IPTV機頂盒的智能化配置和維護方案設(shè)計

IPTV接收終端，即IPTV機頂盒，是IPTV系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)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(shù)據(jù)和視頻流；支持H.264、MPEG-2、MPEG-4、WMV和Real等視頻解碼；支持相應(yīng)CA技術(shù)；支持HTML網(wǎng)頁瀏覽及網(wǎng)絡(luò)游戲等。

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

由于IPTV基于網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此作為網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的機頂盒在使用前應(yīng)進行IP地址、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置。如果在實際工程中采用人工逐臺進行設(shè)置，會大大增加運營商的人工成本，而且日后的維護費用也會相應(yīng)增加。因此在IPTV機頂盒的設(shè)計中應(yīng)考慮實現(xiàn)即插即用功能，即實現(xiàn)自動配置。

基于以上情況，本文設(shè)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)議實現(xiàn)，利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)機頂盒網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動配置，整個過程無需用戶干預(yù)，真正實現(xiàn)即插即用功能；配合通用的機頂盒設(shè)計，還可實現(xiàn)機頂盒視頻解碼等程序的自動升級；對用戶機頂盒的監(jiān)控和維護只需在遠程服務(wù)器上進行。

總體方案設(shè)計

管理模式選擇與設(shè)計

客戶—服務(wù)器模式（client-server model）的優(yōu)點之一是具有很大的靈活性。采用客戶—服務(wù)器模式后對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)置均可通過對服務(wù)器端的設(shè)置來實現(xiàn)，因而能適應(yīng)不同種類和不同環(huán)境下節(jié)點的需要。為了完成對機頂盒的網(wǎng)絡(luò)化自動配置，在IPTV底層網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置啟動配置服務(wù)器，機頂盒加電自檢后，通過固化在ROM中的登錄程序登錄啟動配置服務(wù)器完成相關(guān)參數(shù)配置，從服務(wù)器獲得相關(guān)設(shè)置后開始工作。

服務(wù)器類型及協(xié)議選擇

本方案采用BOOTP服務(wù)器及其協(xié)議進行管理和配置。BOOTP和RARP（Reverse Address Resolution Protocol）為TCP/IP協(xié)議簇中的兩個協(xié)議，均采用客戶—服務(wù)器模式實現(xiàn)，并且都能實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備IP地址的網(wǎng)絡(luò)化管理和配置，但相對于RARP來說，BOOTP主要具有以下優(yōu)點：（1）能為節(jié)點獲取其啟動所需的所有信息，功能比RARP強大得多。（2）基于傳輸協(xié)議UDP實現(xiàn)，不跟硬件直接打交道，易于實現(xiàn)且移植性好。（3）BOOTP服務(wù)器是作為一個應(yīng)用程序而存在的，這與RARP服務(wù)器存在于內(nèi)核中的方式不同，優(yōu)點是易于修改和移植，而RARP內(nèi)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IP地址，而BOOTP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(jié)的啟動文件名。

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

BOOTP報文格式、傳輸及配置過程

BOOTP報文格式

BOOTP最早出現(xiàn)在Unix系統(tǒng)中，負責(zé)Unix終端的遠程啟動，直到目前仍是Unix及之后Linux系統(tǒng)中最常用的方式。BOOTP協(xié)議有兩種報文：BOOTP請求及BOOTP響應(yīng)。為盡可能簡化BOOTP實現(xiàn)，BOOTP報文各域均為定長域，而且兩種報文格式完全相同。

BOOTP配置過程

（1）由ROM芯片中的BOOTP啟動代碼啟動客戶機（此時客戶機還沒有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)查詢請求，請求包含客戶機網(wǎng)卡MAC地址。

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

（3）客戶機通過讀取FOUND中的信息，再通過TFTP（Trivial File Transfer Protocol）服務(wù)器下載所需啟動配置文件，并將此文件在工作站內(nèi)存模擬成磁盤，從這個模擬磁盤啟動。

基于BOOTP機頂盒管理方案的實現(xiàn)

服務(wù)器的配置

（1）在IPTV底層網(wǎng)絡(luò)（小區(qū)網(wǎng)絡(luò)）設(shè)置BOOTP服務(wù)器。BOOTP支持多服務(wù)器同時工作，并且可由客戶指定為其服務(wù)的服務(wù)器（通過在BOOTP請求中填入服務(wù)器IP地址）。如果某小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中機頂盒較多，可設(shè)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(shè)備MAC地址、IP地址及對應(yīng)的啟動配置文件表。對機頂盒IP地址的日后維護可在BOOTP表中進行。

（3）啟動配置文件由TFTP下載。TFTP是一種簡化的文件傳輸協(xié)議，具有短小實用的特點，可存放在ROM中，對終端設(shè)備要求不高，易于實現(xiàn)。FTP雖然功能強大，但協(xié)議復(fù)雜，對硬件要求高，機頂盒難以滿足，因而對機頂盒并不實用。

機頂盒自動登錄實現(xiàn)

只需在機頂盒ROM中加入BOOTP啟動代碼，即可實現(xiàn)機頂盒到服務(wù)器的自動登錄。

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，雖然會增加IPTV網(wǎng)絡(luò)初始建設(shè)中服務(wù)器的成本，但由于機頂盒采用網(wǎng)絡(luò)化無盤啟動，不用安裝啟動配置文件，因而可節(jié)約機頂盒硬件資源，降低機頂盒成本。綜合考慮，初始建設(shè)成本增加不多。