IEEE 1394标准的网络应用研究

 作者Email:  wjlizhen@yahoo.com.cn

    摘  要：  本文概括了IEEE 1394标准的主要特点，阐述了基于IEEE 1394标准的网络架构、连接方式及传输模式，提出了一种IEEE 1394网络拓扑结构，并且讨论了IEEE 1394网络的特点和局限性，指出了这种标准在网络中的应用前景。

    关键词：  IEEE 1394，网络

    1． IEEE 1394标准概述

    IEEE 1394 是为了增强外部多媒体设备与电脑连接性能而设计的高速串行总线，传输速率可以达到400 Mbps，利用IEEE 1394技术我们可以轻易地把电脑和如摄像机，高速硬盘，音响设备等多种多媒体设备连接。总体上说，IEEE 1394具有以下特点：

　  (1) 即时数据传输：IEEE 1394具有同步和异步两种数据传输模式，在同一总线下，同步及异步传输连线可能同时存在。
(2) 驱动程序安装简易。
(3) 内存映射的架构：所有IEEE 1394总线上的资源，皆可以映射到某段内存地址，并依此方式来存取数据。
(4) 1394接线可提供电源：对无自用电源的设备而言，可以透过IEEE 1394 6-Pin的连接头来供给电源。
(5) 通用I/O连接头：整合各种PC的连接头成为一种万用的连接头，使用者就不用花时间辨认不同外围设备要接到那个接头，同时也降低了系统的成本。
(6) 点对点的通讯架构：IEEE 1394外围设备间互传数据时，不须主机监控，因此不会增加主机的负载，CPU资源占用率低。
(7) 最大400Mbps的数据传输率：在相同的总线上可以有数种不同的数据传输速率100，200，或400Mbps。
        (8) IEEE 1394是最理想的多媒体设备的接口：IEEE 1394支持同步传输模式，同步传输模式会确保某一连线的频宽。对于如数码摄录机这种记录容量大，又需要非常高精度的传输的设备，IEEE 1394就最适合了。　　
(9) 支持热插拔：IEEE 1394可以自动侦测设备的加入与移出动作并对系统做重新整合,无须人工干预。

    2．IEEE 1394网络架构

    IEEE 1394的网络共有三层，分别是物理层、链接层及传输层，其架构如图1所示。

    物理层定义了传输信息的电子信号及机械的接口，它位于整个传输接口的最底层，主要的功能为数据的编码、译码与总线的判断，而其连接器分为四接脚及六接脚两种规格，四接脚连接器需搭配四蕊的缆线（为两对双绞线），六接脚连接器需搭配六蕊的缆线，六蕊缆线由一对单心的电源线和两对双绞线组成，其最大输出电压规格为直流40V，最大输出电流为1.5A，因此连接于该总线上的设备可以使用上游设备提供的电源或使用自备的电源；两对双绞线一为数据线、一为控制信号线，并采用差动输出的方式即由双绞线传递，如此可以具有较佳的抗噪能力及信号品质。

    链接层主要功能为封包接收、封包传送与周期控制。传输层则是定义请求及响应协议，并用以实现读取、写入及锁住三个基本的传输动作。

    3．IEEE 1394网络的连接方式

    IEEE 1394的连接方式一为雏菊链，另一为接点分枝的方式，两者可以混合使用。如图2是一种典型的混合连接方式。雏菊链最多连接16段，各节点可以连接的数目为63台，所以整个IEEE 1394的网络上共可容纳1024个设备，节点间可以做点对点的数据传输，当有新设备加入网络时，此设备会被自动给予一个识别码。

