IEEE 1394標準的網絡應用研究

摘 要： 本文概括了IEEE 1394標準的主要特點，闡述了基于IEEE 1394標準的網絡架構、連接方式及傳輸模式，提出了一種IEEE 1394網絡拓撲結構，并且討論了IEEE 1394網絡的特點和局限性，指出了這種標準在網絡中的應用前景。

關鍵詞： IEEE 1394，網絡

1．IEEE 1394標準概述

IEEE 1394 是為了增強外部多媒體設備與電腦連接性能而設計的高速串行總線，傳輸速率可以達到400 Mbps，利用IEEE 1394技術我們可以輕易地把電腦和如攝像機，高速硬盤，音響設備等多種多媒體設備連接。總體上說，IEEE 1394具有以下特點：

　 (1) 即時數據傳輸：IEEE 1394具有同步和異步兩種數據傳輸模式，在同一總線下，同步及異步傳輸連線可能同時存在。
　　(2) 驅動程序安裝簡易。
　　(3) 內存映射的架構：所有IEEE 1394總線上的資源，皆可以映射到某段內存地址，并依此方式來存取數據。
　　(4) 1394接線可提供電源：對無自用電源的設備而言，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：IEEE 1394外圍設備間互傳數據時，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的數據傳輸率：在相同的總線上可以有數種不同的數據傳輸速率100，200，或400Mbps。
(8) IEEE 1394是最理想的多媒體設備的接口：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。對于如數碼攝錄機這種記錄容量大，又需要非常高精度的傳輸的設備，IEEE 1394就最適合了。　　
(9) 支持熱插拔：IEEE 1394可以自動偵測設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。

2．IEEE 1394網絡架構

IEEE 1394的網絡共有三層，分別是物理層、鏈接層及傳輸層，其架構如圖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，主要的功能為數據的編碼、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備可以使用上游設備提供的電源或使用自備的電源；兩對雙絞線一為數據線、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。

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協議，并用以實現讀取、寫入及鎖住三個基本的傳輸動作。

3．IEEE 1394網絡的連接方式

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)點可以連接的數目為63臺，所以整個IEEE 1394的網絡上共可容納1024個設備，節(jié)點間可以做點對點的數據傳輸，當有新設備加入網絡時，此設備會被自動給予一個識別碼。

4．IEEE 1394網絡的傳輸模式

IEEE 1394網絡的傳輸模式可分為同步傳輸和異步傳輸，同步傳輸其數據是連續(xù)性的，具有CRC檢測，一般為視頻及音頻方面所應用，而異步傳輸的數據則是非連續(xù)性的，同樣具有CRC檢測，數據發(fā)生錯誤可以再行重送，且接收方必須有相對應的響應，即由這種機制來追蹤數據的傳送和接收是否無誤，故其可以應用于硬盤、光驅或打印機等設備上。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。而傳輸的尋址方式采用64位，最前面的10位為總線的編號，故可以供1024個設備（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)及私有數據區(qū)。

每當IEEE 1394總線上有設備移除或是加入，都會產生重置信號，之后各節(jié)點會決定自己在網絡中所處同步的聯機地位，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定為Child，表示其還有下屬的節(jié)點，而整個傳輸的許可與否則需要根節(jié)點的判斷，當欲使用總線傳輸的設備向其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的判斷，取得使用權的節(jié)點就可以開始進行傳輸信號。

5．IEEE 1394網絡的特點和局限

(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層樹形網段，所以兩個端點之間的最大距離為72米。
　　(2) 每個網段最多可以連接63臺設備，每臺IEEE 1394可以連接1023個網段，從而可以實現各種復雜的網絡結構。但是考慮到兩個節(jié)點之間4.5米的最大距離限制，IEEE 1394并不適合在廣域網中使用。
　　(3) 因為IEEE 1394設備支持熱插拔，所以可以在任何時候向IEEE 1394網絡添加或拆除設備，既不用擔心影響數據的傳輸，也不需要進行重新配置，系統(tǒng)可以根據變化的環(huán)境進行自動調節(jié)。
　　(4) IEEE 1394網絡使用的是對等結構，不需要設置專門的服務器。但是，對于那些集中進行管理或數據存儲的系統(tǒng)來說，IEEE 1394并不是一個理想的選擇。
　　(5) 同一網絡中的數據可以以不同的速度進行傳輸，目前可以實現的速度為100, 200, 和400Mbps。這一特點決定了在設計網絡時一定要考慮到不同設備的傳輸性能。如果在兩臺傳輸速度可達400Mbps的設備之間放置一臺100Mbps的設備無疑會使實際的傳輸速度大打折扣。

6．IEEE 1394網絡應用的發(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。IEEE 1394的首要目標是影像等消費類電子設備如數碼CAMCORDERS，數碼VCRS，DVD和數碼電視等。在影像消費電子設備產業(yè)中，IEEE 1394已成為一種事實上的連接標準。因此，如果一臺PC需要連接到這類設備上，它的連接方式就是IEEE 1394。

1394同業(yè)公會已經推出了IEEE 1394標準的升級方案。IEEE 1394多媒體聯網技術將獲得高達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絡更靈活。新規(guī)范的架構支持3.2Gbps的未來速度，但初期允許網絡以最低800Mbps、最高1.6Gbps的速度傳輸數據。新規(guī)范允許同當前的1394標準向后兼容。

IEEE 1394已經在多媒體領域被廣為接受，相信在急需一種可以把內部設備（如硬盤）和外部設備（如數字相機）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。