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系統關鍵設備之一，其主要功能包括：支持LAN或xDSL網路傳輸、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；支持HTML網頁瀏覽及網路游戲等。

　　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基于網絡傳輸，因此作為網絡接入設備的機頂盒在使用前應進行IP地址、網關等網絡參數的設置。如果在實際工程中采用人工逐臺進行設置，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增加。因此在IPTV機頂盒的設計中應考慮實現即插即用功能，即實現自動配置。

　　基于以上情況，本文設計了一種可網絡化管理和配置機頂盒的網絡解決方案。該方案基于TCP/IP協議簇中的BOOTP（BOOT strapping Protocol）協議實現，利用網絡服務器實現機頂盒網絡參數的自動配置，整個過程無需用戶干預，真正實現即插即用功能；配合通用的機頂盒設計，還可實現機頂盒視頻解碼等程序的自動升級；對用戶機頂盒的監控和維護只需在遠程服務器上進行。

　　總體方案設計

　　管理模式選擇與設計

　　客戶—服務器模式（client-server model）的優點之一是具有很大的靈活性。采用客戶—服務器模式后對網絡節點的設置均可通過對服務器端的設置來實現，因而能適應不同種類和不同環境下節點的需要。為了完成對機頂盒的網絡化自動配置，在IPTV底層網絡上設置啟動配置服務器，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器完成相關參數配置，從服務器獲得相關設置后開始工作。

　　服務器類型及協議選擇

　　本方案采用BOOTP服務器及其協議進行管理和配置。BOOTP和RARP（Reverse Address Resolution Protocol）為TCP/IP協議簇中的兩個協議，均采用客戶—服務器模式實現，并且都能實現現場設備IP地址的網絡化管理和配置，但相對于RARP來說，BOOTP主要具有以下優點：（1）能為節點獲取其啟動所需的所有信息，功能比RARP強大得多。（2）基于傳輸協議UDP實現，不跟硬件直接打交道，易于實現且移植性好。（3）BOOTP服務器是作為一個應用程序而存在的，這與RARP服務器存在于內核中的方式不同，優點是易于修改和移植，而RARP內核服務器的修改和移植都很困難。（4）協議傳輸效率高，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，還可提供網關IP、服務器主機名及128字節的啟動文件名。

　　基于上述分析，選BOOTP實現機頂盒的網絡化配置管理。

　　BOOTP報文格式、傳輸及配置過程

　　BOOTP報文格式

　　BOOTP最早出現在Unix系統中，負責Unix終端的遠程啟動，直到目前仍是Unix及之后Linux系統中最常用的方式。BOOTP協議有兩種報文：BOOTP請求及BOOTP響應。為盡可能簡化BOOTP實現，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向網絡發查詢請求，請求包含客戶機網卡MAC地址。（2）BOOTP服務器接收到請求幀，并根據幀中MAC地址在BOOTPTAB中查找這個MAC記錄，并將信息（客戶機IP、服務器地址、網關IP及啟動文件名等）以FOUND的形式發回客戶機。（3）客戶機通過讀取FOUND中的信息，再通過TFTP（Trivial File Transfer Protocol）服務器下載所需啟動配置文件，并將此文件在工作站內存模擬成磁盤，從這個模擬磁盤啟動。

　　基于BOOTP機頂盒管理方案的實現

　　服務器的配置

　　（1）在IPTV底層網絡（小區網絡）設置BOOTP服務器。BOOTP支持多服務器同時工作，并且可由客戶指定為其服務的服務器（通過在BOOTP請求中填入服務器IP地址）。如果某小區網絡中機頂盒較多，可設置多臺服務器，以增加網絡的可靠性。

　　（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議，具有短小實用的特點，可存放在ROM中，對終端設備要求不高，易于實現。FTP雖然功能強大，但協議復雜，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

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

　　本方案在解決機頂盒的網絡化管理配置中引入服務器后，雖然會增加IPTV網絡初始建設中服務器的成本，但由于機頂盒采用網絡化無盤啟動，不用安裝啟動配置文件，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。