IPv6 over DVB发送网关协议转换模块及监控的设计与实现

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DVB(Digital Video Broadcasting)标准是数字电视广播系统规范,DVB选定MPEG-2标准作为其音频及视频的编码压缩方式。IP over DVB就是由DVB信道传输被转换成MPEG-2 TS(传输流)的IP数据的过程。相对于目前主流的IPv4网络协议来说,IPv6具有更好的扩展性,并且能为用户提供高质量服务。本文研究以“IPv6 over DVB在远程教育中的应用与示范研究”为背景,利用了卫星信道天然的广播优势,以非常低廉的价格实现广大区域内大数据量的分发,适合中西部等经济不发达的地区,有利于我国远程教育的发展。本文所做的主要工作有:设计并实现了基于Linux的IPv6 over DVB发送网关的协议转换模块。采用ULE(Unidirectional Lightweight Encapsulation,单向轻量封装)作为新的协议封装方法,ULE相比于以往应用较广的MPE(Multi-Protocol Encapsulation,多协议封装)封装方法减少了三分之二的控制字段,具有更高的封装效率。在比较了ULE和MPE两种封装方式的封装空间效率、封装延迟和丢包数的基础上,本文设计并实现了ULE协议转换模块,它通过将原始IP数据包放入SNDU(子网数据单元)的数据载荷中,添加ULE控制字段和目标MAC(介质访问控制)地址,形成完整的SNDU,再将SNDU分段放入MPEG-2 TS流中,完成数据信息由IP数据到MPEG-2 TS流的格式转化。在将SNDU分段形成TS的过程中,为了减少接收端的解封装难度,减少不必要的错误,本文采用了一些简化协议转换的办法,如每一个TS包中只放一个SNDU,新的SNDU则用新的TS包开始,而且每个SNDU的第一个分段在TS包中的起始位置与其他分段的起始位置不同。协议转换模块支持IPv4和IPv6双协议栈的ULE封装,相比之前应用较广的MPE方式,有效的提高了协议转换的空间利用效率和时间效率。设计并实现了发送网关的监控模块。该模块包括发送监控报文和解析反馈报文并显示反馈信息的功能。本文设计并实现了五种监控报文和五种反馈报文,监控通过socket接口发送监控报文并接收相应的反馈报文以实现对IP over DVB发送网关的配置、查询和PID(分组标识符)的动态设置,监控可以设置多路PID传输IP数据上星,同时可以对反馈报文实时解析,随时监控卫星Modem的传输状态,根据卫星所提供的带宽和被传送数据的要求,限制各路上星数据的流量,以避免给卫星传输带来过大的压力。最后,实际卫星实验环境和长期的远程教育的应用测试结果表明,协议转换模块能正确地封装IP数据为MPEG-2 TS流,且ULE封装方式的封装时间少于MPE封装方式的封装时间,本文所实现的模块具有很好的稳定性。
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