（微电子学与固体电子学专业论文）远程网络播控系统的设计与实现.pdf

韭夏至迪盘堂亟堂位论塞生塞揸垩 中文摘要 摘要： 本文所讲的远程网络播控系统实现了两大功能，分别是：多媒体播放器的远 程集中控制和媒体数据的远程部署。我们设计并实现的远程网络播控系统，在功 能方面，弥补了现有楼字广告播放系统不能集中控制和不能远程更新数据的缺陷： 在性能方面，我们设计的远程网络播控系统具有稳定性非常高、数据部署效率高、 播放器成本低和播放图像质量高的优点。实验证明：我们设计的远程网络播控系 统可以在无人职守的情况下，连续无故障工作4 8 0 小时以上，完全达到了系统设 计的预期目标。基于l i n u x 操作系统编写播放器端软件，降低了播放器成本。为了 保证图像播放质量，我们使用s i g m ad e s i g n 公司提供的专用图像解码芯片作为播 放器的核心芯片。 本文所讲的远程网络播控系统可以分为三大子系统，分别是：远程控制子系 统、媒体数据部署子系统和媒体文件播放子系统。本文详细介绍了这三大子系统 的设计思想和实现细节。为了提高整个系统的工作稳定性，我们做了大量的工作， 这些工作可以分为五大类，分别是：设计并实现播放器软件看门狗、为播放器添 加硬盘自检功能、实现禁止播放不完整文件的功能、复查代码和提高硬件稳定性。 我们设计的远程网络播控系统为用户提供了播放实时字幕的功能。在本次设 计中，我们以软件的方式实现了实时字幕播放器。针对将来更为复杂的实时字幕 应用，我们需要进一步提高实时字幕播放器的性能，因而实时字幕播放器的硬件 实现不可避免。为此，我们提出了实时字幕播放器的硬件实现方案，并做了初步 设计。 关键词：远程控制；数据部署；t c p i p 协议；媒体播放器； 分类号：t n 4 3 1 2 ：t n 9 1 9 8 a b s t r a c t a b s t r a c t ： w ei m p l e m e n tt w of u n e t i o mo ft e l e e o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e m ，w h i c ha r er e m o t e c e n t r a l i z e d c o n t r o lo fm u t i m e d i ap l a y e r sa n dr e m o t ed a t ad i s t r i b u t i n g u s e r sn o wc a n u s et h i st e l e c o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e mt op e r f o r mc e n t r a l i z e d - c o n t r o la n du p d a t et h e i r a d v e r t i s e m e n tp l a y e r s ，w h i c hw a si m p o s s i b l eb e f o r e o u rt e l e e o n t r o lm e d i ap l a y s y s t e mh a sh i g h e rs t a b i l i t y , b e t t e rd e p l o y m e n te f f i c i e n c y , l o w e rc o s ta n dh i g h e rp l a y q u a l i t y 1 1 l i ss y s t e mi sp r o v e dt ob ea b l et ow o r k 晰t l l “0d e f e c t ”f o r4 8 0h o u r sw i t h o u t m a n i p u l a t i o n t h es o f t w a r ew a si m p l e m e n t e db a s e do nl i n u xo s s ot h ec o a s tw a s r e d u c e d w eu s ei m a g ed e c o d e rc h i pp r o v i d e db ys i g m ad e s i g nt oo b h a n c et h ei m a g e q u a l i t y 1 1 1 i st e l e c o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e mc a nb ed i v i d e di n t ot h r e es u b s y s t e m s w h i c h a r et e l e e o n t r o ls u b s y s t e m ，d a t ad i s t r i b u t i n gs u b s y s t e ma n dm e d i ap l a ys u b s y s t e m w ep r e s e n ta l ld e t a i l so fh o wt od e s i g na n dh o w1 0i m p l e m e n tt h i ss y s t e m t oe 1 1 l h a