Puente de audio y video (AVB) es un nombre común para el conjunto de estándares técnicos que brindan sincronización mejorada, baja latencia y confiabilidad para redes Ethernet conmutadas . [3] AVB incorpora las siguientes tecnologías y estándares:
- IEEE 802.1AS -2011: sincronización y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo (gPTP);
- IEEE 802.1Qav -2009: Reenvío y cola para flujos sensibles al tiempo (FQTSS);
- IEEE 802.1Qat -2010: Protocolo de reserva de transmisión (SRP);
- IEEE 802.1BA-2011 : [4] Sistemas de puente de audio y vídeo (AVB);
- Protocolo de transporte de capa 2 IEEE 1722-2011 para aplicaciones sensibles al tiempo (Protocolo de transporte AV, AVTP); y
- IEEE 1722.1-2013 Protocolo de detección, enumeración, gestión de conexiones y control de dispositivos (AVDECC).
AVB | |
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Información del fabricante | |
Fabricante | IEEE , AVnu |
Fecha de desarrollo | Septiembre de 2011 |
Compatibilidad de red | |
Conmutable | sí |
Enrutable | No |
Velocidades de datos de Ethernet | Fast Ethernet , Gigabit Ethernet , 5GBASE-T , 10 Gigabit Ethernet , 25 Gigabit Ethernet , 40 Gigabit Ethernet |
Especificaciones de audio | |
Latencia mínima | 2 ms (máximo) [1] |
Máximo de canales por enlace | 256 |
Máxima velocidad de muestreo | 192 kHz [2] |
Profundidad máxima de bits | Coma flotante de 32 bits [2] : cláusula 8.3 |
Las enmiendas IEEE 802.1Qat y 802.1Qav se han incorporado al documento base IEEE 802.1Q -2011, que especifica el funcionamiento de los puentes de control de acceso a medios (MAC) y las redes de área local virtuales en puente .
AVB fue desarrollado inicialmente por el grupo de tareas de puente de audio y video del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) del comité de estándares IEEE 802.1 . En noviembre de 2012, el grupo de tareas Audio Video Bridging pasó a llamarse grupo de tareas Time-Sensitive Networking para reflejar el alcance ampliado de su trabajo, que es "proporcionar las especificaciones que permitirán servicios de transmisión de baja latencia sincronizados en el tiempo a través de redes IEEE 802 ". [5] Se están realizando más esfuerzos de normalización en el grupo de tareas IEEE 802.1 TSN.
Para ayudar a garantizar la interoperabilidad entre dispositivos que implementan los estándares AVB y TSN, AVnu Alliance desarrolla certificación de dispositivos para los mercados de audio y video automotriz, de consumo y profesional. [6]
Fondo
Históricamente, los equipos de audio y video (AV) utilizaban conexiones unidireccionales, de propósito único y punto a punto. Incluso los estándares AV digitales, como S / PDIF para audio y la interfaz digital en serie (SDI) para video, conservan estas propiedades. Este modelo de conexión da como resultado grandes masas confusas de cables, especialmente en aplicaciones profesionales y audio de alta gama. [7]
Los intentos de resolver estos problemas se basaron en topologías de red multipunto, como IEEE 1394 (FireWire), e incluyeron la adaptación de tecnologías de redes informáticas conmutadas estándar como Audio sobre Ethernet y Audio sobre IP . Desafortunadamente, las soluciones AV profesionales, domésticas y automotrices llegaron a utilizar protocolos especializados que no interoperan entre sí o protocolos de TI estándar, mientras que las redes informáticas estándar no brindan una calidad de servicio estricta con una sincronización estricta y una latencia predecible o limitada. [7]
Para superar estas limitaciones, las redes de puente de audio y video transmiten múltiples flujos audiovisuales a través de conmutadores Ethernet estándar (es decir, puentes MAC ) conectados en una topología de árbol jerárquico . AVB incluye protocolos de capa 2 para reservar ancho de banda de conexión y priorizar el tráfico de red, lo que garantiza un reloj de sincronización preciso y una baja latencia de transmisión para cada flujo. [7]
