Dante核心技术要点及其应用Word文件下载.docx
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在整个Dante网络系统中,分派主、从时钟设备,基于如下顺序决定(见图1):
PreferredMaster——Dante设备与否容许做主时钟;
EnableSyncToExternal——Dante设备与否强制外同步;
Dante设备有更高时钟优先级设立;
Dante设备有更小MAC地址。
当系统内有多于一台设备具备相似时钟选型设定,系统将按上述顺序逐级遴选出一种主时钟设备。
例如各设备①、②、③项设定都一致,系统会对比两台设备MAC地址大小,用更小MAC地址设备做主时钟。
系统内一旦选定主时钟设备后,主时钟设备会用组播方式将时钟信息传递到别的设备实现从时钟锁定。
由于网络传播具备一定延时,从时钟设备接受到主时钟信号会有一定偏差值,因此从时钟设备会发出一种延时信息给主时钟设备,主时钟设备确认延时数据是合理精确后,会将延时量加嵌入时钟信息中,使所有从时钟设备都能获得稳定同步。
Dante系统每秒都会进行若干次延时校正。
如主时钟设备丢失(设备失电或线路中断),系统会在从时钟设备中自动迅速地按优先级重新拟定新主时钟源设备,此时系统所有时钟关系将会重新建立。
这种时钟源切换和接管动作,仅是时钟关系转变,转变过程中不会引起声音中断或同步时钟出错现象。
2.1.2Dante设备与外部时钟
主时钟频率可以从Dante设备自身产生,也可以强制跟随外部时钟源,见图2。
强制跟随外部时钟源时,Dante设备自身时钟与外部时钟源存在约0.1μs锁定期间差。
如果外部时钟源存在严重漂移或不稳定,如48kHz频率呈现±
1kHz抖动,Dante设备自身将会重新矫正时钟频率,并再次生成给整个系统从时钟设备延时量信息,这个矫正时间需要数秒钟。
因此在这种状况下,Dante系统将会浮现声音中断现象。
按照Dante合同原则,同步时钟偏差应不大于±
1μs。
但在实际应用中,如果具备良好网络设备及其适当设定,时钟抖动普通不大于±
0.2μs。
按照48kHz采样频率一种周期时间是20.8μs,因而,只要1/100周期时间就可以实现Dante设备与外部设备间时钟精准锁定同步。
2.2延时(Latency)
Dante合同是基于以太网网络(以互换机为主)进行数据传播,相比较于点对点传播方式,必然会存在更长数据传递延时。
每台互换机内部会对数据包进行一系列解决,涉及而不但限于错误校验、MAC地址学习、存储转发、碎片隔离过滤、消除回路、广播控制、子网划分等。
如果在一种传播链路上存在多台互换机级联,则延时时间将会更大。
Dante接口音频设备普通会有如下两种接口方式。
唯一接口:
这种设备接口具备固定延时值,理解为一种网络终端设备。
两个或以上接口(并非指Main/Redundancy主备网络接口):
这种设备内部集成了互换机模块,容许顾客在不使用外部互换机设备状况下,实现“菊花串链”网络拓扑构造。
普通状况下,每台互换机延时量可以采用100μs估算。
从音频顾客角度来说,传播延时量越小越好,甚至“零延时”抱负状态。
但这个延时是无法避免,因此顾客只能依照实际系统拓扑构造,选取最合理延时值。
DanteController管理软件内有对设备延时量选取设定选项。
在设备延时设定选项中(见图3),是依照音频系统中互换机数量而选取一种延时值。
这个互换机并非单指网络互换机,还涉及音频设备终端网络模块。
如图4所示,音频系统中有三个网络互换节点,因而可以选取0.25ms(或更大)延时设定。
如图5所示,音频系统中有四个网络互换节点,因而可以选取0.5ms(或更大)延时设定。
在大型扩声系统中,返送系统普通都力求最小延时量,最小延时量可以使演员有更佳听音感觉。
对于图5中系统,可以单独设定不同设备延时量:
无线传声器、互换机A、返送调音台通过了三个网络互换节点,可以选取0.25ms延时设定;
互换机B、扩声调音台可以选取0.5ms延时设定。
在同一种系统中,不同设备可以拥有不同延时量。
如果音频发送端和音频接受端延时设定不一致,系统会自动选取较高延时值进行传播。
在设定项里面,1ms是默认值,可以满足数据安全通过十个网络互换节点,系统内部也预留了足够冗余纠错时间;
5ms设定值普通只在故障分析等特殊状态下使用,普通不会采用。
虽然在网络系统基本极佳测试系统中,0.25ms延时值设定也可以通过十个网络互换节点,但在普通网络状况下,如果设定了过低延时值,音频数据包也许会丢失,导致音频信号中断现象。