n c e t h es t a b i l i t yo ft e l e c o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e m ，w eh a v ed o n eal o to fw o r k s ，w h i c ha r c d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r ew a t c h d o gi np l a y e r s ，i m p l e m e n t a t i o no f h a r d d i s ks e l fc h e e k , i n h i b i t i o no fp l a y i n gi n c o m p l e t em e d i af i l e s ，c o d er e v i e wa n d e n h a n c e m e n tt h es t a b i l i t yo f h a r d w a r e w ei m p l e m e n ts o f t w a r er e a lt i m ec a p t i o np l a y e ro ft h et e l e e o n t r o lm e d i ap l a y s y s t e m f o rt h em o f ec o m p l e xa p p l i c a t i o n so fr e a lt i m ec a p t i o np l a y e ri nt h ef u t u r e ， w es h o u l di m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a lt i m ec a p t i o np l a y e r s o ，t h eh a r d w a r e r e a lt i m ec a p t i o np l a y e rw i l lh a v et ob ei m p l e m e n t e d w cg i v et h eb a s ed e s i g ns c h e m e o f h a r d w a r er e a lt i m ec a p t i o np l a y e ri nt h i sp a p e r k e y w o r d s ：r e m o t ec o n t r o l ；d a t ad i s t r i b u t e ；t c p f l p ；m e d i ap l a y e r ； c l a s s n o ：t n 4 3 1 2 ：t n 9 1 9 8 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：多农女牲) 名：袁小缸4 入。，一 签字日期：z 叼年仁月i 2 ，日 签字日期：知刁年j 如j z 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：荔膨支猿i 签字日期：乙7 0 7 年7 。月f 明 致谢 本论文的工作是在我的导师袁小龙副教授的悉心指导下完成的，袁老师严谨 的治学念度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来袁 老师对我的关心和指导。 袁老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了 我很大的关心和帮助，在此向袁老师表示衷心的谢意。 袁老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的 感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，郄利波、刘金鹏、赵博等同学对我的研究工 作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 韭塞窑煎去堂亟堂焦i 金塞i i言 1 引言 1 1 论文背景与意义 “视觉”和“听觉”是在人类所有感觉中获取信息最丰富、最直接的两种渠 道。1 8 9 5 年意大利的马可尼和俄国的波波夫发明了无线电，随后广播电台如同雨 后春笋般在世界范围内出现，满足着人们同益提高的“听觉”需求。上世纪2 0 年 代，出现了最简单的可以进行现场直播的电视，虽然当时的电视图像模糊不清， 而且飘忽不定，但是从此开始一个新的纪元，人们开始不断的追求更高的“视觉” 享受。从那个时候开始到现在的近百年时间内，电视系统做了许多重要的改进， 并且在全世界形成了一个巨大的消费电子市场，带动了一大批与之相关的产业的 发展。电视已经深入到人们生活，学习和工作的各个领域，成为人们日常生活中 最重要的信息来源。伴随着广播和电视的发展，广告行业也在日益壮大，形形色 色的广告不停的向人们灌输着信息，广告已经成为人们生活的一部分【1 1 。 随着经济的发展和社会的进步，人类已经进入了信息化的社会，人们的生活 节奏同益加快，每天呆在家里看电视的时间已经越来越短。但是，随着计算机多 媒体技术的发展，电视在当代社会又有了新的功能，大量的电视出现在了写字楼、 酒店、机场、火车站、商场等等人流密集的公共场所。