AVB сегодня и завтра

Когда вначале 70-х годов 20-го столетия специалисты компании XEROX разрабатывали новую версию сетевой связи между компьютерами на основе алгоритма ALOHA, они наверное не могли себе представить, какую роль будут играть компьютерные сети в современном мире. Последнюю точку в данном вопросе поставила ООН, признав право человека на Интернет. Компьютерные сети «опутывают» все отрасли индустриального общества. И AV индустрия тут не исключение.

Если посмотреть на развитие AV индустрии в 10 летней ретроспективе, то без труда можно понять, что Ethernet-совместимые сети, уже широко используются для передачи медиа-контента. Более того, использование их актуально практически во многих случаях, для практически для всех видов данных, кроме одного: передача в реальном времени несжатого видео для профессионального вещания. Для этого, все еще применяются, знакомые SDI или HDSDI (часто со встроенным аудио). Такой метод передачи видеосигнала, по-прежнему, является предпочтительным, и именно он определяет необходимость двух инфраструктур передачи данных вообще:

• Одна сеть состоит из коммутаторов/маршрутизаторов Ethernet и служит для обработки данных, передачи файлов, управления, доступа в Интернет и, все чаще, голосовой служебной связи и аудио контента;
• Вторая, это целая отдельная инфраструктура необходимая для передачи видео контента, которая включает в себя коаксиальные кабели, видео коммутаторы/маршрутизаторы и SDI- или HDSDI-интерфейсы.

По сути инсталляции профессионального видеооборудования и медиа-инженерии на современно этапе развития представляют собой космический корабль с паровым двигателем. Оборудование, которое мы используем очень современное, однако, технологии, которые использованы в самом оборудовании - крайне архаичны. Что же сдерживало вещателей от использования Ethernet в качестве универсальной платформы? Ethernet-совместимые сети используются повсеместно, поэтому должны быть крайне удобны для передачи аудио- и видеосигналов в режиме реального времени, так как это значительно снижает стоимость инсталляций, как временных, так и постоянных. Причин несколько и основные таковы:

• Отсутствие инструментов резервирования или распределения полосы пропускания по пути прохождения сигнала;
• Отсутствие единой системы тайминга, когда каждое принимающее устройство должно иметь буфер для входящих каналов и восстановить синхронизацию между различными сигналами.

Именно по этим причинам пакетная передача данных имела непредсказуемый характер. Все это делало невозможным гарантированное прохождение видеосигнала от источника к месту назначения без узких мест и задержек, что недопустимо для вещателей.

Сегодня эти недостатки можно преодолеть с помощью нового набора стандартов, под общим названием IEEE 802.1 Audio Video Bridging (AVB).

Протоколы IEEE 802.1 AVB базируются на технологии Ethernet, но отличаются рядом усовершенствований, позволяющих передавать синхронизированные по времени потоковые данные с малыми задержками.
Группу поддерживает альянс производителей AVNU созданный в 2009 году. Технология имеет открытый характер, что делает её крайне привлекательной.

СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ - ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫХ СТАНДАРТА AVB и ЖЕЛЕЗНЫЕ РЕАЛИИ.

В институте IEEE разрабатывается стандарты для Ethernet, Wi-Fi, маршрутизаторов, коммутаторов, и многих других технологий, используемых в повседневной жизни для передачи данных.

Рабочая группа 802.1 Audio Video Bridging (AVB), работает над созданием стандартов, которые значительно улучшают способность сетей Ethernet для транспортировки высококачественных несжатых видео- и аудио-потоков. Существует четыре основных стандарта, которые уже выпущены группой AVB:

IEEE 802.1BA определяет общие функциональные требования к различным типам устройств, а также обеспечение поддержки общих технических характеристик. Например, стандарт определяет максимальную задержку от источника сигнала до пункта назначения, которая составляет 2 мс для класса А (высокая производительность) соединений.

IEEE 802.1Qat Stream Reservation Protocol   -- протокол резервирования ресурсов сети. Стандарты Ethernet не предусматривают детерминированную и приоритетную передачу критичных ко времени потоков. Для обеспечения гарантированного качества обслуживания протокол SRP предоставляет сквозную доступность полосы пропускания для передачи аудио- или видео-данных. Для других данных канал остается заблокированным до тех пор, пока не будет освобожден от потоковых данных. В стандарте SRP для передачи запросов описания потока, запросов резервирования канала и ответных сообщений используется протокол обмена IEEE 802.1ak Multiple Registration Protocol. Протоколы SRP могут резервировать и защищать до 75% имеющихся ресурсов выбранного канала сети в так называемом защитном облаке (Defended Cloud). Другими словами, SRP устанавливает механизмы определения пропускной способности сети от "передающего" до "принимающего" устройства.

IEEE 802.1AS Precision Time Protocol это протокол установки точного времени. Разработан на основе стандарта синхронизации IEEE 1588:2002.2. Устройства PTP обмениваются стандартными сообщениями Ethernet, чтобы синхронизировать работу всех узлов сети и привязать их к общей шкале времени. В протоколе определены алгоритмы выбора главных (master) часов, порядок обмена сообщениями, механизмы измерения и компенсации задержки на линии, методы коррекции скорости. Изначально протокол PTP создавался как упрощенная версия IEEE 1588. Принципиальная разница между ними заключается в том, что протокол PTP относится к уровню 2 модели OSI, это не IP-протокол. Как и IEEE 1588, PTP определяет автоматический метод ведения обмена данными главных часов сети и алгоритм выбора лучших ведущих часов (BMCA — best master clock algorithm).

