2本发明中数据包封装方法的流程示意图；

图3本发明中终端解析数据包流程示意图；

图4本发明中终端对段负载拆解流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。

现有技术的MPEG-2系统，ISO/IEC 13818-1定义了一套私有表结构，可以将DSM-CC的消息封装成私有表的形式，然后进行打包，这样就可以在MPEG-2的传输流进行传输，DSM-CC段定义了额外的字段来满足额外的DSM-CC的需求，其结构与私有段结构兼容，可以用MPEG-2的解码器对其解码。其中现有技术的DSM-CC段的结构如下表所示：

从上表中可以得知现有技术的DSM-CC段格式主要包括如下字段：

1)table_id：表标识符，8位，标识了DSMCC Section净荷中的数据和类型；

2)section_syntax_indicator：段校验指示符，1位，设置为‘1’时代表使用CRC32字段，当设为‘0’代表使用checksum字段；

3)private_indicator：私有指示符，1位，设置为段校验指示符的反码；

4)reserved：预留字段，设置为‘11’；

5)dsmcc_section_length：段长度，12位，当table_id的值不是0x3C，也不是0x3B时，该值的定义由用户定义；

6)version_number：版本号，5位，当table_id的值不是0x3A到0x3C中的值时，该字段的值由用户定义；

7)current_next_indicator：1位，如果table_id值在0x3A到0x3C范围内，该位被设置为‘1’，其他情况由用户定义；

8)section_number：段号，8位，如果table_id值在0x3A或0x3B，该字段将为0；如果table_id的值为0x3C，该字段的值为DDB或DDR消息的moduleNumber字段最低的8位的值，其他的由用户定义；

9)last_section_number：最后一个段号，8位，记录section_number的最大值；

10)CRC_32：DSM CC段的循环冗余校验和，32位；

11)checksum：DSM CC段的校验和，32位。

本发明优化的DSM-CC段格式基于以上现有技术。

如图1-a是本发明的基于DSM-CC段格式的封装若干个IP数据包的封装协议的封装格式示意图。

图1-b是本发明的负载、TS包与DVB段的关系图。首先发送端将多个IP包封装到一个DVB段中，然后一个DVB段被切割为多个TS包在DVB网络中传输，即TS包为DVB网络中的基本传输单元。终端接收到TS包，将若干接收的TS包拼接成DVB段，然后再还原出DVB段中的IP数据包。

本发明的一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法，该方法将多个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，终端对接收到的TS包进行拼接和校验得到段后，对DVB段中的负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。即本发明为支持将多个数据包封装到同一个DVB段中进行传输，设计了一种应用于IP over DVB的IP数据封装协议，该协议在符合DSM-CC段格式的同时，增加可选MAC地址域、网络协议类型域以及偏移量域，形成优化的DSM-CC段格式(如图1-a所示)，具体添加如下字段：

MAC域指示符(MAC_flag)：1bit，用以指示是否包含MAC字段，0表示不包含，1表示包含，该字段占用原有DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段；

偏移量域指示符(offset_flag)：1bit，用以指示是否传输多个数据包在同一个段中传输，0表示否，1表示是，该字段占用原有DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段；

协议类型(protocolType)：4bit，指示段载荷的网络协议类型，该字段占用原有DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension的高4位；

偏移量(offset1)：12bit，该字段在offset_flag为1时有意义，指向第二个数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离，单位为B，该字段占用原有DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension的低12位；

负载个数(packet_number)：7bit，只是段载荷中数据包的个数，一个段中最多支持128个数据包，该字段占用原有DSM CC段中table_id_extension之后的reserved和version_number字段；

MAC地址域(MAC field)：64bit，可选的MAC域，在MAC_flag为1时，存在该域，存储目标MAC地址，原有DSM CC段头部之后；

偏移量域(offset field)：16*(n-2)bit，在offset_flag为1时，存在该域，包含n-2个16bit的offset字段，其中n表示packet_number的大小，每个16bit的offset字段指向段负载中对应数据包的起始位置，即第一个数据包的起始位置到本数据起始包的起始位置的距离，单位为B，原有DSM CC段头部之后。

上述方法中，数据封装打包器对数据的封装打包包括如下主要步骤：

1)设定数据包时间间隔上限值ULTime，该参数的作用是，在缓存为空时，ULTime时间间隔内接收到的数据包，可以封装在同一个段中；

2)在数据封装打包器中缓存IP包；

3)选择缓存中发往同一目的端的多个IP数据包按序放在一个段中，构造以上所述封装协议的封装头部以及CRC后，打包封装成TS包。其中，选择数据包个数时，所有数据包负载，封装协议头部，CRC尾部的总长度不能超过一个DSM-CC段长度上限，4096B；若缓存中的IP包不足以塞满一个段，但在ULTime时间间隔内，数据封装打包器没有收到新的数据包，则打包器不再等待，先处理当前缓存中的数据包。

上述方法中，终端对接收的数据的解析还原包括如下步骤：1)终端利用DEMUX模块对接收到的TS进行拼装和校验，获取完整段结构；2)终端解析段头部，获取offset_flag字段、offset1字段以及off set域等字段；3)，然后根据这些字段，对段的负载进行拆解，按序获得多个数据包。