这就是刚刚兴起的楼宇广 告【3 】。有统计资料表明：普通人一天中停留在户外的时间大约是两小时，目前的户 外广告投放额为1 0 0 多亿元：普通人每天在家待1 4 小时左右，广告商在电视和报 纸投入的金额分别是2 6 0 亿和2 4 0 亿元；上班族平时在办公场所工作8 个小时， 在这种场合投放的广告总量却不到1 0 亿元。据预测，未来5 年内，中国整个广告 市场的营业额可达1 0 0 0 亿至1 5 0 0 亿元。其中，楼宇( 办公场所) 广告的市场空 间将达到3 0 0 亿至4 0 0 亿元。如此巨大市场空间，引来了各大公司的激烈争夺【2 】。 为了占领市场，各大公司纷纷提出了自己的楼宇广告系统方案。但是现有的 楼宇广告播放系统，无论采用硬盘存储信息，还是采用存储卡存储信息，都有一 个共同的特点，那就是各个播放节点相互独立，不能集中控制，一般以人工更换 硬盘和存储卡的形式来更新节目。随着播放节点的增加，更新节目所需人力和时 间正在直线上升；而且随着公司业务范围的扩展，一个公司的播放节点可能分布 在全国各地，甚至世界各地p 】。因此在这种背景下设计和实现一个具有远程集中控 制功能的视频播放系统，已经成为在未来几年内打赢这场楼宇广告“争夺战”的 关键。 1 2 国内外研究现状 目前楼字广告系统市场中，占主导地位的播放器主要包括两种：一种是以硬 盘为存储介质的硬盘媒体播放器：另一中是以存储卡为存储介质的卡式媒体播放 器。这两种媒体播放器的特点都是独立控制，需要人工现场更新媒体数据。虽然 集中控制媒体播放器和远程更新媒体数据的的概念虽然已经提出，并且已经有一 些研究单位实现了局域网内的播放器控制系统，但是由于i n t c r n o t 网传输媒体数据 速度的局限性，这些已有的媒体播放系统并不能实现媒体播放器的远程集中控制 和媒体数据的远程更新p l 。 现有楼宇广告系统中的媒体播放器多采用基于w i n d o w s 操作系统的开发平台 实现【4 】【5 】【6 j ，需要为操作系统缴纳使用费。虽然每一台播放器需要缴纳的使用费并 不多，但是对于需要大批量生产的播放终端而言操作系统使用费却是一项巨大的 开支。 目前，国内外对点对点文件互传算法已经有了比较深入的研究【7 】【8 j ，并且已经 有了非常成熟的软件产品，例如b i t c o m o t 、e m u l e 、x m u l e 、a m u l e 等，这些软件 都很好实现了客户端之间的文件互传，有完善的负载平衡机制，能最大限度段的 利用网络带宽进行文件传输。但是这些点对点文件传输算法都是为p c 机用户设计 并实现的，对于硬件资源稀少并且无人值守的媒体播放器来说并不合适。 鉴于以上这些情况，我们设计并实现了远程网络播控系统。这个系统真正实 现了对媒体播放器的远程集中控制；为了实现媒体文件的远程高效部署，我提出 并实现了双队列数据部署算法( t w oq u e u e sd a t ad i s t r i b u t i n gm e t h o d ) ，这是一种根 据嵌入式系统的特点设计并实现的点对点文件传输算法。我们在远程网络播控系 统的媒体播放器上采用l i n u x 操作系统，从而避免了巨额的操作系统使用费，提高 了产品市场竞争力。 1 3 论文组织结构 本文以远程网络播控系统的设计和实现为目标，提出了一种切实可行的远程 网络播控系统实现方案，并且详细对比分析了各个子系统的可选设计方案，详细 阐述了实现整个系统的关键点。在整个系统的设计和实现过程中，我们遇到了系 统可靠性和多媒体数据部署( m u l t i m e d i ad a t ad i s l r i b u t e ) 两大难题。为了解决可靠性 问题，我们从系统的角度研究提高可靠性的方法，在整个设计过程中始终贯穿提 高可靠性的思想；为了解决多媒体数据部署的问题，我提出了“双队列数据部署 方案”，该方案很好的解决的远程多媒体数据部署的问题，以该方案为主题的论文 高清广告播放系统数据部署方案分析发表在微计算机应用杂志上。 本文的章节安排及各章主要内容如下。 第l 章介绍了论文背景与意义、国内外研究现状和论文组织结构。 第2 章介绍了系统方案的分析与选型。本章根据远程网络播控系统的功能要 求，提出了系统整体实现方案。在确定系统整体方案的基础上，我们根据实际情 况分别确定了远程控制子系统、媒体数据部署子系统和媒体文件播放子系统的实 现方案。在设计远程控制子系统的时候，我们分析了基于t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 协议的控制数据传输方案和基于c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 的分布式系统方案，最终确定采用基于t c p 协议的控制数据传输方案； 在设计媒体数据部署子系统的时候，我们分别设计并实现了基于f t p 协议的媒体 数据部署方案和双队列数据部署方案。 第3 章详细介绍了控制子系统的设计与实现。控制子系统是远程网络播控系 统设计与实现的核心，是决定整个项目成败的关键性模块。本章分为四个部分： 第一部分介绍了控制子系统的总体结构；第二部分介绍了控制协议的设计；第三 部分介绍了播放器端的控制子模块的设计与实现；第四部分介绍了控制服务器端 的控制子模块的设计与实现。 