Se necesita una sincronización estrecha entre múltiples transmisiones de AV para la sincronización de labios entre las transmisiones de video y audio relacionadas, para mantener en fase varios altavoces conectados digitalmente en un entorno profesional (que requiere una precisión de 1 μs) y para evitar que los paquetes de audio o video lleguen tarde al endpoint, lo que resulta en un fotograma de video eliminado y fallas de audio no deseadas, como un pop o silencio. Se requiere que la demora en el peor de los casos, incluido el almacenamiento en búfer de origen y destino, sea baja y determinista: la demora de la interfaz de usuario será de alrededor de 50 ms, de modo que la presión de un botón y la acción resultante se perciban como que ocurren instantáneamente, y 2 ms para presentaciones en vivo o trabajos de estudio. [7]
Resumen
El puente de audio y video se implementa como una red Ethernet conmutada que funciona reservando una fracción de la Ethernet disponible para el tráfico AV. Hay tres diferencias principales introducidas por la arquitectura AVB:
- Sincronización precisa mediante el perfil de Protocolo de tiempo de precisión generalizado (gPTP) ( IEEE 802.1AS ),
- Conformación del tráfico para transmisiones AV utilizando prioridades de trama ( IEEE 802.1Qav ) y etiquetas VLAN ( IEEE 802.1Q ), y
- Controles de admisión con Stream Reservation Protocol (IEEE 802.1Qat).
El IEEE 802.1BA es un estándar general para estas tres tecnologías principales, que define configuraciones específicas de la aplicación y procedimientos de operación para dispositivos en redes conmutadas de audio y video.
Los nuevos protocolos de configuración de Layer-2 funcionan con extensiones compatibles con versiones anteriores del formato de trama Ethernet 802.1; Estos cambios mínimos permiten que los dispositivos AVB coexistan y se comuniquen en redes de TI estándar; sin embargo, solo los conmutadores y terminales compatibles con AVB pueden reservar recursos de red con control de admisión y sincronizar la hora local con un reloj maestro, que es necesario para el tráfico sensible al tiempo de baja latencia. .
El tráfico AVB se replica en forma de multidifusión, con un interlocutor (iniciador de flujo) y varios oyentes. Los paquetes AVB se envían a intervalos regulares en los intervalos de tiempo asignados, lo que evita colisiones para el tráfico AV. AVB garantiza una latencia de 2 ms para el tráfico de Clase A y 50 ms para el tráfico de Clase B durante un máximo de 7 saltos, con un período de transmisión de 125 μs para el tráfico de Clase A y 250 μs para el tráfico de Clase B.
Un dominio de temporización de red IEEE 802.1AS incluye todos los dispositivos que se comunican mediante el protocolo gPTP. El gran maestro es un dispositivo elegido como reloj de referencia; la especificación 802.1BA requiere que cada hablante y puente de red sea apto para grandes maestros.
Los protocolos de gestión de enlace 802.3 y de medición de retardo de enlace 802.1AS calculan el retardo de ida y vuelta al punto final AVB; esto debe ser mejor que el retardo de cable en el peor de los casos del algoritmo de retardo de pares 802.1AS.
Los protocolos de nivel superior pueden usar información de reloj 802.1AS para establecer el tiempo de presentación exacto para cada flujo AV.
Transporte y configuración AV
IEEE 1722 AVTP
IEEE Std 1722-2011 [8] para un protocolo de transporte de audio y video de capa 2 (AVTP) define los detalles para transmitir transmisiones IEEE 1394 / IEC 61883 y otros formatos AV, establece el tiempo de presentación para cada transmisión AV y administra las latencias desde el peor de los casos. calculado por el protocolo gPTP.
IEEE 1722.1 AVDECC
IEEE Std 1722.1-2013 [9] es un estándar que permite AVB Discovery, Enumeration, Connection Management and Control (AVDECC) de dispositivos que utilizan IEEE Std 1722-2011. AVDECC define las operaciones para descubrir la adición y eliminación de dispositivos, recuperar el modelo de entidad del dispositivo, conectar y desconectar transmisiones, administrar el estado de la conexión y el dispositivo y los dispositivos de control remoto.
