Проект корпоративной сети звукового обеспечения "Интеллектуального здания" на основе технологии Fast Ethernet (стр. 6 из 24)

· Рентабельная и гибкая интеграция технологии благодаря стандартным промышленным интерфейсам;

· Гибкий протокол, открытый для дальнейших усовершенствований;

· Привлекательные программы лицензирования;

· Широкий диапазон различного оборудования: микшерные пульты, усилители, акустические системы, процессоры, и т.д.

Краткий обзор технологии

Запатентованный протокол EtherSound обеспечивает двунаправленную, детерминированную, передачу звука с очень низким временем задержки по синхронизированным аудио каналам и передачу контрольной информации посредством стандартного Ethernet. 64 канала звука в формате 24 бит/48 кГц, плюс интегрированное управление и контроль данных, транспортируемых (передаваемых) по одному общему кабелю. В зависимости от частоты дискретизации возможны различные варианты конфигурации количества каналов, то есть, например 32 канала при частоте 96 кГц. Благодаря встроенному генератору тактовых импульсов, крайне низкий джиттер обеспечивает отличное качество аудио сигнала.

Были предприняты специальные разработки, для того чтобы гарантировать полную совместимость со стандартом Ethernet IEEE802.3x. Сети EtherSound поддерживают второй (физический) уровень внешних устройств и используют стандартные кабели CAT5 или CAT6, волоконную оптику, коммутаторы, медиаконвертеры, и другие стандартные компоненты Ethernet. Для систем EtherSound необходима полоса пропускания в 100 Мбит/с, также системы могут работать в пределах виртуальной локальной сети как часть существующей корпоративной сети связи [3].

Сети EtherSound заменяют традиционные точечные соединения архитектурами, которые проще проектировать, устанавливать, и обслуживать: топологии шина, звезда, или комбинация обеих технологий.

При использовании топологии "шина", все каналы доступны всем подключенным устройствам. В топологии "звезда", все каналы доступны всем устройствам по направлению "нисходящего информационного потока" в направлении устройства ввода. Все каналы независимы друг от друга.

EtherSound – один из самых амбициозных проектов в области цифрового аудио (продвигаемый в основном французскими компаниями). Общеизвестно, как довольно быстро сдались цифровым технологиям звукозапись, воспроизведение и вещание (во всех видах – от радио до Public Address), но оставался один нерушимый бастион – концертное звукоусиление. До сих пор аналоговые консоли востребованы гораздо больше, чем цифровые, единого стандарта на передачу многоканального аудиосигнала нет, да и цены пока еще близки к заоблачным. Ну, и конечно, главный аргумент специалистов в области «живых» постановок – неприемлемая величина задержки сигнала в общепринятых системах цифровой передачи.
Основное достоинство протокола EtherSound – при соединении «точка–точка» аналоговый сигнал передается с задержкой, не превышающей 125 мкс, которая не зависит от количества передаваемых каналов (см. рис. 1.1). С помощью стандартного сетевого оборудования пользователь может собрать систему, состоящую из 60 тыс. компонентов, и емкостью до 64 каналов в формате 24 бит/48 кГц.

Рисунок 1.1 Величина задержки сигнала в сети EtherSound.

1.3.2 Cobranet

Сетевая технология CobraNet разработана американской исследовательской компанией Peak Audio. Эта технология получила довольно широкое распространение в сфере профессионального аудио оборудования и постепенно стала стандартом де-факто в области транспортировки профессиональных потоковых аудио/видео данных по компьютерным сетям. Компания Peak Audio тесно сотрудничает с одной из крупнейших в мире корпораций по производству полупроводниковых чипов высокой степени интеграции Cirrus Logic , Inc.

Это сотрудничество позволило ускорить продвижение технологии CobraNet путём разработки и производства чипа, исполняющего роль интерфейса-контролера сети CobraNet. Появление данного чипа существенно облегчило внедрение этой передовой технологии во всё большее количество производителей профессионального звукового оборудования [4].

В настоящий момент в основном используется CobraNet второй версии. Вторая версия CobraNet значительно превосходит первую версию по техническим параметрам транспортирования звукового сигнала, а по коэффициенту утилизации Ethernet сетей в десятки раз. Необходимо отметить, что система CobraNet версии 2 обратно совместима с первой версией.

В Peak Audio решили создать систему CobraNet, работающую со стандартными компьютерными сетями. Технология CobraNet позволяет передавать цифровой аудио сигнал повышенного качества, используя стандартное обеспечение Ethernet . Взаимодействуя с оборудованием MediaMatrix, CobraNet распределяет цифровой сигнал со студийным качеством между 64-мя каналами по сетевому протоколу Fast Ethernet 100 Base - TX/FX , используя недорогой кабель CAT5 или оптическое волокно. CobraNet сокращает объём и сложность кабельной инфраструктуры на объекте.
Здесь уже используется не принцип разделения каналов по времени, а адрес конечного пункта, передаваемый вместе с другой информацией, в каждом канале или группе каналов, как в Internet.