如果音频数据发送采用了Multicast(组播)传播方式,互换机需要时间分析并控制Multicast数据包路由方向,在这种状况下,音频传播会产生出由互换机引起1ms延时。
这个1ms延时量,并不在延时设定控制范畴内。
但顾客可以通过对互换机进行适当QoS(QualityofService,服务质量)和IGMPSnooping(InternetGroupManagementProtocolSnooping,互联网组管理合同窥探)设定来减少该延时值(下文简介)。
2.3采样频率(SampleRate)
同一种网络音频系统内,不同采样频率Dante设备可以共存,但设备并不具备采样率转换能力,因而不同采样频率设备之间不能互相传播音频数据,如图6所示。
在DanteConrtoller上能显示网络上所有不同采样率Dante设备,但不能进行互相间路由配备。
2.4量化深度(BitDepth)
在同一音频系统内,不同Dante设备容许以不同量化深度工作,如图7所示,在采样率相似前提下可以互相传播音频数据包。
当一种Dante设备发送24bit量化深度音频数据,被一种设定为32bitDante设备接受,接受端自动补偿8bit“0”数据补偿;
一种Dante设备发送32bit量化深度音频数据,被一种设定为24bitDante设备接受,接受端自动舍弃最后8bit数据。
2.5数据流/数据包(Flows)
如果在网络系统中,每个独立音频通道都使用各自收发地址包头信息,那么对于具备相似路由及设备信息数据流,无形中产生了一定数据冗余,增长了网络压力。
Dante合同会将若干音频通道Flows(数据流)封装为一组,共用包头信息,提高网络运用效率。
Dante合同设定,如果具备各种相似发送和接受端音频通道,系统自动将以每4个音频通道封装成一种Flows进行传播,因而如果两设备之间需要单向传播32通道音频信号,则需要8个Flows。
由于每个Dante设备只有有限网络带宽,以BrooklynII模块为例,在Transmit信息里面可以清晰看到设备正在使用Flows数量(见图8),并且在网络状态内能看到实时数据发送量以及与否浮现传播错误信息。
BrooklynII模块容许最大传播32个Flows,因而可以实现传播也许:
发送传播4通道音频到32个不同接受设备;
发送传播8通道音频到16个不同接受设备;
发送传播16通道音频到8个不同接受设备;
发送传播32通道音频到4个不同接受设备。
因此,具备BrooklynII模块Dante设备,可以做到32×
4音频分派功能。
例如可以将多轨播放机信号分派给扩声、返送、播出、录制四个系统,见图9。
3Dante网络应用设定
3.1单播(Unicast)/组播(Multicast)
在默认状况下,DanteFlows都是以单播方式传播数据,因此可以有效地控制网络带宽资源。
如果将装有BrooklynII模块Dante设备64路音频通道分派给超过2台接受设备,则需要选用组播方式进行数据传播。
组播传播方式是通过互换机硬件复制及转发,将
数据以广播方式发送到网络内所有Dante接受设备。
通过组播方式,可以实现传播也许:
2路音频通道分派给40台功放设备;
32路音频通道分派给6台接受设备。
DanteVirtualSoundcard仅有16个Flows(16Flows×
4通道=64通道),如果需要将64通道分别传播给两个调音台(共128通道),则只能使用组播方式进行。
Dante设备采用组播方式传播设立方式如图10,DeviceView-->
Transmittab,点选创立新组播按钮,勾选所需要进行组播通道。
在组播Flows里面,最多可以有8路音频通道进行一组封装。
在Events页面,能看到当前网络系统内组播占用带宽。
在非必要状况下,尽量避免采用组播方式传播,组播会增长互换机及网络带宽压力,在普通状况下,组播会将数据发送到网络内所有Dante接受设备。
如果选用品备IGMPSnooping或Multicast过滤管理能力互换机,就可以有效地控制数据转发到指定接受设备。
3.2QoS
QoS是网络一种安全机制,用来解决网络延迟和阻塞等问题一种技术。
当网络过载或拥塞时,所有数据流均有也许被丢弃。
QoS能依照顾客规定分派和调度资源,保证重要数据不受延迟或丢弃,对不同级别数据流提供不同服务质量:
对实时性强且重要数据报文优先解决;
对于实时性不强普通数据报文,提供较低解决优先级,网络拥塞时甚至丢弃。
Dante合同采用是DiffServ(DifferentiatedService,区别服务)、
DSCP(DifferentiatedServicesCodePoint,差分服务代码点),是基于分类QoS技术,不需要信令支持。