Interoperabilidad
Los servicios de capa superior pueden mejorar la sincronización y la latencia de la transmisión de medios al asignar el ID de flujo de AVB a los identificadores de flujo internos y basar las marcas de tiempo internas en el reloj maestro de gPTP.
IEEE 1733
IEEE Std 1733-2011 [10] define un perfil de protocolo de capa 3 para aplicaciones de Protocolo de transporte en tiempo real (RTP) con un formato de carga útil RTCP , que asigna el ID de secuencia de SRP al identificador de fuente de sincronización (SSRC) de RTP y correlaciona RTP marcas de tiempo para el tiempo de presentación con reloj maestro 802.1AS gPTP.
AES67
AES67 se basa en RTP estándar sobre UDP / IP y el Protocolo de tiempo de precisión IEEE 1588 (PTPv2) para la sincronización; La interoperabilidad con AVB / TSN se puede lograr vinculando la información de temporización IEEE 802.1AS con los datos de carga útil AES67 PTPv2. [11] [12] [13] [14]
La implementación de AES67 con interoperabilidad AVB se demostró en InfoComm 2016. [15] [16]
Milán
En 2018, Avnu Alliance anunció la iniciativa de Milán para promover la interoperabilidad de los dispositivos AVB y proporcionar certificación y pruebas de productos. [17]
La especificación requiere un reloj de medios basado en AVTP CRF (formato de referencia de reloj) y una frecuencia de muestreo de 48 kHz (opcionalmente 96 y 192 kHz); El formato de flujo de audio se basa en AVTP IEC 61883-6 Formato de audio AAF estándar de 32 bits con 8 canales por flujo (opcionalmente, formato de alta capacidad de 24 y 32 bits con 56 y 64 canales). La redundancia se proporciona con dos redes lógicas independientes para cada punto final y un mecanismo de conmutación sin interrupciones. [17]
DetNet
El grupo de trabajo de redes deterministas de IETF (DetNet) está trabajando para definir rutas de datos deterministas con límites de latencia, pérdida y variación de retardo de paquetes (jitter) y alta confiabilidad. DetNet operará sobre segmentos puenteados de Capa 2 y segmentos enrutados de Capa 3, confiando en la interoperabilidad con conmutadores AVB / TSN cuando sea posible. [18]
Una de las posibles aplicaciones de DetNet son los sistemas de audio / video profesional, como producción de música y películas, transmisión, cine, sonido en vivo y grandes espacios (estadios, salas, centros de conferencias, parques temáticos, aeropuertos, terminales de trenes, etc.) para direcciones públicas, transmisión de medios y anuncios de emergencia. El objetivo declarado es habilitar una intranet distribuida geográficamente en todo el campus / empresa para la entrega de contenido con baja latencia limitada (10-15 ms). Una sola red manejará tanto el tráfico A / V como el de TI, con enrutamiento de Capa 3 encima de las redes AVB QoS para permitir compartir contenido entre segmentos AVB de Capa 2 y proporcionar integración IntServ y DiffServ con AVB cuando sea posible. El ancho de banda reservado no utilizado se liberará para el tráfico de mejor esfuerzo. La pila de protocolos tendrá capacidades Plug-and-play de arriba a abajo para reducir la configuración y la administración manuales, permitir cambios rápidos de los dispositivos de red y la topología de la red. [19]
Las redes AVB a gran escala, como las empleadas por la instalación de transmisión "Digital Center 2" de ESPN SportsCenter , que alberga múltiples estudios individuales, están colocadas con miles de millas de fibra y tienen diez Tbps de ancho de banda para cien mil señales transmitidas simultáneamente; en ausencia de una solución basada en estándares para interconectar segmentos AVB individuales, se requiere un enrutador de red definido por software personalizado . [20] [21]
