CN1407758A - 数字视频系统的远程集中式管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字视频系统的远程集中式管理方法，用于数字视频系统的远程集中式管理。该技术方案至少包括：对数字视频系统中的适配器接口进行改造，应用IP数据转发的协议栈，在适配器的以太网接口和业务数据接口之间实现简单的IP数据转发，使其完成数字视频系统的本地与远端的网管用局域网的IP互联，实现网管数据和业务数据的共通道传输，实现低成本的数字视频系统设备的远程集中式管理。

Description

数字视频系统的远程集中式管理方法
技术领域
本发明涉及网络中远程集中式管理的实现技术，特别涉及到网络上的数字化视频设备的远程集中式管理技术和实现方法。
背景技术
典型的数字视频系统一般由以下五个主要的功能模块组成：
编码器：对输入的模拟电视信号(图像与伴音)进行A/D转换、量化和压缩编码，输出ITU-T H222.0(ISO/IEC13818-1)标准的传输流(TransportStream，以下简称传输流或TS)。
解码器：完成的功能与编码器相反：输入标准的传输流，经过解码、D/A转换、模拟信号的编码，输出符合ITU-R601标准的全电视信号。解码器输入的传输流可以含单套节目或多套节目。
复用器：完成传输流的系统层(System Layer)复用功能，将多路传输流进行复接，输出符合ITU-TH222.0(ISO/IEC13818-1)的传输流。
适配器：完成传输流数据格式到SDH帧结构的双向适配、传输流接口到ITU-TG703电信接口的双向转换，实现传输流数据在SDH网络上的发送和接收。
分配器：完成传输数据流一个到多个的硬拷贝，即简单一分多的功能。分配器不可管理。
典型的系统组网如图1所示。这是在SDH(同步数字系列SynchronousDigital Hierachy是电信网上最常见光通信体制，也可以指满足这种体制规定的光通信设备)网络上实现数字化广播电视节目的传输。在这种传输方式中，其中实线为数字视频业务数据链路，虚线为网管数据链路。A/V代表模拟的音频视频信号，ENC代表编码器，DEC代表解码器，MUX代表复用器，NA代表适配器，DIS代表分配器。
一路或多路模拟全电视信号A/V经相应的编码器ENC编码成传输流TS，经复用器MUX复接后，送入适配器NA转换成ITU-TG703数据流传送至SDH网络上。
接收端从SDH网络上接收下来的ITU-TG703数据流经适配器NA转换成传输流TS，再经分配器DIS分配给一个或多个解码器DEC解码成一路或多路模拟全电视信号。从而完成数字视频业务数据的远距离传送。
在这套传输系统中，编码器、解码器、复用器和适配器一般都提供了用于设备管理的以太网(Ethernet)接口，并且如图1所示可以在本地组成一个管理用的局域网(LAN)。
由于数字化广播电视节目的编码、发送端和接收、解码端在地理上往往相隔几十、几百到几千公里，要实现两个以上的数字化广播电视系统间的远程集中式网管，就需要在这些数字化广播电视系统之间，也就是这些局域网之间再建立一个支持IP协议的网管用数据通信网络。
通常采用图2所示的方案，就是在这些局域网上配备若干网络互联设备，如网关或路由器101、201，将各个本地局域网(LAN)互联在广域网(WAN)上，形成一个远程集中式网管系统，微机上的管理系统102(NMS)和每个设备上的管理代理(Agent)，相互交换管理数据，实现对全网设备的远程集中化管理。数字视频设备104、204之间的业务数据通过适配器103、203互联。
这种方式的主要缺陷是：需要在SDH传输网络上组建额外的数据通信网络，来支持管理数据的交换，这就需要在专用的高速SDH网络上再占用一个通道。管理数据传送速率较低，一般只有几Kbit/s到几十Kbit/s，占用一个＞2Mbit/s的SDH通道显然是资源的浪费；增加的网管网络系统，还需要增加网络互联的网关或路由器，增加这些互联设备与SDH传输网络的接口SDH业务板，这明显地增加了组网的硬件成本。
发明内容
本发明的目的是低成本的实现网络上的数字视频系统的远程集中式管理。
本发明的基本思想是：在原有的适配器远程接口上模拟出一个网管IP用的广域网接口，在这个新增的广域网接口和原有的以太网接口之间增加网管IP数据转发功能，把网管IP数据转换成和业务数据相同的传输流分组TSP，与业务数据共通道传输。
较佳地，在IP数据和传输流TS之间设置一个特定的能向两端相互转换的网络字节顺序封装适配层，通过这个适配层完成IP数据和传输流TS的双向转换。
较佳地，对IP数据的转换的协议栈具体选择用IP/类AAL5/TS表述的协议栈。
较佳地，先对IP数据进行类AAL5封装，对于封装好的类AAL5数据报再进行TS整数分片。
较佳地，在进行类AAL5封装时，封装后数据报的字节数为传输流分组TSP有效载荷184字节的整数倍。