其中，所述的终端对段的负载进行拆解，包括如下子步骤：

401)根据本发明协议格式，解析获取offset_flag、packetNumber、offset域、MAC_flag等字段；

402)通过MAC_flag字段和offset_flag字段计算头部长度headLen以及负载长度payLoadLen，headLen初始化为8B，当MAC_flag为1时，存在MAC域，headLen＝headLen+8 B，当offset_flag为1时，存在offset域，headLen＝headLen+(n-1)*2B，其中n表示段中所传输的数据包的个数。负载长度为整个段的长度减去段头部长度以及CRC的长度；

403)若offset_flag＝＝1转405)，否则，转404)；

404)该段只传输单个IP数据包，整段负载即为数据包，结束；

405)根据offset域，packetNumber计算各个包在section中的起始位置，再根据各个包起始位置计算每个包的长度；

406)根据每个包起始位置和包长度信息，对负载进行拆分，还原IP数据包。

实施例

为了使本发明的目的、实现方法和优点更加清楚明白，以具体实施例并参照附图，对本发明做进一步的详细说明。

本发明提出了一种应用于IP over DVB的IP数据封装方法，该方法将多个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，终端对接收到的TS包进行拼接和校验得到该DVB段后，对DVB段中的负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。

如图1-a所示，说明了一种满足本发明的封装协议封装格式，该协议在符合DSM-CC段格式的同时，增加可选MAC地址域，网络协议类型域，偏移量域以支持多IP数据包封装在同一个DVB段中。

具体封装格式包括如下字段：

MAC域指示符(MAC_flag)：1bit，用以指示是否包含MAC字段，0表示不包含，1表示包含；

偏移量域指示符(offset_flag)：1bit，用以指示是否传输多个IP数据包在同一个段中传输，0表示否，1表示是；

协议类型(protocolType)：4bit，指示段载荷的网络协议类型；

偏移量1(offset1)：12bit，该字段在offset_flag为1时有意义，指向第二个数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离，单位为B；

负载个数(packet_number)：7bit，只是段载荷中数据包的个数，一个段中最多支持128个数据包；

MAC地址域(MAC field)：64bit，可选的MAC域，在MAC_flag为1时，存在该域，存储目标MAC地址；

偏移量域(offset field)：16*(n-2)bit，在offset_flag为1时，存在该域，包含n-2个16bit的offset字段，其中n表示packet_number的大小，每个16bit的offset字段指向段负载中对应数据包的起始位置，即第一个数据包的起始位置到本数据起始包的起始位置的距离，单位为B。

数据封装打包器对数据的封装打包包括如下主要步骤：1)设定数据包时间间隔上限值ULTime；2)在数据封装打包器中缓存IP包；3)选择缓存中发往同一目的端的连续的多个IP数据包放在一个段中，构造以上所述封装协议的封装头部后，打包封装成TS包。

具体流程如图2所示，包括如下步骤：

201)初始化参数包括：数据包时间间隔上限ULTime；一个段中传输数据包最大个数packetNumMax等，其中packetNumMax为128；

202)记录当前负载长度payloadLen为0，负载包个数n为0；

203)是否需要传输MAC域，若是转205)，否转204)；

204)段负载最大长度lenMax设置为(4093-5-4)B，4093表示sectionlength字段之后的最大长度，5表示sectionlength后段头部的长度，不包括MAC域，4表示尾部CRC字段的长度，转206)；

205)段负载最大长度lenMax设置为(4093-11-4)B，11表示包括MAC域后sectionlength后段头部的长度，4表示尾部CRC字段的长度；

206)缓存中是否有数据包，若有转208)，否则转207)；

207)在ULTIME时间间隔内，是否收到新的数据包，若受到转208)，否则转212)；

208)按序取一个数据包，并获得其长度packetLen；

209)判断是否能够传输该数据包，判定条件如下：

packetLen+payloadLen＜lenMax&&n＜packetNumMax

若该条件为真，转210)，否则转212)；

210)根据该数据包的packetLen，更新payloadLen，n，lenMax等参数，当传输的数据包个数超过2个时，封装协议头部中需要增加offset域，每个offset字段需要16bit，更新payloadLen时，需要更新lenMax参数；

211)将该数据包加入发送队列，转206)；

212)将发送队列中的数据包作为段的负载，构建协议头部，进行封装打包，注：数据包的存放顺序与数据包的接收顺序一致；

213)Reset payloadLen，n，lenMax等参数，清空发送队列，转206)；

终端对数据包的处理流程如图3所示，包括如下具体步骤：

301)终端利用DEMUX解析获取完整段结构；

302)终端软件解析段头部，获取offset_flag、packetNumber、offset域等字段；

303)根据上一步骤获取的信息对接收的段负载进行切割，还原成多个IP数据包。

其中，所述的终端对段的负载进行拆解，包括如下子步骤：

401)根据本发明协议格式，解析获取offset_flag、packetNumber、offset域、MAC_flag等字段；

402)通过MAC_flag字段和offset_flag字段计算头部长度headLen以及负载长度payLoadLen，headLen初始化为8B，当MAC_flag为1时，存在MAC域，headLen＝headLen+8 B，当offset_flag为1时，存在offset域，headLen＝headLen+(n-1)*2B，其中n表示段中所传输的数据包的个数。负载长度为整个段的长度减去段头部长度以及CRC的长度；