В отличие от пакетной передачи компьютерных данных, которые иногда имеют потери, аудиосигнал передается продолжительно без каких-либо выпадений. Теоретически и те, и другие данные могут быть смешаны вместе, но на практике это приведет к слышимым щелчкам, поэтому рекомендуется изолировать сеть CobraNet от общей компьютерной сети.

Два индивидуальных устройства CobraNet могут напрямую коммутироваться между собой. Для соединения большего числа приборов требуется хаб, к которому и подсоединяются все приборы. Каждый входящий сигнал он посылает на все выходы.

Версия CobraNet 2 использует переключаемые хабы, которые читают адреса поступающих данных и посылают их только на нужный выход. Переключаемые хабы также способны отделить CobraNet от других компьютерных устройств. Если какая-то часть системы приходит в негодность, то можно послать сигнал в обход поврежденного участка с минимальной задержкой.

В CobraNet контрольная информация обычно передается вместе с аудиоданными. Она содержит команды, способные автоматически выставить уровень, чувствительность и другие параметры на любом процессоре системы.

В зависимости от используемых хабов и кабелей система может функционировать в радиусе 100 км и нести информацию по ста каналам. Простейшая конфигурация имеет 64 канала и радиус 200 м. Peak Audio конструктивно ограничивает длину кабелей и количество интерфейсов и хабов в цепи. Также компания предлагает список рекомендованных к использованию хабов, конвертеров и переключателей. На рис. 1.2 показан объём занимаемый CobraNet в Ethernet трафике.

Перечислим некоторые особости технологии CobraNet:

· Точная, скоординированная по времени передача данных;

· Асинхронный принцип действия;

· Оборудование CobraNet использует отказоустойчивый, аппаратный подуровень адресации MAC;

· Совместимость с протоколом CSMA/CD;

· Асинхронная/синхронная конвертация звукового сигнала;

· Регулируемая асинхронная передача данных.

· Поскольку сигнал передается в цифровой форме, нет больше проблем с наводками и шумами, а также потерей качества при больших пробегах кабелей. Кроме того, использование оптоволоконного кабеля обеспечивает гальваническую развязку удаленного оборудования.

· Оборудование для передачи сигналов по сети CobraNet чрезвычайно компактно - все интерфейсы имеют высоту 1U. Общая экономия места в аппаратной стойке достигает 50%.

· Для построения сети CobraNet используется недорогое и широко распространенное оборудование стандартной компьютерной сети Fast Ethernet 100Base-T. На большинстве современных объектов такая сеть уже присутствует, поэтому стоимость и сложность монтажных работ сокращается в десятки раз. Кроме того, стоимость витой пары в несколько раз меньше, чем стоимость профессионального микрофонного кабеля.

Протокол CobraNet не использует IP для передачи звуковых каналов и поэтому может работать только в локальных сетях. С его помощью можно строить матричные структуры, которые обеспечивают высокую гибкость и значительно упрощают работу с системами, в которых передается большое количество звуковых каналов.

CobraNet дает возможность передавать 64 звуковых канала (24 бит/48 кГц), используя в качестве транспортного контейнера стандартный кадр Ethernet совместно с информацией об этих каналах. Протокол представляет набор средств, которые позволяют трафик реального времени передавать в сети совместно с трафиками других приложений.

Приборы CobraNet, объединенные в систему, автоматически регулируют время посыла данных между собой; один прибор действует как управляющий и передает синхросигнал по сети, синхронизируя деятельность всех остальных приборов в сети [5].

В сети CobraNet используется три вида пакетов:

· BeatPacket - широковещательный пакет, содержащий параметры для работы сети, синхронизацию и параметры передачи. BeatPacket передается от одного CobraNet-устройства и информирует приемники о начале цикла синхронизации. Так как эти пакеты распространяют информацию о синхронизации, они чувствительны к колебаниям задержки. При проектировании сети необходимо учитывать эту особенность работы протокола. BeatPacket имеют размер 100 байт;

· IsochronousDataPacket - пакеты, использующиеся для передачи звуковой информации. Они имеют размер 1000 байт;

· ReservationPacket - пакеты, необходимые для работы системы резервирования;

· Протокол CobraNet разрабатывался для работы в Ethernet-сетях и поэтому поддерживает все архитектуры, применяемые в Ethernet, и может работать совместно с другими сетевыми приложениями. Звуковые маршрутизаторы могут использоваться в сетях IEEE 802.3uFastEthernet и IEEE 802.3zG.Ethernet.

Архитектура сети CobraNet

В случае применения протокола CobraNet необходимо учитывать те ограничения, которые накладывают на сеть IEEE 802.3u особенности его работы. Протокол обеспечивает доставку данных в реальном времени и поэтому нуждается в инфраструктуре, которая создает режим реального времени. Диаметр сети максимально составляет 2560 бит-периодов. Максимальная длина кабеля Category 5 UTP между двумя сетевыми приборами не должна превышать 100 м, включая соединительные кабели. Для больших расстояний рекомендуется использовать оптоволоконный кабель либо кабель UTP длиной 100 м, соединяющий приборы FastEthernet по цепочке.