第4 章详细介绍了数据部署子系统的设计与实现。本章主要内容如下：双队 列数据部署方案的基本原理、数据部署服务器的工作流程、网络播放节点的工作 流程和双队列数据部署方案中的异常处理。 第5 章详细介绍了媒体播放子系统的设计与实现。本章分为三个部分：媒体 播放子系统的总体结构、软件实时字幕播放器的设计与实现和硬件实时字幕播放 器设计。 第6 章详细介绍了系统调试的过程。系统调试是指各个子系统实现之后对整 个系统功能和系统稳定性进行测试，并进行改进的过程。本项目的系统调试工作 占了整个项目工作总时间的三分之二左右，在这么长时白j 的系统调试过程中，我 们发现了很多系统稳定性方面的问题，提高系统稳定性成了这个工作阶段的核心 内容。本章分为两部分：第一部分介绍为提高系统所做的五项工作，这五项工作 分别是设计并实现播放器软件看门狗、为播放器添加硬盘自检功能、实现禁止播 放不完整文件的功能、复查源代码和提高硬件稳定性；第二部分介绍系统测试环 境及测试结果。 第7 章详细总结了本次设计，并提出了未来的研究计划 e 塞至堕太兰亟堂位途塞丕统友塞的岔扳皇造型 2 系统方案的分析与选型 本章根据远程网络播控系统的功能要求，提出了系统整体实现方案。在确定 系统整体方案的基础上，我们根据实际情况分别确定了远程控制子系统、媒体数 据部署子系统和媒体文件播放子系统的实现方案。在设计远程控制子系统的时候， 我们分析了基于t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议的控制数据传输方案和基 于c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 的分布式系统方案，最终确 定采用基于t c p 协议的控制数据传输方案：在设计媒体数据部署子系统的时候， 我们分别设计并实现了基于f t p 协议的媒体数据部署方案和双队列数据部署方案 两套媒体数部署方案。 2 1 系统方案总体设计 远程网络播控系统的基本要求是实现各个播放节点的远程集中控制，并且能 远程部署媒体数据和实时传输文本信息。为了直观的说明远程网络播控系统的功 能，图1 给出了系统功能示意图，其中m s ( m e d i as e v e r ) 表示媒体服务器、 c s ( c o n t r o ls e r v e r ) 表示控制服务器。 图l 系统功能示意图 f i g u r e1f u n c t i o nd i a g r a mo ft e l e c o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e m 如图l 所示，用户使用p c 机上的w e b 浏览器登录c s 服务器，通过c s 服务 器对播放器实施远程监控，用户可以做的操作包括启动，停止播放器、更新播放器 上的媒体数据和实时监视播放器工作状态等；用户使用p c 机上的f t p 客户端( 例 如k a pf t p ) 登录m s 服务器，并更新m s 服务器上的媒体数据。 从功能的角度出发，远程网络播控系统可以分为：远程控制子系统、数据部 署子系统、媒体播放子系统和播放节点配置子系统。图2 给出了系统功能划分示 意图。其中远程控制子系统负责控制命令的传输和播放节点的状态信息传输，并 且提供用户接口；数据部署子系统执行远程控制子系统的数据部署命令，并向远 程控制子系统反馈数据部署状态；媒体播放子系统执行远程控制子系统的播放命 令，并且向远程控制子系统反馈播放状态。其中远程控制子系统是整个系统的核 心，也是实现整个系统的关键。 曰 图2 系统功能划分示意田 1 , u r e2h i g h - l e v e la r c h i t e c t u r eo f t e l e e o n t r o lm e d i ap l a ys y s t e m 图2 仅仅给出了系统的功能划分，并没有说明系统内部的数据流向，也没有 说明各个子系统的位置分布。为了进一步说明系统结构，细化系统设计，需要进 一步给出“系统控制数据流向图”和“系统媒体数据流向图”，说明各个子系统的 位置分布。 图3 给出了远程网络播控系统的控制数据流向，其中虚线上面部分为播放节 点需要实现的模块，虚线下面部分为控制服务器需要实现的模块。控制服务器与 播放节点之| 日j 由远程控制子系统连接，因此远程控制子系统必须分为：播放节点 远程控制模块和控制服务器远程控制模块。播放节点远程控制模块和控制服务器 远程控制模块之间必须实现远程控制数据传输协议，这是本系统设计的关键，在 本章第2 节将对这部分进行详细讨论，并给出基于t c p 数据报文的控制数据传输 方案和基于c o r b a 的分布式系统方案两种可选设计方案。 l 数据部署i 媒体撬放 ij 播放前点屺簧 lll 播破” 端远甲，控制模块 彳下 ，b ， 控制服务矩端远程控制模块 i 集成用户接口 t 播放节点内部 控制数据流 播放节点部分 控制服务嚣部分 o 远程控制数据漉i 装掣器蠡嚣皇 田3 系统控制数据漉向图 氆p l r e 3 c o n t r o l d a t a s t r e a m o f t e l e c o n t r o l m e d 妇p l a y s y s t e m 图4 表示出了远程网络播控系统中媒体数据的流向，这是本章第3 节讨论媒 体数据部署方案的基础。