IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究

 作者Email:  wjlizhen@yahoo.com.cn

    摘  要：  本文概括了IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)，闡述了基于IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、連接方式及傳輸模式，提出了一種IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞：  IEEE 1394，網(wǎng)絡(luò)

    1． IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)概述

    IEEE 1394 是為了增強(qiáng)外部多媒體設(shè)備與電腦連接性能而設(shè)計(jì)的高速串行總線，傳輸速率可以達(dá)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(jī)，高速硬盤，音響設(shè)備等多種多媒體設(shè)備連接?？傮w上說，IEEE 1394具有以下特點(diǎn)：

　  (1) 即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸：IEEE 1394具有同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，在同一總線下，同步及異步傳輸連線可能同時(shí)存在。
(2) 驅(qū)動(dòng)程序安裝簡(jiǎn)易。
(3) 內(nèi)存映射的架構(gòu)：所有IEEE 1394總線上的資源，皆可以映射到某段內(nèi)存地址，并依此方式來存取數(shù)據(jù)。
(4) 1394接線可提供電源：對(duì)無自用電源的設(shè)備而言，可以透過IEEE 1394 6-Pin的連接頭來供給電源。
(5) 通用I/O連接頭：整合各種PC的連接頭成為一種萬用的連接頭，使用者就不用花時(shí)間辨認(rèn)不同外圍設(shè)備要接到那個(gè)接頭，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的成本。
(6) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊架構(gòu)：IEEE 1394外圍設(shè)備間互傳數(shù)據(jù)時(shí)，不須主機(jī)監(jiān)控，因此不會(huì)增加主機(jī)的負(fù)載，CPU資源占用率低。
(7) 最大400Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率：在相同的總線上可以有數(shù)種不同的數(shù)據(jù)傳輸速率100，200，或400Mbps。
        (8) IEEE 1394是最理想的多媒體設(shè)備的接口：IEEE 1394支持同步傳輸模式，同步傳輸模式會(huì)確保某一連線的頻寬。對(duì)于如數(shù)碼攝錄機(jī)這種記錄容量大，又需要非常高精度的傳輸?shù)脑O(shè)備，IEEE 1394就最適合了?！　?br /> (9) 支持熱插拔：IEEE 1394可以自動(dòng)偵測(cè)設(shè)備的加入與移出動(dòng)作并對(duì)系統(tǒng)做重新整合,無須人工干預(yù)。

    2．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    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(gòu)如圖1所示。

    物理層定義了傳輸信息的電子信號(hào)及機(jī)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(shù)據(jù)的編碼、譯碼與總線的判斷，而其連接器分為四接腳及六接腳兩種規(guī)格，四接腳連接器需搭配四蕊的纜線（為兩對(duì)雙絞線），六接腳連接器需搭配六蕊的纜線，六蕊纜線由一對(duì)單心的電源線和兩對(duì)雙絞線組成，其最大輸出電壓規(guī)格為直流40V，最大輸出電流為1.5A，因此連接于該總線上的設(shè)備可以使用上游設(shè)備提供的電源或使用自備的電源；兩對(duì)雙絞線一為數(shù)據(jù)線、一為控制信號(hào)線，并采用差動(dòng)輸出的方式即由雙絞線傳遞，如此可以具有較佳的抗噪能力及信號(hào)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(qǐng)求及響應(yīng)協(xié)議，并用以實(shí)現(xiàn)讀取、寫入及鎖住三個(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(jié)點(diǎn)可以連接的數(shù)目為63臺(tái)，所以整個(gè)IEEE 1394的網(wǎng)絡(luò)上共可容納1024個(gè)設(shè)備，節(jié)點(diǎn)間可以做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)有新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，此設(shè)備會(huì)被自動(dòng)給予一個(gè)識(shí)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(shù)據(jù)是連續(xù)性的，具有CRC檢測(cè)，一般為視頻及音頻方面所應(yīng)用，而異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)則是非連續(xù)性的，同樣具有CRC檢測(cè)，數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤可以再行重送，且接收方必須有相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，即由這種機(jī)制來追蹤數(shù)據(jù)的傳送和接收是否無誤，故其可以應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)或打印機(jī)等設(shè)備上。IEEE 1394的總線周期為125μs，每個(gè)傳輸周期中同步傳輸通道會(huì)優(yōu)先處理，當(dāng)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?shù)膶ぶ贩绞讲捎?4位，最前面的10位為總線的編號(hào)，故可以供1024個(gè)設(shè)備（1023 個(gè)連接區(qū)段）使用，當(dāng)此10位全部為 1 時(shí)，表示廣播到總線上所有的設(shè)備。接下來的6位用于尋址區(qū)段上的節(jié)點(diǎn)號(hào)碼，當(dāng)此6個(gè)位全部為1時(shí)，表示廣播到區(qū)段上所有的節(jié)點(diǎn)，剩余的48位則是各節(jié)點(diǎn)的緩存器區(qū)及私有數(shù)據(jù)區(qū)。

