IPTV机顶盒的智能化配置和维护方案设计

IPTV接收终端，即IPTV机顶盒，是IPTV系统关键设备之一，其主要功能包括：支持LAN或xDSL网路传输、接收及处理IP数据和视频流；支持H.264、MPEG-2、MPEG-4、WMV和Real等视频解码；支持相应CA技术；支持HTML网页浏览及网络游戏等。 

由于机顶盒硬件资源有限，其操作系统一般采用WINCE、嵌入式Linux、RTOS等嵌入式操作系统。 

由于IPTV基于网络传输，因此作为网络接入设备的机顶盒在使用前应进行IP地址、网关等网络参数的设置。如果在实际工程中采用人工逐台进行设置，会大大增加运营商的人工成本，而且日后的维护费用也会相应增加。因此在IPTV机顶盒的设计中应考虑实现即插即用功能，即实现自动配置。 

基于以上情况，本文设计了一种可网络化管理和配置机顶盒的网络解决方案。该方案基于TCP/IP协议簇中的BOOTP（BOOT strapping Protocol）协议实现，利用网络服务器实现机顶盒网络参数的自动配置，整个过程无需用户干预，真正实现即插即用功能；配合通用的机顶盒设计，还可实现机顶盒视频解码等程序的自动升级；对用户机顶盒的监控和维护只需在远程服务器上进行。 

总体方案设计 
          
管理模式选择与设计 

客户—服务器模式（client-server model）的优点之一是具有很大的灵活性。采用客户—服务器模式后对网络节点的设置均可通过对服务器端的设置来实现，因而能适应不同种类和不同环境下节点的需要。为了完成对机顶盒的网络化自动配置，在IPTV底层网络上设置启动配置服务器，机顶盒加电自检后，通过固化在ROM中的登录程序登录启动配置服务器完成相关参数配置，从服务器获得相关设置后开始工作。 

服务器类型及协议选择 

本方案采用BOOTP服务器及其协议进行管理和配置。BOOTP和RARP（Reverse Address Resolution Protocol）为TCP/IP协议簇中的两个协议，均采用客户—服务器模式实现，并且都能实现现场设备IP地址的网络化管理和配置，但相对于RARP来说，BOOTP主要具有以下优点：（1）能为节点获取其启动所需的所有信息，功能比RARP强大得多。（2）基于传输协议UDP实现，不跟硬件直接打交道，易于实现且移植性好。（3）BOOTP服务器是作为一个应用程序而存在的，这与RARP服务器存在于内核中的方式不同，优点是易于修改和移植，而RARP内核服务器的修改和移植都很困难。（4）协议传输效率高，交换信息量大，可以充分利用硬件能力。（5）RARP一次只交换一个IP地址，而BOOTP报文除了可交换IP地址外，还可提供网关IP、服务器主机名及128字节的启动文件名。 

基于上述分析，选BOOTP实现机顶盒的网络化配置管理。

BOOTP报文格式、传输及配置过程 

BOOTP报文格式 

BOOTP最早出现在Unix系统中，负责Unix终端的远程启动，直到目前仍是Unix及之后Linux系统中最常用的方式。BOOTP协议有两种报文：BOOTP请求及BOOTP响应。为尽可能简化BOOTP实现，BOOTP报文各域均为定长域，而且两种报文格式完全相同。 

BOOTP配置过程 

（1）由ROM芯片中的BOOTP启动代码启动客户机（此时客户机还没有IP地址），它就用广播形式以IP地址0.0.0.0向网络发查询请求，请求包含客户机网卡MAC地址。 

（2）BOOTP服务器接收到请求帧，并根据帧中MAC地址在BOOTPTAB中查找这个MAC记录，并将信息（客户机IP、服务器地址、网关IP及启动文件名等）以FOUND的形式发回客户机。 

（3）客户机通过读取FOUND中的信息，再通过TFTP（Trivial File Transfer Protocol）服务器下载所需启动配置文件，并将此文件在工作站内存模拟成磁盘，从这个模拟磁盘启动。 

基于BOOTP机顶盒管理方案的实现 

服务器的配置 

（1）在IPTV底层网络（小区网络）设置BOOTP服务器。BOOTP支持多服务器同时工作，并且可由客户指定为其服务的服务器（通过在BOOTP请求中填入服务器IP地址）。如果某小区网络中机顶盒较多，可设置多台服务器，以增加网络的可靠性。 

（2）BOOTPTAB表的配置。在BOOTPTAB表建立终端设备MAC地址、IP地址及对应的启动配置文件表。对机顶盒IP地址的日后维护可在BOOTP表中进行。 

（3）启动配置文件由TFTP下载。TFTP是一种简化的文件传输协议，具有短小实用的特点，可存放在ROM中，对终端设备要求不高，易于实现。FTP虽然功能强大，但协议复杂，对硬件要求高，机顶盒难以满足，因而对机顶盒并不实用。 

机顶盒自动登录实现 

只需在机顶盒ROM中加入BOOTP启动代码，即可实现机顶盒到服务器的自动登录。 

本方案在解决机顶盒的网络化管理配置中引入服务器后，虽然会增加IPTV网络初始建设中服务器的成本，但由于机顶盒采用网络化无盘启动，不用安装启动配置文件，因而可节约机顶盒硬件资源，降低机顶盒成本。综合考虑，初始建设成本增加不多。