在图4 中，用户使用自己的p c 机通过集成用户接口子系 统( i n t e g r a t e du s e ri n t e r f a c e ) 向c s 服务器发出文件下载指令；c s 服务器根据 用户的指令，通过远程控制子系统向播放器发出文件下载命令，c s 服务器的命令 中包含需要下载的文件列表和m s 服务器的地址；播放器接收到c s 服务器的命令 之后，向m s 服务器发出文件下载请求：m s 服务器收到播放器的请求之后，与播 放器之间建立媒体数据传输路径，开始媒体数据传输。在媒体数据传输过程中播 放器向c s 服务器实时反馈文件传输进度：播放器完成整个文件的下载之后，向 c s 服务器发出反馈信息，报告播放器当前文件系统状态r 文件系统状态包括：硬盘 上所有媒体文件的文件名和文件大小、硬盘总体容量和硬盘剩余空间) 。在整个过 程中，c s 服务器始终通过i u i 子系统向用户显示播放器的当前状态，以达到实时 监控的目的。 j e 夏窑适叁堂亟堂僮论童丕蕴友塞鲍筮堑生堂型 图4 系统媒体数据流向图 f i g u r e4m e d i ad a t as t r e a mo f t e l e e o n t r o lm e d i ip l a ys y s t e m 2 2 控制数据传输方案 设计合理的控制数据传输方案是整个系统运转的关键，在设计控制数据传输 方案的时候我们分析了两种备选方案，分别是：基于t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 数据报文的控制数据传输方案和基于c o r b a ( c o m m o no b m tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 的分布式系统方案。其中基于t c p 数据报文的控制数据传输方 案易于实现，是实际采用的设计方案：而基于c o 砌 a 的分布式系统方案，是未 来远程控制系统的发展趋势，是系统改进的方向。 2 2 1基于t c p 数据报文的控制数据传输方案 1 t c p i p 协议 t c p i pf t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o l 的简写，中文译名为传 输控制协议互联网络协议) 是i n t e m e t 最基本的协议。t c p i p 协议可以用在各种 各样的信道和底层协议( 例如t l 和x2 5 、以太网以及r s 2 3 2 串行接口) 之上。 确切地说，t c p i p 协议是一组包括t c p 协议和r p 协议、u d p ( u s e rd a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) 协议、i c m p ( i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 ) 协议和其它一些协议的 协议组。t c p ，口协议并不完全符合o s i 的七层参考模型。传统的开放式系统互连 参考模型，是一种通信协议的7 层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。 该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7 层是：物理层、数据链 路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而t c p i p 通讯协议采用了4 层的层级结构，每一层都调用它的下一层所提供的网络服务来完成自己的需求。 这4 层分别为： 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输( s m t p ) 、文件传输协议 ( f r p ) 和网络远程访问协议( t e l n e t ) 等。 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议( t c p ) 、 用户数据报协议t t y o p ) 等，t c p 和u d p 给数据包加入传输数据并把它传输到下一 层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。 互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到 达目的主机( 但不检查是否被正确接收) ，如网际协议( 口) 。 网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络( 如e t h e m e t 、 s e r i a ll i n e 等) 来传送数据。 口层接收由更低层( 网络接口层，例如以太网设备驱动程序) 发来的数据包， 并把该数据包发送到更高层( t c p 或u d p 层) ：相反，口层也把从t c p 或u d p 层接收来的数据包传送到更低层。口数据包是不可靠的，因为m 并没有做任何事 情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。