在网络入口处,网络设备检查数据包内容,并为数据包进行分类和标记,所有后续QoS方略都根据数据包中标记做出。
DSCP在网络中布置了64种不同数据优先级,Dante合同应用了其中4种数据(见表1)并需要进行优先级设定。
图11是思科互换机SG-300/500DSCP设定界面。
QoS仅在如下网络传播较拥挤或繁忙状况下使用:
系统有大量Multicast应用;
与其她网络设备共用互换机系统,如互联网、安防监控、设备监控等;
使用百兆网络硬件;
在超小型Dante网络系统(仅有若干台Dante设备及32通道如下音频传播通道),可以不使用QoS功能。
为了避免日后也许增长Dante网络设备、增长其她设备控制合同等导致音频传播丢包也许,应考虑选用品备QoS管理功能互换机。
3.3IGMPSnooping
IGMPSnooping是运营在二层设备上,约束、管理和控制组播数据合同。
当Dante系统内使用了较多组播传播,或网络内包括其她种类组播数据,就应当启用IGMPSnooping管理。
IGMPSnooping运作方式可以大体描述如下:
每组MulticastFlow在互换机内都会被分派一种IP地址;
互换机自动侦测所有组播数据IP地址;
如果Dante接受设备需要接受MulticastFlow,设备会自动向互换机提出祈求;
互换机接到祈求后,将组播数据包转发到该Dante接受设备,不会进行大面积广播。
因而在一种网络系统内,通过IGMPSnooping管理,可以有效地节约组播所占用带宽。
图12是DanteVirtualSoundcard应用实例,通过组播方式传播音频数据到FOH和Monitor两张调音台。
如果在不具备IGMPSnooping管理状况下,音频数据同步也会广播到前级无线传声器、多轨播放机端,占用更多带宽。
当启动了IGMPSnooping管理功能后,互换机可以自动辨认组播数据,并判断Dante设备自身接受祈求信息(祈求以路由连通为信标,自动产生),只把数据包发送到两张调音台。
通过网络信息页面可以看到,在互换机不启用IGMPSnooping管理时,ShureULXD4Q接受端有85Mb/s带宽占用;
IGMPSnooping管理启用后,ShureULXD4Q接受端带宽为24Kb/s,互换机将不需要数据包隔离。
如下几种状况务必使用IGMPSnooping管理:
在百兆网络(互换机)架构状况下,使用组播功能会不久占用所有网络带宽;
同一网络内,使用组播传播同步有其她控制设备合同运营,控制合同多数采用组播方式传播;
在Dante网络内接有Wi-Fi路由器,必要启用IGMPSnooping,否则Dante组播数据会泛洪到Wi-Fi路由器,路由器会承受不住大量数据传播而宕机。
以思科SG-300互换机为例,对启用IGMPSnooping(见图13)功能进行配备IGMPSnooping(见图14):
Multicastmenu菜单——启用MulticastFiltering——选取IPGroupAddress。
此外,还要为每个VLAN(VirtualLocalAreaNetwork,虚拟局域网)选定状态(见图15)——启动SnoopingStatus及QuerierStatus——QueryInterval填入30——IGMP版本选取IGMPV3。
不是所有具备IGMPSnooping功能互换机都具备“Query”功能。
思科SG-300涵盖了所有网络管理功能,能实时查询到组播状态。
很少某些安装了DanteVirtualSoundcard计算机,在连接到启动了IGMPSnooping功能互换机时,也许浮现音频信号中断或哑音现象。
此时需要将连接计算机互换机端口状态改为“ForwardAll”发送所有。
ForwardAll设定只需在浮现音频信号不能正常传播时使用,此时该端口所有组播数据将不受IGMPSnooping管理,以默认方式泛洪到该端口。
如图16所示,将端口7、8改为“ForwardAll”。
3.4VLAN
在计算机网络中,一种二层网络可以被划分为各种不同广播域,一种广播域相应了一种特定顾客组,默认状况下这些广播域是互相隔离。
不同广播域之间要通信,需要通过一种或各种路由器。
这样一种广播域就称为VLAN。
在演艺领域应用中,可以把一台互换机划分为:
音频、灯光、控制、视频等互相独立广播域,如图17所示。
3.5LAGs链路聚合
链路聚合是将两个或更多数据信道结合成一种单个信道(见图18),该信道以更高带宽逻辑链路浮现。
链路聚合普通用来连接一种或各种带宽需求大设备,例如连接骨干网络。
在增长带宽同步,也起到线路备份作用:
当某一线路中断时,互换机会将所有数据传播转移到完好线路上,倒换过程会使Dante系统产生约0.5s静音。
