IEEE 1394標準的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究

摘 要： 本文概括了IEEE 1394標準的主要特點，闡述了基于IEEE 1394標準的網(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)拓撲結(jié)構(gòu)，并且討論了IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)的特點和局限性，指出了這種標準在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： IEEE 1394，網(wǎng)絡(luò)

1．IEEE 1394標準概述

IEEE 1394 是為了增強外部多媒體設(shè)備與電腦連接性能而設(shè)計的高速串行總線，傳輸速率可以達到400 Mbps，利用IEEE 1394技術(shù)我們可以輕易地把電腦和如攝像機，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：

　 (1) 即時數(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存在。
　　(2) 驅(qū)動程序安裝簡易。
　　(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，使用者就不用花時間辨認不同外圍設(shè)備要接到那個接頭，同時也降低了系統(tǒng)的成本。
　　(6) 點對點的通訊架構(gòu)：IEEE 1394外圍設(shè)備間互傳數(shù)據(jù)時，不須主機監(jiān)控，因此不會增加主機的負載，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，同步傳輸模式會確保某一連線的頻寬。對于如數(shù)碼攝錄機這種記錄容量大，又需要非常高精度的傳輸?shù)脑O(shè)備，IEEE 1394就最適合了。　　
(9) 支持熱插拔：IEEE 1394可以自動偵測設(shè)備的加入與移出動作并對系統(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及機械的接口，它位于整個傳輸接口的最底層，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（為兩對雙絞線），六接腳連接器需搭配六蕊的纜線，六蕊纜線由一對單心的電源線和兩對雙絞線組成，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；兩對雙絞線一為數(shù)據(jù)線、一為控制信號線，并采用差動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。傳輸層則是定義請求及響應(yīng)協(xié)議，并用以實現(xiàn)讀取、寫入及鎖住三個基本的傳輸動作。

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)點可以連接的數(shù)目為63臺，所以整個IEEE 1394的網(wǎng)絡(luò)上共可容納1024個設(shè)備，節(jié)點間可以做點對點的數(shù)據(jù)傳輸，當有新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，此設(shè)備會被自動給予一個識別碼。

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，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，數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤可以再行重送，且接收方必須有相對應(yīng)的響應(yīng)，即由這種機制來追蹤數(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)或打印機等設(shè)備上。IEEE 1394的總線周期為125μs，每個傳輸周期中同步傳輸通道會優(yōu)先處理，當64個同步傳輸信道處理完后再進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，故可以供1024個設(shè)備（1023 個連接區(qū)段）使用，當此10位全部為 1 時，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)點號碼，當此6個位全部為1時，表示廣播到區(qū)段上所有的節(jié)點，剩余的48位則是各節(jié)點的緩存器區(qū)及私有數(shù)據(jù)區(qū)。

每當IEEE 1394總線上有設(shè)備移除或是加入，都會產(chǎn)生重置信號，之后各節(jié)點會決定自己在網(wǎng)絡(luò)中所處同步的聯(lián)機地位，共可分為根節(jié)點、分枝節(jié)點及樹葉節(jié)點，而各節(jié)點的從屬關(guān)系則以Parent母體及Child追隨者來標示（在圖2中簡稱以P及C）。以圖2為例，如個人電腦連接了掃描儀，故其對掃描儀的連接點設(shè)定為Child，表示其還有下屬的節(jié)點，而整個傳輸?shù)脑S可與否則需要根節(jié)點的判斷，當欲使用總線傳輸?shù)脑O(shè)備向其Parent提請要求時，Parent會在各Child之間判斷出誰先提請求，將先提請求繼續(xù)向根部分傳遞，而同屬一個Parent的其它Child此時則被禁止提出請求，即由這種機制來完成整個總線使用權(quán)的判斷，取得使用權(quán)的節(jié)點就可以開始進行傳輸信號。

5．IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)的特點和局限

(1) 節(jié)點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IEEE 1394中繼器可以將節(jié)點之間的距離延長4.5米。因為IEEE 1394最多只能支持16層樹形網(wǎng)段，所以兩個端點之間的最大距離為72米。
　　(2) 每個網(wǎng)段最多可以連接63臺設(shè)備，每臺IEEE 1394可以連接1023個網(wǎng)段，從而可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是考慮到兩個節(jié)點之間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) 因為IEEE 1394設(shè)備支持熱插拔，所以可以在任何時候向IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)添加或拆除設(shè)備，既不用擔心影響數(shù)據(jù)的傳輸，也不需要進行重新配置，系統(tǒng)可以根據(jù)變化的環(huán)境進行自動調(diào)節(jié)。
　　(4) IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)使用的是對等結(jié)構(gòu)，不需要設(shè)置專門的服務(wù)器。但是，對于那些集中進行管理或數(shù)據(jù)存儲的系統(tǒng)來說，IEEE 1394并不是一個理想的選擇。
　　(5) 同一網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可以以不同的速度進行傳輸，目前可以實現(xiàn)的速度為100, 200, 和400Mbps。這一特點決定了在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時一定要考慮到不同設(shè)備的傳輸性能。如果在兩臺傳輸速度可達400Mbps的設(shè)備之間放置一臺100Mbps的設(shè)備無疑會使實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，人們越來越需要一個統(tǒng)一的接口標準。IEEE 1394可以滿足所有各方的需要，而且成本低，易于實現(xiàn)。IEEE 1394的首要目標是影像等消費類電子設(shè)備如數(shù)碼CAMCORDERS，數(shù)碼VCRS，DVD和數(shù)碼電視等。在影像消費電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)中，IEEE 1394已成為一種事實上的連接標準。因此，如果一臺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)公會已經(jīng)推出了IEEE 1394標準的升級方案。IEEE 1394多媒體聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將獲得高達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)范允許同當前的1394標準向后兼容。

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）連為一體的新型高速總線的PC市場，IEEE 1394的前景也必將是一片光明。