口数据包中含有发送它的主机 的地址( 源地址) 和接收它的主机的地址( 目的地址) 。高层的t c p 和u d p 服务 在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说，地址形成 了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。口 数据头包含一个选项，叫作i ps o u r c er o u t i n g ，可以用来指定一条源地址和目的地 址之间的直接路径。对于一些t c p 和u d p 的服务来说，使用了该选项的口包好 象是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。 如果m 数据包中有已经封好的t c p 数据包，那么i p 将把它们向上传送 到t c p 层。t c p 对所有的数据包进行排序并做错误检查。t c p 数据包中包括数据 包的序号和数据包错误检查信息，所以未按照顺序收到的数据包可以按照数据包 序号重新排序，而损坏的包可以被重传。t c p 将它的信息送到更高层的应用程序， 例如t e l n e t 的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回t c p 层，t c p 层便 将它们向下传送到i p 层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。面向连接的 服务需要高度的可靠性，所以要使用t c p 。 u d p 与t c p 位于同一层，但是u d p 协议没有对于数据包进行顺序和错误重 发的功能。因此，u d p 不能提供面向连接的服务，u d p 主要用于那些面向查询和 应答的服务，这些服务需要交换的信息量较小。欺骗u d p 包比欺骗t c p 包更容易， 因为u d p 协议没有建立初始化连接( 也可以称为握手) 的过程，也就是说，与u d p 相关的服务面临着更大的安全性问题。 t c p 或u d p 连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：源m 地址， 发送包的口地址；目的口地址，接收包的i p 地址；源端口，源系统上的连接的 端口；目的端口，目的系统上的连接的端口。端口是一个软件结构，被客户程序 或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个1 6 比特的整数1 9 1 1 1 0 l 。 2 基于t c p 数据报文的控制数据传输方案分析 因为t c p 协议比u d p 协议具有更好的可靠性和安全性，所以我们在远程网络 播控系统中采用t c p 协议作为控制数据的传输协议。基于t c p 数据报文的控制数 据传输方案就是：在播放器端的远程控制模块与c s 服务器端的远程控制模块之间 使用t c p 数据报文直接传递信息。双方都要实现t c p 报文组装和t c p 报文解释 功能，当然这里所说的报文组装和报文解释都是指应用层的操作。各方都通过解 释t c p 报文获得对方的意图，通过将自己的意图封装到t c p 报文中告诉对方。 基于t c p 数据报文的控制数据传输方案的优点是：第一，实现依赖性较小， 双方都只要支持最基本t c p 传输即可实现，这一点在l i n u x 和w i n d o w s 这样的现 在操作系统上都很容易实现；第二，数据传输比较灵活，因为所有的报文格式都 是自定义的，可以灵活的调整报文结构，当然这里所说的报文结构都是指应用层 的t c p 报文。 基于t c p 数据报文的控制数据传输方案的缺点是：具体实现比较复杂，因为 直接用软件实现报文组装和报文解释需要较大的代码量，需要对内存数据做基于 字节的操作，使程序容易出现内存泄露( 内存泄露是指在编程过程中内存使用不当 而造成程序崩溃的错误1 等不良状态。 2 2 2 基于c o r b a 的分布式系统方案 1 c o r b a 分析 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e 公共对象请求代理体系 结构) 是由o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n t g r o u p ) 组织制订的一种面向对象应用程序体 系规范。或者说c o i m a 体系结构是对象管理组织( o m g ) 为解决分布式处理环 境( d c e ) q b ，硬件和软件系统的互连而提出的一种解决方案；o m g 组织是一个国 际性的非盈利组织，其职责是为应用丌发提供一个公共框架，制订工业指南和对 象管理规范，加快对象技术的发展。 o m g 组织成立后不久就制订了o m a ( o b j e c tm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ，对象 管理体系结构) 参考模型，该模型描述了o m g 规范所遵循的概念化基础结构。 o m a 由对象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 、对象服务、公共设施、域接 口和应用接口这几个部分组成，其核心部分是对象请求代理o r b 。