Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УДАЛЕННОГО КОЛЛЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМОЙ

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в основном имеет отношение к удаленному централизованному управлению в сети, главным образом к способу удаленного централизованного управления цифровым видеооборудованием.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Типовая цифровая видеосистема включает пять основных перечисленных ниже модулей:

кодировщик, выполняющий аналого-цифровое (A/D - analog-to-digital) преобразование, квантование и сжатие входного аналогового телевизионного сигнала (изображения и сопутствующего звука) и формирующий на выходе транспортный поток (TS - Transport Stream), удовлетворяющий стандарту Международного телекоммуникационного союза ITU-T H222.0 (ISO/IЕС13818-1);

декодер, выполняющий обратную функцию кодировщика, т.е. на его вход поступает стандартный транспортный поток TS, а после восстановления сжатых данных (декомпрессии), цифро-аналогового (D/A) преобразования и кодирования аналогового сигнала на его выходе формируется полный телевизионный сигнал, соответствующий стандарту Международного телекоммуникационного союза ITU-R 601; причем транспортный поток может содержать одну или множество телевизионных программ;

мультиплексор, выполняющий на системном уровне функцию мультиплексирования транспортного потока TS, т.е. мультиплексирование многочисленных каналов транспортных потоков TSs и формирование на выходе транспортного потока TS, удовлетворяющего стандарту ITU-T H222.0 (ISO/IEC13818-1);

адаптер, осуществляющий двунаправленную адаптацию между форматом данных транспортного потока и структурой кадра технологии синхронной цифровой иерархии (SDH - Synchronous Digital Hierarchy), а также двунаправленное преобразование между интерфейсом транспортного потока TS и телекоммуникационным интерфейсом ITU-T G703, предназначенным для передачи и приема данных транспортного потока TS по сети SDH;

распределительное устройство, создающее из одной документальной копии транспортного потока TS многочисленные копии, т.е. разделяющее транспортный поток на множество; управление функционированием распределительного устройства не осуществляют.

На фиг.1 представлена типичная организация сети цифровых видеосистем, предназначенная для передачи цифровых широковещательных телевизионных программ по сети SDH. На фиг.1 сплошными линиями показаны каналы передачи данных цифровой видеослужбы, а пунктирными линиями показаны каналы передачи данных управления сетью. A/V - это аналоговый аудио/видеосигнал, ENC - кодировщик, DEC - декодер, MUX - мультиплексор, NA - адаптер и DIS - распределительное устройство.

Кодировщик осуществляет кодирование полных аналоговых телевизионных сигналов одного или множества каналов в транспортный поток TS. После мультиплексирования в MUX транспортный поток TS посылают на адаптер NA, где его преобразуют в поток данных ITU-T G703, а затем передают в сеть SDH.

На принимающем конце поток данных ITU-T G703, полученный по сети SDH, преобразуют в адаптере NA в транспортный поток TS, затем распределяют на один или несколько декодеров DEC, где формируют полные аналоговые телевизионные сигналы одного или нескольких каналов. Таким способом осуществляют удаленную передачу цифровых видеоданных.

В этой передающей системе в общем каждый кодировщик, декодер, мультиплексор и адаптер используют для управления оборудованием интерфейс сети Ethernet. Как показано на фиг.1, эти устройства могут образовывать для управления локальную сеть LAN (local area network).

Поскольку кодирующий/передающий и принимающий/декодирующий концы цифровой широковещательной телевизионной программы географически разделены на сотни и тысячи километров, для организации централизованного удаленного управления более чем двумя цифровыми трансляционными передающими системами необходимо между этими телевизионными системами, т.е. между этими локальными сетями создать коммуникационную сеть данных, также поддерживающую протокол IP.

Обычно это осуществляют путем установки нескольких комплектов сетевого оборудования между этими локальными сетями, например шлюза или маршрутизатора 101 и 201, представленных на фиг.2, затем локальные сети LANs объединяются в глобальную сеть (WAN - Wide Area Network) для организации системы удаленного централизованного управления сетью. Система управления сетью NMS (network management system) в PC (PC - personal computer) и агент управления каждой единицы сетевого оборудования обмениваются управляющими данными для организации удаленного централизованного управления всем оборудованием в сети. Цифровое видеооборудование 104 и 204 обменивается служебными данными через адаптеры 103 и 203.