    每當(dāng)IEEE 1394總線上有設(shè)備移除或是加入，都會(huì)產(chǎn)生重置信號(hào)，之后各節(jié)點(diǎn)會(huì)決定自己在網(wǎng)絡(luò)中所處同步的聯(lián)機(jī)地位，共可分為根節(jié)點(diǎn)、分枝節(jié)點(diǎn)及樹葉節(jié)點(diǎn)，而各節(jié)點(diǎn)的從屬關(guān)系則以Parent母體及Child追隨者來標(biāo)示（在圖2中簡(jiǎn)稱以P及C）。以圖2為例，如個(gè)人電腦連接了掃描儀，故其對(duì)掃描儀的連接點(diǎn)設(shè)定為Child，表示其還有下屬的節(jié)點(diǎn)，而整個(gè)傳輸?shù)脑S可與否則需要根節(jié)點(diǎn)的判斷，當(dāng)欲使用總線傳輸?shù)脑O(shè)備向其Parent提請(qǐng)要求時(shí)，Parent會(huì)在各Child之間判斷出誰先提請(qǐng)求，將先提請(qǐng)求繼續(xù)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(qǐng)求，即由這種機(jī)制來完成整個(gè)總線使用權(quán)的判斷，取得使用權(quán)的節(jié)點(diǎn)就可以開始進(jìn)行傳輸信號(hào)。

    5．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和局限

    (1) 節(jié)點(diǎn)之間的最大距離不能超過4.5米，但是可以使用IEEE 1394中繼器克服這一局限。一臺(tái)IEEE 1394中繼器可以將節(jié)點(diǎn)之間的距離延長(zhǎng)4.5米。因?yàn)镮EEE 1394最多只能支持16層樹形網(wǎng)段，所以兩個(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(tái)設(shè)備，每臺(tái)IEEE 1394可以連接1023個(gè)網(wǎng)段，從而可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是考慮到兩個(gè)節(jié)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?yàn)镮EEE 1394設(shè)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(shè)備，既不用擔(dān)心影響數(shù)據(jù)的傳輸，也不需要進(jìn)行重新配置，系統(tǒng)可以根據(jù)變化的環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
(4) IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)使用的是對(duì)等結(jié)構(gòu)，不需要設(shè)置專門的服務(wù)器。但是，對(duì)于那些集中進(jìn)行管理或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)來說，IEEE 1394并不是一個(gè)理想的選擇。
(5) 同一網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可以以不同的速度進(jìn)行傳輸，目前可以實(shí)現(xiàn)的速度為100, 200, 和400Mbps。這一特點(diǎn)決定了在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)一定要考慮到不同設(shè)備的傳輸性能。如果在兩臺(tái)傳輸速度可達(dá)400Mbps的設(shè)備之間放置一臺(tái)100Mbps的設(shè)備無疑會(huì)使實(shí)際的傳輸速度大打折扣。

    6．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展前景

    隨著PC行業(yè)與通信和其它媒體之間的合作逐步深入，人們?cè)絹碓叫枰粋€(gè)統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 1394可以滿足所有各方的需要，而且成本低，易于實(shí)現(xiàn)。IEEE 1394的首要目標(biāo)是影像等消費(fèi)類電子設(shè)備如數(shù)碼CAMCORDERS，數(shù)碼VCRS，DVD和數(shù)碼電視等。在影像消費(fèi)電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)中，IEEE 1394已成為一種事實(shí)上的連接標(biāo)準(zhǔn)。因此，如果一臺(tái)PC需要連接到這類設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)方案。IEEE 1394多媒體聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將獲得高達(dá)1.6Gbps的速度提升。新的1394b規(guī)范至少能將速度從目前的最高400Mbps提升1倍，而且通過增加物理連接長(zhǎng)度能使網(wǎng)絡(luò)更靈活。新規(guī)范的架構(gòu)支持3.2Gbps的未來速度，但初期允許網(wǎng)絡(luò)以最低800Mbps、最高1.6Gbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。新規(guī)范允許同當(dāng)前的1394標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部設(shè)備（如硬盤）和外部設(shè)備（如數(shù)字相機(jī)）連為一體的新型高速總線的PC市場(chǎng)，IEEE 1394的前景也必將是一片光明。