对象服务是为 使用和实现对象而提供的基本服务集合；公共设施是向终端用户应用程序提供的 一组共享服务接口；域接口是为应用领域服务而提供的接口；应用接口是由开发 商提供的产品，用于它们的接口，不属于o m g 标准的内容。o r b 提供了一种机 制，通过这种机制，对象可以透明的发出请求和接收响应。 c o r b a 标准由对象管理组织( o m g ) 设立并进行控制，c o r b a 定义了一系 列a p i 和通信协议，从而使得异质应用程序( 异质应用程序是指在不同硬件平台 上运行的应用程序，例如在a r m 体系结构的c p u 上运行的应用程序和在i n t e l 体 系结构的c p u 上运行的应用程序就可以称为异质应用程序) 能够实现互相操作， 这些应用程序用不同的程序语占编写，运行在不同的硬件平台上。c o r b a 为定义 明确的物件提供了平台和位置的透明性，这些物件是分布式计算平台的基础。 c o r b a 分布计算技术，是由绝大多数分布计算平台厂商所支持和遵循的系统 规范技术，具有模型完整、先进，独立于系统平台和开发语言，被支持程度广泛 的特点，已逐渐成为分布计算技术的标准。c o b r a 标准主要分为3 个层次：对象 请求代理、公共对象服务和公共设施。最底层是对象请求代理o r b ，规定了分布 对象的定义( 接口) 和语言映射，实现对象问的通讯和互操作：在o r b 之上定义 了很多公共服务，可以提供诸如并发服务、名字服务、事务( 交易) 服务、安全服务 等各种各样的服务；最上层的公共设施则定义了组件框架，提供可直接为业务对 象使用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则l i l 2 】。 2 基于c o r b a 的分布式系统方案分析 通过c o r b a 技术可以实现面向对象的远程控制。控制服务器对播放器的控 制可以不再关注控制服务器与播放器之间的t c p 协议报文，而是直接远程调用播 放器上提供的功能函数就可以了。例如，控制服务器要通过互联网控制播放器实 现丌始播放媒体文件和停止播放媒体文件的功能，根据c o r b a 技术，首先控制 服务器和播放器之间要定义约定一个共同的l d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 文 件，该文件规定了播放器向控制服务器提供的所有可以调用的功能函数：然后播 放器具体实现i d l 文件中规定的所有功能函数；最后控制服务器通过c o r b a 提 供的服务，根据i d l 文件直接调用播放器提供的功能函数，从而达到控制播放器 的目的。 因此，采用c o r b a 技术实现远程控制，可以免去播放器与控制服务器之间 通信协议的设计，从而极大的减少整个远程网络播控系统的设计复杂度，为提高 0 远程网络播控系统的稳定性奠定了基础。但是c o r b a 服务的建立需要在播放器 上消耗额外的系统资源，对于基于嵌入式系统实现的播放器来说，是很难承受的。 综上所述，基于t c p 数据报文的控制数据传输方案，是我们实际采用的控制 数据传输设计方案；而基于c o r b a 的分布式系统方案，是未来远程控制系统的 发展趋势，是系统改进的方向。 2 3 媒体数据部署方案 媒体数据远程部署是整个系统实现远程节目更新的基础，也是体现整个系统 特色的关键之处。为了很好的实现远程媒体数据部署这个功能，我们分别设计和 实现了两套媒体数部署方案：基于f t p 协议的媒体数据部署方案和双队列数据部 署方案。其中基于f t p 协议的媒体数据部署方案是整个系统基本的媒体数据部署 方案，其特点是稳定、可靠；而双队列数据部署方案是为用户提供的扩展功能， 其特点是部署速度快、效率高。在确定这两种方案之前，对比分析了2 “数据部署 方案、环状数据部署方案、网状数据部署方案和双队列数据部署方案f 该方案采用 。数据源队列”和“数据目标队列”组织播放节点，因此得名双队列数据部署方 案) ，我们最终在这些方案中确定采用基于f t p 协议的媒体数据部署方案和双队列 数据部署方案。 图5 给出了，直接数据部署方案，即所有的播放器都从媒体服务器获取媒体 文件。基于f t p 协议的媒体数据部署方案就属于这种类型。 圈5 直接数据部署方案 f i g u r e5 d i r e c td a t ad i s t r i b u t i n gm e t h o d 图6 是一个组内文件互传数据部署方案，即处于同一个局域网内的播放器“只 派一个代表”去媒体服务器获取数据，等到这个。代表”获取完整的媒体数据之 后，其他播放器就从局域网内有完整媒体数据的播放器获取媒体数据。2 ”数据部 署方案、环状数据部署方案、网状数据部署方案和双队列数据部署方案都属于这 种类型。 圈6 组内文件互传教据部署方案 f i g u r e6d a t ad i s t r i b u t i n gm e t h o db e t w e e np l a y e r s 2 3 1 基于f t p 协议的媒体数据部署方案 1 f r p 协议 f r p 协议的任务是从一台计算机将文件传送到另一台计算机，它与这两台计 算机所处的位置、联接的方式、甚至是是否使用相同的操作系统无关。