链路聚合是相对便宜物理线路备份方案。
3.6STP(SpanningTreeProtocol,生成树)
生成树合同拓扑构造原理是:
无论互换机(网桥)之间采用如何物理联接,互换机可以自动发现一种没有环路拓扑构造网路进行数据互换。
如图19网络中,A点到C点,有两条路可以走,当ABC途径不通时,可以走ADC;
C点到A点也是,途径CDA不通时可以走CBA。
如网络在某一时刻生成树合同形成,自动阻塞了B到C端口,那么网络拓扑就会变成图19。
如果有广播包,一定会终结于B点或C点,不会循环转发。
如果某个线路中断(如AB之间线路),互换机需要时间转换成ADCB方向顺序地生成树拓扑构造,转成时间会引起Dante系统产生约2s声音中断。
但如果把AB之间线路重新恢复,互换机需要时间重新计算生成树拓扑构造,涉及AB点之间线路以及ABCD点循环,Dante系统也许会产生超过10s声音中断。
STP与Dante两者互相兼容,但是STP恢复速度远比Dante自身Primary/Secondary(主、备)双网络(见图20)切换慢。
因此在架构Dante网络系统时,实现主备互换机网络即可,STP只是在兼顾其她数据传播且十分必要状况下才使用。
4网络设备
4.1网线
Dante是基于1Gb(千兆)以太网络合同,而其她绝大多数网络音频合同都是基于100Mb(百兆)进行传播,如CobraNet、EtherSound等。
惯用网线普通分为四类:
五类、超五类、六类、七类,重要特点性能以及在Dante网络系统中选取方式如表2所示。
在声、光、电、焰火等大型复杂表演中,整个系统环境空间也许有非常复杂电磁干扰,如大量对讲机、设备机械开关、电机运动等,因此选取具备屏蔽层网线能有效保护信号传播,但具备屏蔽层网线在敷设和终端接口制作上需要更高施工工艺规定。
铜芯网线普通使用长度不能超过100m。
网线内部构造变化对数据传播产生影响较为严重(阻抗变化等),因而对于经常进行收放流动网线控制在60m内使用较为安全。
当前检测网线基本都是使用通断测量器,通过检查8芯通断状况,判断网线质量,但经常遇到线路通、数据不能传播状况。
因素是网线品质不但限于通断,国际和国标对网线有严格电气性能测试指标和测试办法。
重要指标涉及:
频率(MHz)、回波损耗(ReturnLoss)、衰减(Attn)、近端串音(Next)、近端串音功率和(PSNEXT)、等效远端串音功率和(PSELFEXT)、衰减串音比(ACR)、衰减串音功率和比(PSACR)、延时偏差(DelaySkew)、传播延时(PropDelay)等十多项。
专业领域测量网线电气性能采用FLUKE(福禄克)测量仪器,测量成果被专业机构承认,但价格高昂,据理解在中华人民共和国仅一家专业音频公司拥有其成套网络测量机型。
4.2光纤
当网络传播距离超过100m时应采用光纤进行网络传播。
惯用光纤重要有两类。
多模光纤:
50/125μm(欧洲原则),62.5/125μm(美国原则),传播距离500m,损耗较大,光转换节点有限。
单模光纤:
8/125μm,9/125μm,10/125μm,传播距离10km,损耗较少,容许有各种光纤耦合器和跳线架连接节点。
网线与光纤之间信号传播需要通过转换器进行转换:
一种是使用安装在互换机内光纤模块,这种方式系统相对稳定,排查故障比较以便;
另一种是外置一种转换器,转换器需要单独加电、固定、线路连接,增长了故障节点。
4.3互换机
在网络设备选购上,互换机分类和细节功能非常繁多。
对于Dante网络而言,互换机选型有如下侧重点:
每个接口最高速率为1Gb/s(或者更高);
互换机容量(背板带宽)不少于两倍接口速率(如12个1Gb/s接口互换机,背板带宽应当不少于24Gb/s),保证端口转发数据精确性;
对于EEE(EnergyEfficientEthernet)绿色电源管理,非管理互换机不能有EEE功能;
具备管理功能互换机必要具备禁用EEE功能选项。
对于更优互换机选取,可以从如下方面考虑:
具备完善网络管理功能(上文提及网络需求);
网页管理和代码管理方式共存;
具备DHCP三层功能;
内置电源模块;
静音散热或静音电扇散热;
可安装光纤模块;
机架安装配件;
错误报告和故障分析软件。
5结论
通过对Dante数字网络音频技术合同规定分析和总结,可觉得专业音频工程师在Dante网络系统架构搭建和调试时提供一定入门指引。
随着科技进步与发展,网络化应用将更多地渗入到各行各业中,因而综合学科运用亦是音频工作者不断追求目的。
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