Основным недостатком данной схемы является необходимость устанавливать дополнительную коммутационную сеть данных для обмена управляющими данными по сети SDH, т.е. необходимость занять еще один канал высокоскоростной сети SDH. Обычно для передачи управляющих данных достаточно более низкой скорости, равной приблизительно нескольким килобитам в секунду или десяткам килобит в секунду, и использование для данного уровня скоростей канала технологии SDH, скорость передачи данных по которому составляет более 2 мегабит в секунду, является расточительством ресурсов. Кроме того, для осуществления системы управления дополнительной сетью потребуется установка дополнительных шлюзов или маршрутизаторов, используемых для организации работы в сети, а также служебных плат технологии SDH между комплектами сетевого оборудования и интерфейсом сети SDH. Очевидно, что это увеличит стоимость аппаратных средств.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание дешевого удаленного централизованного управления сетью цифровых видеосистем.

Основная идея настоящего изобретения заключается в эмуляции интерфейса глобальной сети WAN для управления сеть поверх исходного удаленного интерфейса адаптера, соединяющего локальную сетью LAN, состоящую из цифрового видеооборудования, с глобальной сетью WAN, установке функции передачи для IP дейтаграммы между интерфейсом глобальной сети WAN и исходным интерфейсом сети Ethernet адаптера, преобразовании IP дейтаграммы в транспортные пакеты (ТР), такие же как служебные транспортные пакеты, и передаче всех этих преобразованных транспортных пакетов вместе со служебными транспортными пакетами по одному и тому же каналу в глобальную сеть WAN.

Предпочтительно установить уровень адаптации, осуществляющий двунаправленное преобразование между IP дейтаграммой и транспортными пакетами, основанное на сетевом байтовом порядке (Network Bytes Order) между IP дейтаграммами и транспортными пакетами.

Предпочтительно, чтобы стек протоколов для преобразования IP дейтаграммы был устроен следующим образом: IP поверх протокола типа AAL5 (AAL 5 - ATM Adaptation Layer 5 - уровень адаптации технологии асинхронного режима передачи 5) поверх TS.

Предпочтительно, чтобы вначале IP дейтаграмма была инкапсулирована в пакет типа ALL5, а затем этот пакет типа ALL5 был целократно фрагментирован на TPs.

Предпочтительно, чтобы при инкапсуляции типа AAL5 число байт, инкапсулированных в пакет типа ALL5, было целократно длине полезных данных ТР, т.е. целократно 184 байтам.

Предпочтительно после разбивания пакета типа ALL5 на TPs в каждом заголовке ТР установить поле идентификатора пакета PID (Packet identifier), отличное от служебных транспортных пакетов.

Предпочтительно, чтобы заголовок ТР содержал, по крайней мере, следующие поля:

А. поле идентификатора пакета (PID) уникальное для каждой IP дейтаграммы;

В. поле приоритета передачи IP дейтаграммы;

С. поле индикатора начала полезных данных IP дейтаграммы.

Предпочтительно на приемном конце установить сетевой управляющий фильтр PID, предназначенный для идентификации транспортных пакетов и постоянного их подсчета. Если число принятых транспортных пакетов, имеющих одинаковый PID, не превышает заданное значение, тогда в этот период времени прием осуществлен правильно, в противном случае все принятые за этот период времени транспортные пакеты будут отброшены и подсчет начнется заново.

Предпочтительно при условии, что прием осуществлен правильно, чтобы все полезные данные принятых транспортных пакетов были скомпонованы в IP дейтаграмму путем инкапсуляции по типу AAL5; и затем после проверки эта IP дейтаграмма была бы обработана на IP уровне.

Используя вышеупомянутый способ, данные управления сетью могут быть переданы совместно с цифровыми телевизионными широковещательными данными по одному и тому же каналу. Очевидно, что этот способ уменьшает количество сетевого аппаратного оборудования и снижает стоимость, выполняет удаленное централизованное управление и повышает использование полосы пропускания сети.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

На фиг.1 представлена организация работы в сети цифровых видеосистем.