403)若offset_flag＝＝1转405)，否则，转404)；

404)该段只传输单个IP数据包，整段负载即为数据包，结束；

405)根据offset域，packetNumber计算各个包在section中的起始位置，再根据各个包起始位置计算每个包的长度；

406)根据每个包起始位置和包长度信息，对负载进行拆分，还原IP数据包。

以上所述仅为本发明的一个具体实施方式，并非用于限定本发明的保护范围，本领域的技术人员应当理解，在不脱离发明原理的前提下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围中。

Claims (10)

1.一种用于IP over DVB的多IP数据封装方法，该方法将若干个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，所述方法包含如下步骤：

步骤1，将一设定时间段内的若干个IP数据包采用优化的DSM-CC段格式封装在同一DVB段中进行发送；

步骤2，终端对接收的TS包拼接得到该DVB段，还原并分发该DVB段中包含的若干IP数据包；

其中，优化的DSM-CC段格式为基于DSM-CC段格式的能同时传输若干IP数据包的段格式。

2.根据权利要求1所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，所述优化的DSM-CC段格式基于DSM-CC段格式，该优化的DSM-CC段格式还包含如下字段：

偏移量域指示符：用以指示是否在同一个DVB段中同时传输多个IP数据包；

偏移量：用于指向第二个IP数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离；

负载个数：用于记载一个DVB段中包含的IP数据包的个数；

偏移量域：用于指示第一个IP数据包的起始位置到本IP数据包起始包的起始位置的距离。

3.根据权利要求2所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，

所述偏移量域指示符占用DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段，长度为1bit；

所述偏移量占用DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension字段的低12bit；

所述负载个数占用DSM CC段中table_id_extension字段之后的reserved和version_number字段共7bit；

所述偏移量域位于DSM CC格式的段头部之后，包含“n-2”个16bit的偏移量字段，其中n表示负载个数的大小，每个16bit的偏移量字段指向段负载中对应数据包的起始位置。

4.根据权利要求1所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，所述步骤2进一步包含如下步骤：

1)终端利用解复用器模块对接收到的TS包进行拼装和校验，获取完整DVB段结构；

2)终端解析DVB段头部，获取偏移量域指示符字段、偏移量字段、负载个数字段以及偏移量域字段；

3)根据上步骤获取的字段，对该DVB段的IP数据包依据负载进行拆解，按序获得多个IP数据包。

5.根据权利要求4所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，所述拆解方法为：终端解析DVB段头部信息，根据传输数据包个数字段以及偏移量域对负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。

6.一种用于IP over DVB的多IP数据封装系统，该装置将若干个IP数据包封装到同一DVB段中进行传输，该DVB段的格式符合DSM-CC段格式，所述系统包含：

将一设定时间段内的若干个IP数据包采用优化的DSM-CC段格式封装在同一DVB段中的封装发送单元；和

对接收的封装多IP数据包的DVB段进行解封装，还原并分发该DVB段中的IP数据包的终端；

其中，所述终端与封装发送单元分别位于DVB网络的终端与头端。

7.根据权利要求6所述的用于IP over DVB的多IP数据封装系统，其特征在于，所述优化的DSM-CC段格式基于DSM-CC段格式，该优化的DSM-CC段格式还包含如下字段：

偏移量域指示符：用以指示是否在同一个DVB段中同时传输多个IP数据包；

偏移量：用于指向第二个IP数据包的起始位置，即第一数据包的起始位置到第二个数据包起始位置的距离；

负载个数：用于记载一个DVB段中包含的IP数据包的个数；

偏移量域：用于指示第一个IP数据包的起始位置到本IP数据包起始包的起始位置的距离。

8.根据权利要求7所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，

所述偏移量域指示符占用DSM CC段中私有指示符之后的reserved字段，长度为1bit；

所述偏移量占用DSM CC段中私有指示符之后的table_id_extension的低12bit；

所述负载个数占用DSM CC段中table_id_extension之后的reserved和version_number字段共7bit；

所述偏移量域位于DSM CC段头部之后，包含“n-2”个16bit的偏移量字段，其中n表示负载个数的大小，每个16bit的偏移量字段指向段负载中对应数据包的起始位置。

9.根据权利要求7所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，所述解封装如下步骤：

1)终端利用DEMUX模块对接收到的TS包进行拼装和校验，获取完整DVB段结构；

2)终端解析段头部，获取偏移量域指示符字段、偏移量字段、负载个数字段以及偏移量域字段；

3)根据上步骤获取的字段，对同一DVB段的IP数据包依据负载进行拆解，按序获得多个IP数据包。

10.根据权利要求9所述的用于IP over DVB的多IP数据封装方法，其特征在于，所述拆解方法为：终端解析DVB段头部信息，根据传输数据包个数字段以及偏移量域对负载进行拆解，还原DVB段中的IP数据包。

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