f t p 的传 输有两种方式：a s c i i 传输模式和二进制数据传输模式。 ( 1 ) a s c i i 传输方式。假定用户j 下在拷贝的文件包含简单的a s c i i 码文本，如 果在远程机器上运行的不是u n i x ，当文件传输时，卸通常会自动地调整文件的 内容以便于把文件解释成另外那台计算机存储文本文件的格式。但是常常有这样 的情况，用户正在传输的文件包含的不是文本文件，它们可能是程序、数据库、 字处理文件或者压缩文件( 尽管字处理文件包含的大部分是文本，其中也包含有 指示页尺寸，字库等信息的非打印字符等) 。这就需要用二进制传输模式进行文件 传输。 ( 2 ) 二进制传输模式。在二进制传输中，原始文件和拷贝文件的是逐位一一 2 对应的。二进制传输模式是以b i t 为单位( 即以每一位二进制编码为单位) 进行文件 传输的。 f r p 支持两种模式，一种方式叫做s t a n d a r d 模式( 也就是p o r t 模式，主动 模式) ，另一种是p a s s i v e 模式( 被动模式) 。在s t a n d a r d 模式下，f 1 t 的客户端 发送p o r t 命令到f t p 服务器。在p a s s i v e 模式下，f r p 的客户端发送p a s s i v e 命 令到f 1 ps e r v e r 。下面分别介绍这两种模式的工作原理。 在s t a n d a r d 模式下，f t p 客户端首先和f t p 服务器的t c p 2 1 端口建立连接， 通过这个通道发送命令，客户端需要接收数据的时候在这个通道上发送p o r t 命 令。p o r t 命令中包含了客户端用什么端口接收数据。在传送数据的时候，服务 器端通过自己的t c p 2 0 端口连接至客户端的指定端口发送数据。f r ps e r v e r 必须 和客户端建立一个新的连接用来传送数据。 在p a s s i v e 模式下，控制通道建立和s t a n d a r d 模式类似，但建立连接后发送的 不是p o r t 命令，而是p a s s i v e 命令。f t p 服务器收到p a s s i v e 命令后，随机打开一 个高端端口( 端口号大于1 0 2 4 ) ，并且通知客户端在这个端口上传送数据的请求， 客户端连接f t p 服务器的这个端口，然后f t p 服务器将通过这个端口进行数据的 传送，这时f t ps e r v e r 不再需要建立一个新的和客户端之白j 的连接。很多防火墙在 设置的时候都是允许接受外部发起的连接，所以许多位于防火墙后或内网的f t p 服务器不支持p a s s i v e 模式，因为客户端无法穿过防火墙打开f t p 服务器的高端端 口；而许多内网的客户端不能用p o r t 模式登陆f r p 服务器，因为从服务器的t c p 2 0 无法和内部网络的客户端建立一个新的连接【1 3 】【1 4 】。 2 基于f t p 协议的媒体数据部署方案分析 基于f t p 协议的媒体数据部署方案就是在每个播放器上实现f t p 客户端模 块，f t p 客户端模块根据远程控制子系统发出的命令，主动从m s 服务器上获取媒 体数据。 基于f t p 协议的媒体数据部署方案的优点是：第一，实现比较容易，播放器 上的f t p 客户端可以通过移植现有的开放源代码的f t p 客户端实现；第二，结构 简单，有利于提高系统的稳定性；第三，很容易实现断点续传，可以保证媒体数 据完整。 基于兀甲协议的媒体数据部署方案的缺点是：所有播放器都通过i n t e m e t 网来 获取媒体数据，因此传输效率较低、速度比较慢，并且对m s 服务器的压力比较 大。 综上所述，我们采用基于f t p 协议的媒体数据部署方案作为系统媒体数据部 署的基本方案。 2 3 22 n 数据部署方案 2 “部署的基本思路是：以二叉树的方式组织节点。图7 表示了2 n 数据部署方 案中各个节点的组织结构。首先向远端播放器所在局域网内的网内某一个播放节 点发布一份数据拷贝( 这种数据发布方式包括f t p 文件下载方式和人工方式) ，获 得了数据拷贝的节点( 这里的节点就是指一台媒体播放器) 同时从服务器获取节 点的地址列表。该节点把这个地址列表依次发送给其余节点。其余节点根据自己 在列表中的位置，得到自己的节点编号。节点可以根据自己的节点编号推算出自 己应该为哪些节点提供媒体数据。图7 表示了2 “数据部署方案中各个节点的组织 结构。 2 “数据部署方案优点是：对服务器的依赖很少。缺点：异常处理比较复杂， 播放节点需要实现比较复杂的容错算法l ”l 。 q 囝 ，7 j 固固圆 圆 j j 圈7 2 n 教据部署 f i g u r e72 n d a t ad i s t r i b u t i n gm e t h o d 2 3 3 环状数据部署方案 图8 为环状数据部署方案节点组织示意图。假设需要分配数据的节点一共有 m 个。将原数据拷贝分为n 个逻辑分块，将所有的m 个节点，每n 个节点一组， 组成一个环，一共可以组成m n 个环。数据拷贝节点依次向每个环提供数据。每 个环中的节点首先从数据拷贝节点处分别获得一个不同的逻辑分块，之后按逆时 针顺序向下一个节点推送自己最新获得的那个逻辑分块。这样在经过n 1 个循环 之后，环内的n