На фиг.2 представлено IP соединение, обеспечивающее удаленное централизованное управление с использованием маршрутизаторов.

На фиг.3 представлено IP соединение, обеспечивающее удаленное централизованное управление с использованием адаптеров.

На фиг.4 представлен стек протоколов, используемый для передачи IP дейтаграммы с помощью адаптеров.

На фиг.5 представлен формат транспортного пакета.

На фиг.6 представлен формат инкапсуляции по типу AAL5, используемый в воплощении настоящего изобретения.

На фиг.7 представлена топология сети «звезда», обеспечивающая удаленное централизованное управление цифровыми видео системами.

На фиг.8 представлена кольцевая топология сети, обеспечивающая удаленное централизованное управление цифровыми видеосистемами.

ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет приведено более подробное описание настоящего изобретения, со ссылками на схемы и конкретные примеры.

На фиг.3 представлена схема воплощения настоящего изобретения. Служебные данные между цифровым видеооборудованием 104 и 204 передают через адаптеры 103 и 203. Две локальные сети LANs непосредственно подсоединены к глобальной сети WAN через адаптеры 103 и 203 соответственно. IP адрес сети Ethernet, по которому расположен адаптер 103 равен 10.14.3.254, адаптер 103 подсоединен к интерфейсу глобальной сети WAN по IP адресу 11.1.1.1; IP адрес сети Ethernet, по которому расположен адаптер 203 равен 12.1.1.1, и адаптер 203 подсоединен к интерфейсу глобальной сети WAN по IP адресу 11.1.1.2.

В цифровой видеосистеме адаптер подобно маршрутизатору имеет два интерфейса: один для сети Ethernet и другой для удаленной сети. Преобразование этих двух интерфейсов адаптера происходит следующим образом: эмуляция интерфейса глобальной сети WAN для управления сетью на исходном удаленном сетевом интерфейсе DS-3, установка функции передачи для IP дейтаграммы между этими двумя интерфейсами (это функция, выполняемая маршрутизаторами 101 и 201 на фиг.2), и затем передача и прием IP дейтаграммы управления сетью совместно с другими транспортными пакетами.

Адаптер использует операционную систему pSOS, работающую в реальном времени, которая выполняет TCP/IP. Настоящее изобретение внедряет интерфейс, который работает в особом режиме модуля TCP/IP системы pSOS. Интерфейс выполнен на интерфейсе DC-3. Между вышеупомянутым внедренным интерфейсом и интерфейсом локальной сети Ethernet для соединения локальной сети LAN в различных положениях IP дейтаграммы передают с помощью модуля TCP/IP системы pSOS, как показано на фиг.3, этот способ называется IP поверх TS.

На фиг.4 представлен стек протоколов, предназначенный для передачи IP дейтаграмм с помощью адаптера. Подчеркнутые протоколы выполняют с помощью способа IP поверх TS согласно настоящему изобретению и предназначены для инкапсуляции и передачи IP дейтаграммы.

Основанный на стеке протоколов, представленном на фиг.4 адаптер инкапсулирует IP дейтаграмму для того, чтобы она была передана в формате типа AAL5 (протокол уровня адаптации ATM 5), и затем фрагментирует ее в транспортный пакет (ТР) для совместной передачи с другими транспортными пакетами.

В соответствии со стандартом Н.222.0, после кодирования и сжатия данные телевизионной программы инкапсулируют для передачи в унифицированный формат. Унифицированный формат - это пакет ТР. В общем длина пакета ТР равна 188 байтам, включая 4 байта заголовка, состоящего из полей 1-6, показанных на фиг.5. Таким образом, длина полезных данных равна 188-4=184 байтам. На фиг.5 представлен формат пакета ТР, назначение и длина каждого поля формата следующие:

Поле 1 «синхр_байты» («sync_bytes») является синхронизирующим байтом (8 бит), который имеет значение 0х47 и используется для идентификации начала каждого пакета ТР в транспортном потоке, а также для синхронизации передачи и приема.