Estandarización
El trabajo sobre transmisión A / V comenzó en el grupo de estudio IEEE 802.3re ' Ethernet residencial ' en julio de 2004. [22] En noviembre de 2005, se trasladó al comité IEEE 802.1 responsable de los estándares de puentes entre redes . [23]
Estándar | Título | Estado | Fecha de publicación |
---|---|---|---|
Especificaciones de puente de audio y video (AVB) | |||
IEEE 802.1BA-2011 | Sistemas de puente de audio y video (AVB) | Actual, modificado por Cor1-2016 [24] | 30 de septiembre de 2011 |
IEEE 802.1Qav-2009 | Mejoras de reenvío y cola para transmisiones sensibles al tiempo (FQTSS) | Incorporado en IEEE 802.1Q-2011 Cláusula 34 | 5 de enero de 2010 |
IEEE 802.1Qat-2010 | Protocolo de reserva de transmisión (SRP) | Incorporado en IEEE 802.1Q-2011 Cláusula 35 | 30 de septiembre de 2010 |
IEEE 802.1Q -2011 | Puentes de control de acceso a medios (MAC) y redes de área local con puente virtual (incorpora enmiendas IEEE 802.1Qav y 802.1Qat) | Reemplazado por IEEE 802.1Q-2014/2018 | 31 de agosto de 2011 |
IEEE 802.1AS-2011 | Temporización y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo en redes de área local con puente ( gPTP ) | Reemplazado por IEEE 802.1AS-2020 | 30 de marzo de 2011 |
Especificaciones de redes sensibles al tiempo (TSN) | |||
IEEE 802.1Q -2018 | Puentes y redes puenteadas | Actual [25] | 6 de julio de 2018 |
IEEE 802.1AB-2016 | Detección de conectividad de control de acceso a estaciones y medios ( Protocolo de detección de capa de enlace (LLDP)) | Actual [26] | 11 de marzo de 2016 |
IEEE 802.1AS-2020 | Tiempo y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo ( gPTP ) | Actual [27] [28] | 30 de enero de 2020 |
IEEE 802.1Qcc-2018 | Mejoras de Stream Reservation Protocol (SRP) y mejoras de rendimiento | Actual [29] | 31 de octubre de 2018 |
Protocolo de transporte de audio y video (AVTP) y especificaciones AVDECC | |||
IEEE 1733-2011 | Protocolo de transporte de capa 3 para aplicaciones sensibles al tiempo en redes de área local (RTP) | Actual | 25 de abril de 2011 |
IEEE 1722-2011 | Protocolo de transporte de capa 2 para aplicaciones sensibles al tiempo en una red de área local con puente (AVTP) | Reemplazado por IEEE 1722-2016 | 6 de mayo de 2011 |
IEEE 1722-2016 | Protocolo de transporte de capa 2 para aplicaciones sensibles al tiempo en una red de área local con puente (AVTP) | Actual | 16 de diciembre de 2016 |
IEEE 1722.1-2013 | Protocolo de detección, enumeración, gestión de conexiones y control de dispositivos (AVDECC) | Actual | 23 de agosto de 2013 |
Referencias
- ^ "Introducción a las redes AVB" . Presonus . Consultado el 2 de diciembre de 2020 .
- ^ a b IEC 61883-6
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enlaces externos
- Grupo de tareas de redes sensibles al tiempo
- Grupo de tareas de puente de audio / vídeo 802.1 (archivado)
- Grupo de trabajo del protocolo de transporte de capa 2 IEEE 1722 para transmisiones sensibles al tiempo
- Grupo de trabajo IEEE 1722.1 para el protocolo de detección, enumeración, gestión de conexiones y control de dispositivos para dispositivos basados en P1722
- Grupo de trabajo de transporte de capa 3 IEEE 1733 AVB
- Redes e interoperabilidad en dispositivos compatibles con AVB, por William Gravelle, UNH-IOL
- AV Bridging y Ethernet AV: presentación general de AVB
- Foro de discusión sobre AVB