较佳地，在进行TS分片时，应在传输流分组TSP的头部格式中设置区别于其他业务数据的标识。
较佳地，在TSP头部格式中至少包含以下信息：A、网管IP数据特定的PID标识；B、网管IP数据优先权标识；C、网管IP数据起始标识。
较佳地，在业务数据接收端设置网管PID过滤器，识别PID为网管PID的传输流分组TSP，对之持续接收并计数，如果接收到的网管IP的传输流分组TSP的数量不大于规定值，视为接收正确；否则丢弃本次接收到的所有传输流分组TSP，重新开始计数。
较佳地，在接收正确时，先将传输流分组TSP载荷中的数据拼装起来，交给类AAL5适配处理成IP数据，检验正确后交给IP协议处理。
经过以上方法就可以完成网管数据和视频业务数据的共通道传输，显然这种方式减少了网络硬件设备，实现了低成本远程集中式管理，提高了网络的带宽利用率。
附图说明
图1示出了数字视频系统的业务组网；
图2示出了使用路由器实现远程集中式管理的IP互连；
图3示出了使用适配器实现远程集中式管理的IP互连；
图4示出了适配器完成IP数据转发的完整协议栈；
图5示出了传输流分组TSP格式的示意图；
图6示出了依照本发明的一个较佳实施例的类AAL5封装格式；
图7示出了实用远程集中式管理的星型组网方式；
图8示出了实用远程集中式管理的环型组网方式。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图3是本发明实施方案的示意图，数字视频设备104、204之间的业务数据通过适配器103、203互联，两个局域网(LAN)通过适配器103、203直接连在广域网(WAN)上，适配器103的以太网IP地址是10.14.3.54，广域网IP地址是11.1.1.1；适配器203的以太网IP地址是12.1.1.1，广域网IP地址是11.1.1.2。
数字视频系统中的适配器和路由器一样具有以太网和远程网两个接口，改造适配器的两个接口，在原有的远程网DC-3接口上模拟出一个网管用的广域网接口，在两个接口之间增加网管IP数据转发功能(即图2中由路由器101、102完成的功能)，将网管数据随着业务数据一起进行发送和接收。
具体做法是这样的：适配器上使用了pSOS实时操作系统，它本身实现了比较完整的TCP/IP协议。为pSOS系统的TCP/IP模块实现一个按照特定方式来工作的接口，这个特定工作方式的接口就是在DS-3接口上实现的。再加上设备网管用的本地以太网接口；在这两个接口之间利用pSOS的TCP/IP模块完成IP数据的转发，实现不同地点的局域网互连。这种方法可以简称为IP OverTS。其示意图见图3。
适配器完成IP数据转发的完整协议栈见图4，该协议栈中加下划线的部分即是本发明IP Over TS为处理IP数据封装、收发而实现的协议。
按照如图4所示的协议封装数据的具体实现方式是：适配器将需要转发的IP数据先进行类AAL5(ATM Adaptation Layer 5)封装，然后分片在传输流分组(Transport Tream Packet，简称TSP)中，随业务数据一起发送与接收。
按照H.222.0标准的规定，电视节目经过编码压缩后，进行远程传输的统一封装格式是传输流分组TSP。TSP一般长度为188个字节，包含4个字节的头部(即图5中的字段1～6)，而用于承载有效数据的长度为188-4＝184。TSP格式见图5。如图5所示，TSP格式中各字段意义与长度为：
1.sync_byte，同步字节，8bit。为0×47，实现传输流中各个TSP的分界及数据收发的同步。
2.transport_error_indicator，传输错误指示，1bit。如果这个TSP在传输过程中出现错误，该标志将被置为1，否则为0。
3.payload_unit_start_indicator，载荷单元起始标志，1bit。如果该TSP承载的是某种载荷单元的第一个分片，该标志将被置为1，否则为0。
4.transport_priority，传输优先级。如果认为此TSP承载的数据比其它数据重要，该标志将被置1，否则为0。
5.PID，分组标识，13bit。具有相同的PID的TSP表示同一数据源(如压缩视频源、压缩音频源等)产生的同一类数据。
6.transport_scrambling_control，传输加扰控制，2bit，
adaptation_field_control，    适配域控制，  2bit，
continuity_counter，          连续性计数，  4bit。
7.有效载荷或适配字段。
TSP在传输过程中具有与ATM信元(cell)类似的有序性，并且AAL5也是对IP数据报比较通用和有效的一种封装形式，因此适配器将需要发送的IP数据报先进行一种类AAL5的网络字节顺序(Network Byte order)封装，封装格式如图6所示。如图6所示，作为较佳实施方式的类AAL5封装格式的字段意义与长度分别为：
有效载荷：一般为IP数据报。其长度是自包含的。