IEEE 802.1Qav Forwarding and Queuing Enhancements определяет поведение различных элементов сети Ethernet. Этот стандарт позволяет мостам гарантировать передачу чувствительного ко времени и потерям аудио- или видео- потока в режиме реального времени. Он устанавливает приоритетность входных потоков и очередность обработки критических ко времени данных, а также отвечает за восстановление приоритетов. Этот стандарт использует ту же шкалу времени, что и IEEE 802.1AS.

Реальных решений AVB, которые в настоящее время представлены на рынке не так много как хотелось бы. И пока, они касаются только передачи аудио данных. Компании BSS, BIAMP, DBX, JBL, Meyer Sound и некоторые другие уже выпустили в коммерческую продажу AVB-совместимые устройства.

Некоторым «тормозом» для развития видео по Ethernet является общая пропускная способность Ethernet-сетей. В отличие от видео, решения для передачи аудио данных в сетях Ethernet, существуют уже давно и  обеспечивают достаточно высокое качество звука. Но, при этом надо учитывать, что одно соединение Gigabit Ethernet может поддерживать сотни высококачественных аудио потоков. В противоположность этому, для передачи несжатого HD видеосигнала потребуется соединение 10-Gigabit Ethernet.

Предпосылок для создания продуктов видеообработки поддерживающих транспорт AVB очень много. Например, участие в альянсе AVNU таких компаний, как AVID, BARCO и RIEDEL  внушает надежду, что скоро такие продукты появятся.

СВЕТЛОЕ БУДУЮЩЕЕ - ЕДИНАЯ КОНВЕРГЕНТНАЯ СЕТЬ

Конечно, одной из определяющих факторов для внедрения новых технологий являются финансовая сторона дела. Цены на чипсеты 10GbE неуклонно падают, что делает экономически выгодным изготовление Ethernet-устройств и коммутаторов, которые могут поддержать видео потоки 1,5 и 3 Гбит/c. Если эти устройства будут поддерживать стандарт 802.1AVB, то возникают предпосылки организации единой конвергентной сети для всех сигналов внутри телестудии: данных, служебной связи (в т.ч. и IP), видео и аудио.

По экономическим соображениям, в медиа-сетях будущего широкое распространение получит только одна технология, скорее всего это будет Ethernet. Во всем мире тысячи разработчиков активно работают над усовершенствованием инфраструктуры Ethernet, в т.ч. над проводными и беспроводными устройствами физического слоя, контроллерами МАС, коммутаторами, схемами резервирования, системами диагностики и т.д. Рабочие группы IEEE уже активно трудятся над расширением стандартов AVB на беспроводные сети.

Естественно от использования дешевой сетевой технологии (Ethernet), и как  следствие перехода на единую сеть, обслуживающую все три типа информации прежде всего выиграют профессиональные аудио- и видео- системы. Во-первых, существенно снизятся затраты на организацию и эксплуатацию сети. Кроме того, появится централизованное управление, схемы резервирования и диагностики. Но ограничиваться только профессиональной нишей было бы неверно, так как итоговая прибыль будет в десятки, сотни раз больше, если технология выведена на бытовой рынок. Цели и задачи у AVB task group именно такие. Вывести технологию на все доступные рынки. Ведется работа по внедрению медиатехнологий Ethernet в потребительские, и автомобильные аудио- видео сети.

Для потребителей бытового рынка, сети AVB позволят объединять медиаданные между всеми медиаустройствами в квартире или доме. В принципе, похожие системы уже довольно хорошо известны (например, UPnP/DLNA). Однако, использование в них транспортных протоколов AVB позволит расширить сферу применения и сделать их более доступными. Все устройства будут иметь один и тот же разъем RJ45.

В автомобильных системах применение AVB позволило бы повысить гибкость интерфейса и расширить пропускную способность систем в целом. В настоящее время идет разработка автомобильных систем, совмещающих в себе развлекательные и информационные приложения (помощники водителя и пр.) с использованием стандарта AVB. Надо отметить, с недавнего времени в альянс AVNU входят такие компании как GM, HUNDAI, BOSCH широко известные на автомобильном рынке, что дает надежду, вскоре увидеть внедрение технологии в данную отрасль.

«ЧТО НЕ ТАК?»

При всем этом великолепии есть и свои «ложки дегтя».

Важно помнить, что эта технология ограничена только проводными сетями, которые используют Ethernet. Что касается беспроводных технологий (таких как Wi-Fi 802.11), возможности AVB (будем надеяться что пока) ограничены. Прежде всего, это объясняется отсутствием средств тайминга. Выход за пределы локальной сети через Интернет-соединения, также пока не представляется возможным, потому что отсутствуют необходимые средства измерения времени и функции распределения полосы пропускания, которые до сих пор не реализованы в широковещательном сетевом оборудовании. Отсутствуют в сети Интернет и службы, которые могут обеспечить данный процесс, но, возможно, это будет реализовано в будущем.

И КАК ДАЛЬШЕ С ЭТИМ ЖИТЬ?…

Станет ли AVB, коммерчески успешной технологией покажет время, но все предпосылки для этого имеются. Уже сегодня, при обсуждении одного из объектов компании «СИНЕРГОС ГРУП» заказчик указал на необходимость оборудовать комплекс цифровым транспортом для аудио систем. Это значит что понимание необходимости перехода на цифровой транспорт есть на всех уровнях и у производителя и у инсталляторов и у заказчика, а это, несомненно, шаг в будущее.