Поле 2 «индикатор_ошибки_передачи» («transport_error_indicator») является однобитовым индикатором ошибки передачи данного пакета ТР; если во время передачи произойдет ошибка, поле устанавливают равным 1, в противном случае его значение равно 0.

Поле 3 «индикатор_начала_блока_данных» («payload_umt_start_indicator») является однобитовым индикатором, предназначенным для индикации начала блока полезных данных; если данный пакет ТР загружает первый фрагмент блока полезных данных, поле устанавливают равным 1, в противном случае его устанавливают равным 0.

Поле 4 «приоритет_передачи» («transport_priority») может быть использовано для индикации соответствующего приоритета пакетов TPs; если данный пакет ТР является приоритетным, поле устанавливают равным 1, в противном случае его устанавливают равным 0.

Поле 5 «PID» является идентификатором пакета и занимает 13 бит; если пакеты TPs имеют одинаковый PID, это говорит о том, что они принадлежат к одному классу и сформированы одним и тем же источником, например источником сжатия видеоданных или источником сжатия аудиоданных и т.д.

Поле 6 - «управление_передачей_скремблированием» («transportjscrambling _control») - имеет два бита;

«управление_полем_адаптации» («adaptation_field_control») имеет два бита;

«непрерывный_счетчик» («continuity_counter») имеет четыре бита. Поле 7 - это байты полезных данных или заполняемые байты.

Передача TPs сходна по процедуре с передачей ячеек ATM, а протокол ALL5 - это общий эффективный формат для инкапсуляции IP дейтаграммы. Так, вначале адаптер инкапсулирует IP дейтаграмму таким образом, чтобы она была доставлена в формате, основанном на сетевом байтовом порядке; формат представлен на фиг.6 и называется форматом по типу ALL5. Ниже раскрыты длина и назначение каждого поля формата по типу ALL5:

Полезные данные: в общем это IP дейтаграмма конечной длины.

Заполнение: всю инкапсулированную дейтаграмму заполняют целократно длине (184 байта) полезных данных ТР, причем длина заполняющего поля 0-183 байт.

Длина: длина передается двумя байтами и указывает на длину полей полезных данных и заполнения без поля длины и поля CRC.

CRC: поле имеет длину четыре байта и предназначено для детектирования ошибки по всем полям, причем используют следующий полином:

Х³²+Х²⁶+Х²³+Х²²+Х¹⁶+Х¹²+Х¹¹+Х¹⁰+Х⁸+Х⁷+Х⁵+Х⁴+Х²+Х+1

В целом в сети Ethernet длина максимального передаваемего блока (MTU - Maximum Transmission Unit) составляет 1500 байт. Таким образом, максимальная длина инкапсуляции приблизительно равна 1500 байт и целократна длине полезных данных ТР. В этом случае IP дейтаграмма, посланная из сети Ethernet, может быть включена в пакет по типу AAL5 и интегральные TPs могут быть переданы после фрагментации.

Например, выбрано 184×9=1656, затем из этого значения вычитаем шесть фиксированных концевых байт инкапсуляции по типу AAL5, таким образом, MTU = 1656-6=1650 байт. Интерфейс DS-3 проинформирует IP модуль о величине MTU, таким образом длина IP, посланная в интерфейс DS-3 IP модулем, будет меньше этого значения MTU.

Передающая сторона фрагментирует дейтаграмму, инкапсулированную вышеприведенным способом, на участки длиной 184 байт, и затем помещает их в поле полезных данных ТР для передачи их совместно со служебными данными.