填充：0～183字节，将封装后的整个数据分组长度填充为TSP载荷长度184的整数倍。
长度：2字节，是有效载荷加上填充字节的长度，不包含长度与和CRC域。
CRC：4字节，对前面所有字段的CRC效验，多项式选择为
X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1
通常以太网的最大效率传输单元(MTU)为1500字节，考虑传输的效率，封装后最大字节长度应取这样一个值：接近1500字节并且是TSP有效载荷长度184字节的整数倍，这样从局域网传递过来的IP数据报，可以放在一个类AAL5数据报中，并且在分片后可以用整数个TSP进行发送。
具体的，选择184×9＝1656，减去类AAL5封装的6个字节的固定长度尾部，则最大传输单元MTU＝1656-6＝1650字节长度。DS-3接口将此MTU告诉IP协议模块，则IP协议交给DS-3接口的IP数据报长度不大于MTU。
对于按照上述方法封装好的数据，发送端按184字节长度进行分片，放在TSP的有效载荷部分，随业务数据一起发送。
对于IP数据数据部分的分片的TSP头部格式特别定义如下：
sync_byte，transport_error_indicator：按照H.222.0的格式填充。
payload_unit_start_indicator：如果是类AAL5封装的最后一片，置为0，否则为1。
transport_priority：假定网管数据比较重要，置为1。
PID：为选定的一个区别于其他业务数据PID的合法值，称为网管PID。收发双方的网管PID必须相同，以实现双工通信。用户可以配置网管PID，但不能和其他业务数据的PID冲突。
transport_scrambling_control，adaptation_field_control：分别为00、01。
continuity_counter：按照H.222.0协议，顺序累加。
接收端设置有网管PID的过滤器，连续接收含网管PID的传输流分组TSP并计数。当遇到payload_unit_start_indicator为0的分组，而且前面接收的payload_unit_start_indicator为1的分组数量不大于8时，将接收到的TSP载荷中的数据拼装起来，交给类AAL5去适配处理成IP数据，检验正确后交给IP协议处理。
当接收到的payload_unit_start_indicator为1的分组超过8个时，表明接收有误，丢弃本次接收到的所有TSP分组，重新开始计数。
现在适配器具有两个网络接口，按照IP协议定义，它知道这两个网络的直接路由；而数字视频系统一般组网比较简单，利用缺省路由配置即可实现全网网管的IP互联。
适配器103的详细路由表可以是：
    0.0.0.0     0.0.0.0     11.1.1.2
   10.14.0.0     255.255.252.0     10.14.3.254
   11.1.0.0     255.255.0.0     11.1.1.1
适配器203的详细路由表可以是：
    0.0.0.0     0.0.0.0     11.1.1.1
    11.1.0.0     255.255.0.0     11.1.1.2
    12.1.0.0     255.255.0.0     12.1.1.1
图7显示了一个星型组网方式。图8显示了一个环型组网方式。在这两张图中，DVN是数字视频网络，102是网络网管系统NMS，“云”表示由数字视频设备组成的本地网管局域网LAN，PC表示网管计算机，虚线表示DS-3链路。
所有的本地网管局域网LAN通过适配器互联。
图7中，三个分节点分别通过适配器203、303、403和中心节点的适配器103、503、603连接。每个适配器具有两个接口，对应两个IP地址。
适配器103：10.14.3.254/11.1.1.1；
适配器203：12.1.1.1/11.1.1.2；
适配器303：13.1.1.1/11.1.1.3；
适配器403：14.1.1.1/11.1.1.4；
适配器503：10.14.1.2/11.1.1.5；
适配器603：10.14.1.3/11.1.1.6；
 103路由表  203路由表
 10.14.3.2540.0.0.0     0.0.0.0        11.1.1.310.14.0.0   255.255.252.0  10.14.3.25411.1.0.0    255.255.0.0    11.1.1.1  12.1.1.10.0.0.0     0 0.0.0        11.1.1.511.1.0.0    255.255.0.0    11.1.1.212.1.0.0    255.255 0.0    12.1 1.1
 303路由表  403路由表