    4．IEEE 1394网络的传输模式

    IEEE 1394网络的传输模式可分为同步传输和异步传输，同步传输其数据是连续性的，具有CRC检测，一般为视频及音频方面所应用，而异步传输的数据则是非连续性的，同样具有CRC检测，数据发生错误可以再行重送，且接收方必须有相对应的响应，即由这种机制来追踪数据的传送和接收是否无误，故其可以应用于硬盘、光驱或打印机等设备上。IEEE 1394的总线周期为125μs，每个传输周期中同步传输通道会优先处理，当64个同步传输信道处理完后再进行异步传输封包处理。而传输的寻址方式采用64位，最前面的10位为总线的编号，故可以供1024个设备（1023 个连接区段）使用，当此10位全部为 1 时，表示广播到总线上所有的设备。接下来的6位用于寻址区段上的节点号码，当此6个位全部为1时，表示广播到区段上所有的节点，剩余的48位则是各节点的缓存器区及私有数据区。

    每当IEEE 1394总线上有设备移除或是加入，都会产生重置信号，之后各节点会决定自己在网络中所处同步的联机地位，共可分为根节点、分枝节点及树叶节点，而各节点的从属关系则以Parent母体及Child追随者来标示（在图2中简称以P及C）。以图2为例，如个人电脑连接了扫描仪，故其对扫描仪的连接点设定为Child，表示其还有下属的节点，而整个传输的许可与否则需要根节点的判断，当欲使用总线传输的设备向其Parent提请要求时，Parent会在各Child之间判断出谁先提请求，将先提请求继续向根部分传递，而同属一个Parent的其它Child此时则被禁止提出请求，即由这种机制来完成整个总线使用权的判断，取得使用权的节点就可以开始进行传输信号。

    5．IEEE 1394网络的特点和局限

    (1) 节点之间的最大距离不能超过4.5米，但是可以使用IEEE 1394中继器克服这一局限。一台IEEE 1394中继器可以将节点之间的距离延长4.5米。因为IEEE 1394最多只能支持16层树形网段，所以两个端点之间的最大距离为72米。
(2) 每个网段最多可以连接63台设备，每台IEEE 1394可以连接1023个网段，从而可以实现各种复杂的网络结构。但是考虑到两个节点之间4.5米的最大距离限制，IEEE 1394并不适合在广域网中使用。
(3) 因为IEEE 1394设备支持热插拔，所以可以在任何时候向IEEE 1394网络添加或拆除设备，既不用担心影响数据的传输，也不需要进行重新配置，系统可以根据变化的环境进行自动调节。
(4) IEEE 1394网络使用的是对等结构，不需要设置专门的服务器。但是，对于那些集中进行管理或数据存储的系统来说，IEEE 1394并不是一个理想的选择。
(5) 同一网络中的数据可以以不同的速度进行传输，目前可以实现的速度为100, 200, 和400Mbps。这一特点决定了在设计网络时一定要考虑到不同设备的传输性能。如果在两台传输速度可达400Mbps的设备之间放置一台100Mbps的设备无疑会使实际的传输速度大打折扣。

    6．IEEE 1394网络应用的发展前景

    随着PC行业与通信和其它媒体之间的合作逐步深入，人们越来越需要一个统一的接口标准。IEEE 1394可以满足所有各方的需要，而且成本低，易于实现。IEEE 1394的首要目标是影像等消费类电子设备如数码CAMCORDERS，数码VCRS，DVD和数码电视等。在影像消费电子设备产业中，IEEE 1394已成为一种事实上的连接标准。因此，如果一台PC需要连接到这类设备上，它的连接方式就是IEEE 1394。

    1394同业公会已经推出了IEEE 1394标准的升级方案。IEEE 1394多媒体联网技术将获得高达1.6Gbps的速度提升。新的1394b规范至少能将速度从目前的最高400Mbps提升1倍，而且通过增加物理连接长度能使网络更灵活。新规范的架构支持3.2Gbps的未来速度，但初期允许网络以最低800Mbps、最高1.6Gbps的速度传输数据。新规范允许同当前的1394标准向后兼容。

    IEEE 1394已经在多媒体领域被广为接受，相信在急需一种可以把内部设备（如硬盘）和外部设备（如数字相机）连为一体的新型高速总线的PC市场，IEEE 1394的前景也必将是一片光明。