Ниже приведено более конкретное описание заголовка ТР, используемого для IP дейтаграммы управления сетью:

поля «синхр_байт» («sync_byte») и «индикатор_ошибки_передачи» («transport_error_indicatop>) определены также, как и в стандарте Н.222.0. поле «индикатор_начала_блока_данных» («payload_unit_start_indicator»): когда фрагментация является последней фрагментацией инкапсуляции по типу AAL5, поле устанавливают в 0, в противном случае его устанавливают равным 1;

поле «приоритет_передачи» («transport_priority»): считают, что дейтаграмма управления сетью более важна, поэтому это поле устанавливают равным 1;

поле «PID»: выбирается допустимое значение PID из всех PIDs других транспортных пакетов, таких как служебные транспортные пакеты и т.д., оно называется сетевым управляющим PID. Отправитель и получатель должны иметь одинаковый сетевой управляющий PID для того, чтобы выполнить двухстороннюю передачу данных управления сетью. Пользователь может сконфигурировать сетевой управляющий PID, но он не должен конфликтовать со всеми PIDs других транспортных пакетов;

«управление_передачей_скремблированием» («transport_scrambling_control») и «управление_полем_адаптации» («adaptation_field_control»): эти поля равны 00 и 01 соответственно;

«непрерывный_счетчик» («continuity_counten»): последовательно суммирует в соответствии со стандартом Н 222.0

На приемном конце установлен сетевой управляющий PID фильтр, с помощью этого фильтра непрерывно принимают и подсчитывают TPs с сетевым управляющим индикатором PID. Когда принят ТР, у которого поле «индикатор_начала_блока_данных» («payload_unit_start_indicator») равно 0, и число ранее принятых TPs с полем «индикатор_начала_блока_данных» («payload_unit_start_indicator») равным 1 не превышает 8, принятые полезные данные TPs собирают и затем инкапсулируют в пакет типа AAL5. После проверки на ошибки IP дейтаграмму обрабатывают IP модулем.

Когда число ранее принятых TPs с полем «индикатор_начала_блока_данных» («payload_unit_start_indicator») равным 1, превысило 8, это говорит о том, что в принятых данных существуют ошибки, поэтому все принятые в этот период времени TPs отбрасывают и вновь начинают подсчет.

Сейчас адаптер имеет два сетевых интерфейса; в соответствии с IP, адаптер знает прямую маршрутизацию этих двух сетей. Поскольку организация сети цифровых видеосистем более проста, используя конфигурацию маршрутизации по умолчанию, можно выполнить IP соединение управления сетью по всей сети.

Подробная таблица маршрутизации адаптера 103 может быть следующей:

Подробная таблица маршрутизации адаптера 203 может быть следующей:

На фиг.7 представлена топология сети «звезда», а на фиг.8 представлена кольцевая топология сети. На обеих этих фигурах DVN (digital video network) обозначает цифровую видеосеть; 102 - это система управления сетью (NMS - Network Management System); символ «облако» обозначает локальную управляющую сеть LAN, состоящую из цифрового видеооборудования; PC - это управляющий сетью компьютер; пунктирной линией обозначена линия связи DS-3.

Все локальные управляющие сети LANs соединены адаптерами.

На фиг.7 три подчиненных узла соединены с центральным узлом через адаптеры подчиненных узлов 203, 303, 403 и адаптеры центрального узла 503, 103, 603 соответственно. Каждый адаптер имеет два интерфейса, соответствующие двум IP адресам:

Адаптер 103: 10.14.3.254/11.1.1.1;

Адаптер 203: 12.1.1.1/11.1.1.2;

Адаптер 303: 13.1.1.1/11.1.1.3;

Adapter 403: 14.1.1.1/11.1.1.4;

Адаптер 503: 10.14.1.2/11.1.1.5;

Адаптер 603: 10.14.1.3/11.1.1.6.

На фиг.8 представлена кольцевая топология сети; центральный узел и три подчиненных узла соединены последовательно, им соответствуют адаптеры 103, 203, 303 and 403 соответственно. Их IP адреса следующие:

Адаптер 103: 10.14.1.5/15.1.1.1;

Адаптер 203: 16.1.1.1/15.1.1.2;

Адаптер 303: 18.1.1.1/15.1.1.3;

Адаптер 403: 17.1.1.1/15.1.1.4.

Подробная таблица маршрутизация следующая:

Вышеприведенное описание является всего лишь лучшим воплощением, оно не ограничивает рамки изобретения. Любые модификации, эквивалентные замены или улучшения в соответствии с идеей и принципами изобретения следует включить в рамки формулы изобретения.