 13.1.1.10.0.0.0     0.0.0.0        11.1.1.111.1.0.0    255.255.0.0    11.1.1.313.1.0.0    255.255.0.0    13.1.1.1  14.1.1.10.0.0.0     0.0.0.0        11.1.1.611.1.0.0    255.255.0.0    11.1.1.414.1.0.0    255.255.0.0    14.1.1.1
图8显示了一个环型组网方案，其中中心节点和三个环形节点依次连接，其适配器103、203、303、403的IP地址是：
适配器103： 10.14.1.5/15.1.1.1；
适配器203：  16.1.1.1/15.1.1.2；
适配器303：  18.1.1.1/15.1.1.3；
适配器403：  17.1.1.1/15.1.1.4；
详细路由表如下：
    103路由表     203路由表
    10.14.1.50.0.0.0      0.0.0.0        15.1.1.210.14.0.0    255.255.252.0  10.14.1.515.1.0.0     255.255.0.0    15.1.1.1     16.1.1.10.0.0.0     0.0.0.0        15.1.1.315.1.0.0    255.255.0.0    15.1.1.216.1.0.0    255.255.0.0    16.1.1.1
    303路由表     403路由表
    18.1.1.10.0.0.0      0.0.0.0        15.1.1.315.1.0.0     255.255.0.0    15.1.1.418.1.0.0     255.255.0.0    18.1.1.1     17.1.1.10.0.0.0     0.0.0.0        15.1.1.115.1.0.0    255.255.0.0    15.1.1.417.1.0.0    255.255.0.0    17.1.1.1
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1、一种数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在原有的适配器远程接口上模拟出一个网管IP用的广域网接口，在这个新增的广域网接口和原有的以太网接口之间增加网管IP数据转发功能，把网管IP数据转换成和业务数据相同的传输流分组TSP，与业务数据共通道传输。
2、根据权利要求1的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在IP数据和传输流TS之间设置一个特定的能向两端相互转换的网络字节顺序封装适配层，通过这个适配层完成IP数据和传输流TS的双向转换。
3、根据权利要求2的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：对IP数据的转换的协议栈具体选择用IP/类AAL5/TS表述的协议栈。
4、根据权利要求3的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：先对IP数据进行类AAL5封装，对于封装好的类AAL5数据报再进行TS整数分片。
5、根据权利要求4的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在进行类AAL5封装时，封装后数据报的字节数为传输流分组TSP有效载荷184字节的整数倍。
6、根据权利要求4的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在进行TS分片时，应在传输流分组TSP的头部格式中设置区别于其他业务数据的标识。
7、根据权利要求6的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在TSP头部格式中至少包含以下信息：
A、网管IP数据特定的PID标识；
B、网管IP数据优先权标识；
C、网管IP数据起始标识。
8、根据权利要求7的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在业务数据接收端设置网管PID过滤器，识别PID为网管PID的传输流分组TSP，对之持续接收并计数，如果接收到的网管IP的传输流分组TSP的数量不大于规定值，视为接收正确；否则丢弃本次接收到的所有传输流分组TSP，重新开始计数。
9、根据权利要求7的数字视频系统的远程集中式管理方法，其特征在于：在接收正确时，先将传输流分组TSP载荷中的数据拼装起来，交给类AAL5适配处理成IP数据，检验正确后交给IP协议处理。
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