Mariusz Zdziennicki

802.1BA - Audio Video Bridging (AVB) Systems

Profesjonalne aplikacje a/v są ograniczane przez wysoki koszt węzła i wysokie wymagania do
wdrożenia sieci.
Zwykle rozwiązuje się to poprzez analogowe okablowanie typu punkt- punkt, co generuje ogromną
plątaninę drogich kabli. Dodatkowo nawet jeśli przesyłany sygnał jest cyfrowy, to aby przesłać go
analogowym kablem, dokonuje się konwersji po to, żeby po drugiej stronie kabla ponownie go
przetworzyć na formę cyfrową.

Tylko przedsięwzięcia o dużej skali pokazują zalety opartych na krzemie standardów w
zastosowaniach profesjonalnych. Grupa zadaniowa IEEE odpowiedzialna za AVB opracowuje
zestaw standardów zapewniających wysoce niezawodne, zsynchronizowane dostarczanie sygnału
audio/video z niskimi opóźnieniami. Technologie te mają zapewnić tanie, wysoce sprawne,
profesjonalne sieci medialne.

Wszystkie urządzenia są zsynchronizowane do jednej podstawy czasu zgodnie z IEEE 802.1 AS
Precision Time Protocol (PTP). Protokół definiuje zegar, algorytmy wyboru mastera czasu,
opóźnienia łącza, zarządzanie kolejkami sieci i mechanizmy dostosowawcze zegara i szybkości.
Standardu tego używa się, by wszystkie urządzenia odtwarzały materiał audio/video równocześnie
porównując informacje o czasie zawarte w pakietach strumienia 802.1AS. Zaletą tego podejścia jest
to, że AVB obsługuje wiele jednoczesnych próbkowań lub różny stopień kompresji, co pozwala
strumieniom audio i video być zsynchronizowanymi nawet jeśli podróżują w sieci innymi drogami
i/lub mają inne próbkowanie.
Drugą zaletą używania prezentacji czasu jest to, że jeśli 2 urządzenia odtwarzające te same
strumienie, to mogą być precyzyjnie zablokowane w odtwarzaniu konkretnego miejsca materiału
audio/video nawet jeśli mają różną odległość od źródła w sieci.
W profesjonalnych sieciach a/v bardzo ważne jest, aby transmitować sygnał bez dodatkowych
szumów, przerwań video, czy artefaktów. Zapewnienie tego wymaga dokładnego projektowania
Vlanów i dokładnego dobierania topologii sieci i jej parametrów. Protokół 802.1Qat

Stream

Reservation Protocol (SRP) zapewnia mechanizmy rezerwacji pasma i pozwala aplikacjom na
konfigurację tras eliminując tym potrzebę specjalnego tworzenia infrastruktury, która zapewnia taką
samą funkcjonalność. SRP sprawdza dostępność pasma pomiędzy punktami, gdzie przesyłany
będzie strumień a/v przed rozpoczęciem transmisji. Jeśli łącze jest dostępne, zostaje 'zablokowane'
na całej trasie pokonywanej przez strumień na czas aż zostanie w całości wysłany i odebrany. SRP
blisko współpracuje z 802.1Qav

Queuing and Forwarding Protocol (Qav). Qav kolejkuje

strumienie a/v gwarantując, że pakiety dotrą na czas.

Regularny, niestrumieniowany ruch jest traktowany w taki sposób, żeby nie mógł
kolidować z zarezerwowanym ruchem AVB(75% pasma dla ruchu AVB 25 dla non-AVB).

Dzięki zastosowaniu protokołów AVB oraz inteligentnych (obsługujących ten standard)
urządzeń komunikujących się w sieci, możemy zapewnić niezawodny przesył danych A/V

bez potrzeby projektowania i dostrajania infrastruktury sieci. Ruch jest kształtowany przez
źródło i mosty AVB. Źródło zapewnia równomierne wysyłanie pakietów w strumieniu.

Mosty AVB, tak jak źródło, wysyłają pakiety ze stałą szybkością. Jednak dodatkowo
rozkładają go zgodnie z klasą AVB używając parametrów QoS dla danej klasy (live

performance, studio, gaming applications). Most wprowadza niewielki limit produkcji
wyjść AVB do buforów wyjściowych, co pozwala zmniejszyć opóźnienia i wyeliminować

przeciążenia sieci bez względu na ilość skoków między switchami.

1) kształtowanie ruchu przez Qav(źródło: http://www.ieee802.org)

SRP i Qav zapewniają wysyłanie wszystkich zarezerwowanych danych w określonym

krótkim czasie. Bez tych protokołów nie byłoby sposobu na określenie, jak duży jest wpływ
danych niemultimedialnych albo ile pakietów jest zakolejkowanych w przełącznikach.

Projektanci poprzednich systemów musieli zapewniać duże bufory na końcowych węzłach
sieci, ponieważ nie byli pewni, kiedy otrzymają pakiet z danymi multimedialnymi. Dzięki

AVB w przewodowej sieci Ethernet w najgorszym wypadku czas podróży pakietu wyniesie
tyle, ile znany czas odwiedzenia każdego switcha w całej sieci. Dzięki temu potrzebujemy

mało miejsca na buforowanie i mamy małe opóźnienia np. dla 100 Mbit-owego ethernetu
są to około 2 ms, a giga-bitowy ethernet osiąga jeszcze lepsze wyniki. Korzystając z

nowoczesnych rozwiązań ethernetowych, możemy połączyć 2 cyfrowe urządzenia
audio/video osiągając opóźnienie mniejsze niż przy przesyłaniu danych kablem

analogowym, uwzględniając czas konwersji analogow0 - cyfrowej przy jednoczesnym
unikaniu zakłóceń i przekłamać powstałych w wyniku konwersji.

2) Architektura mostu AVB dla interfejsów kablowych (źródło:

http://www.telecom-sync.com

)

W dużych, przemysłowych studiach nagraniowych (muzycznych, filmowych) ogromna

instalacja sieciowa jest rzeczą normalną. Pozwala to na użycie urządzeń kompatybilnych z
AVB, bez potrzeby dodawania nowego okablowania. Zyskamy w ten sposób tani,

niezawodny interfejs przesyłu i nagrywania danych o wysokiej przepustowości. Jest to
szczególnie potrzebne przy nagrywaniu dużej ilości nieskompresowanego materiału video.

Tworząc nowe studio możemy sporo zaoszczędzić przez nietworzenie nowej dedykowanej
infrastruktury oraz niekupowanie specjalistycznych urządzeń spinających sieć

komputerową i sieć audio-video w całość, a posiadając już taką infrastrukturę zredukować
ilość okablowania.

Systemy AVB są skalowalne. Można tworzyć ogromne instalacje do klubów muzycznych, o
wiele mniejsze i mniej wymagające systemy do niewielkich kościołów, lub mobilne sceny

koncertowe. Można tworzyć systemy o bardzo dużej wydajności, ale również mniej wydajne
i dużo tańsze – dostosowane do potrzeb klienta, a przede wszystkim bez potrzeby

późniejszego zatrudniania specjalisty zajmującego się zarządzaniem i dostrajaniem
systemu. W konsekwencji może z nich korzystać zarówno profesjonalne studio zajmujące

się montażem Hollywoodzkich super produkcji, jak domorosły muzyk-entuzjasta
nagrywający piosenki ze znajomymi.

Ponieważ jest to standard rozwijany przez IEEE, został skonstruowany w taki sposób, żeby

był obsługiwany zarówno przez 100Mbit Ethernet jak i 10 Gigabit Ethernet oraz kolejne
szybsze generacje zwiększające szybkość transmisji i dodające nowe funkcjonalności. Daje

to np. możliwość przesyłania nieskompresowanego sygnału HD poprzez 10Gigabit
Ethernet używając tanich kabli, a nawet wysyłać go na większe odległości używając

światłowodów. Dodatkowe funkcjonalności warstw wyższych, jak na przykład
bezpieczeństwo, są zapewniane jak w normalnym ethernecie, bez potrzeby konstruowania

specjalnych rozwiązań.

Wymagania urządzeń AVB to obsługa minimum 100Mbit ethernetu. Każdy port musi być
w pełni dupleksowy o przepustowości minimum 100Mbit/s. Protokół 802.1AS wykrywa
dokładnie jedną parę. Opóźnienie w obie strony do odpowiedzi switcha AVB nie jest większe niż
maksymalne opóźnienie przewodu, ale nadal mniejsze niż opóźnienie switcha bez AVB. SRP
odbiera na danym porcie akceptację lub żądanie rezerwacji łącza. Inne typy ruchu warstwy 2 mają
swoje własne metody identyfikacji połączonych par. Oznacza to, że urządzenia, które nie mogą
między sobą zarezerwować łącza, nie połączą się, nawet jeśli urządzenie nadawcze i odbiorcze
obsługują AVB, np. w sytuacji, gdy między nimi znajduje się urządzenie nie obsługujące AVB.

Poza standardowymi funkcjonalnościami wyższych warstw, AVB zapewnia dodatkowo dostęp do
„presentation time”. Dzięki temu umożliwia aplikacji możliwość generowania i odbierania danych
zgodnie z zegarem 802.1AS, przez co aplikacja może być zarówno nadawcą (AVB Talker), jak i
odbiorcą (AVB Listener) AVB.

Format ramki AVB:

•

Wszystkie ramki strumienia AVB są otagowane (802.1 Q)
◦

AVB Talkers, które nie są w VLAN'ie muszą używać VID 0x000 w swoich ramkach

◦

Mosty transmitujące do AVB Listeners nie mogą używać Tagów klasy AVB i innego
ruchu w tym samym VLAN'ie

•

Ramki PTP(802.1AS) nie są Q-tagowane

•

Ramki SRP(802.1Qat) są Q-tagowane

•

Wszystkie otagowane ramki muszą być otagowane tylko raz u nadawcy i odbiorcy

3) TPID(identyfikator protokołu tagowania ), PCP(Priority Code Point, priorytet) (źródło:
http://www.ieee802.org)

•

VID jest VLAN'em, ale nie jest identyfikatorem strumienia

•

Identyfikator strumienia musi być unikalny w VID'ie

•

Ether type ramki nie jest identyfikatorem strumienia

•

Strumień AVB klasy A używa domyślnie priorytetu Q Tag 5

•

Strumień AVB klasy B używa domyślnie priorytetu Q Tag 4

4) specyfikacja ramek w AVB (źródło:

http://www.ieee802.org)