CobraNet Primer

Allgemein 

CobraNet ist eine lizenzierte Technologie von Peak Audio, Inc., bestehend aus einem proprietären Kommunikationsprotokoll, einer Firmware und Hardware. Sie ermöglicht eine zuverlässige, deterministische (d. h. Echtzeit-)Übertragung hochwertiger (d. h. unkomprimierter) digitaler Audioinhalte über Standard-100Base-T-Fast-Ethernet-Netzwerke. CobraNet funktioniert auch auf schnelleren Ethernet-Versionen (z. B. Gigabit und 10-Gigabit).  

Ein CobraNet-System besteht aus CobraNet-Geräten und dem Ethernet-Netzwerk, das diese verbindet. PCs oder andere Systemcontroller können auch zum Netzwerk verbunden werden, um es einzurichten, sind aber für den Betrieb nicht erforderlich.  

Ethernet

Ethernet ist eine Hardware- und Signalisierungsspezifikation, die 1970 von Xerox für Datennetzwerke entwickelt wurde. Das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) standardisierte die Technologie im IEEE-802.3-Standard und seinen Varianten.  

Mit über 50 Millionen installierten Knoten ist Ethernet heute eindeutig die dominierende Datennetzwerk-Technologie. Sie wird über preiswerte CAT-5-UTP-Kabel oder Glasfaser übertragen. Weiteres Wachstum wird für 100-MB-Fast-Ethernet, Gigabit-Ethernet und sogar 10-Gigabit-Ethernet erwartet. 

Typische Ethernet-Verkabelungsbegrenzungen sind: 100 Meter über CAT-5-Kupferkabel, 2 Kilometer über Multimode-Glasfaser.

Das CobraNet-Gerät

Jedes CobraNet-Gerät enthält spezialisierte Hardware und Firmware. Die Hardware umfasst eine Standard-100-MB-Fast-Ethernet-Schnittstelle zusammen mit benutzerdefinierten hochfrequenten DSP-Chips und einer Taktverwaltungsschaltung. Der DSP und seine eingebettete Software werden zur Kodierung und Dekodierung der Ethernet-Netzwerknachrichten mit dem proprietären Protokoll verwendet. Die Taktverwaltungsschaltung dient der genauen Dekodierung der Systemmaster-Taktsteuerung, die für hochwertige Echtzeit-Audioübertragung erforderlich ist.

Audio-Spezifikationen 

Alle CobraNet-Geräte arbeiten mit einer festen Abtastrate von 48 kHz. Die Audiodaten können nach Wunsch mit 16, 20 oder 24 Bit übertragen werden. Für einen zuverlässigen Betrieb muss jedes CobraNet-Gerät Sende- und Empfangspufferspeicher implementieren. Dieser Pufferspeicher ist auf 256 Samples festgelegt und führt zu einer minimalen Audio-Netzwerkverzögerung von 5,333 ms. (256 Samples bei 1/48 kHz pro Sample)  

Bundles und Audio-Kanäle

Das Routing digitaler Audioinhalte zwischen CobraNet-Geräten erfolgt durch Bundles. Ein Bundle ist der Name für die proprietär kodierte Nachricht (auch „Paket" genannt), die zwischen CobraNet-Geräten übertragen wird und mehrere Kanäle digitaler Audioinhalte enthält. Jedes CobraNet-Gerät kann bis zu vier Bundles senden und empfangen. Jedes Bundle enthält bis zu 8 Audio-Kanäle. Daher ist jedes Gerät in der Lage, bis zu 32 Audio-Kanäle zum und vom Netzwerk zu senden und zu empfangen.  

Bundles können mithilfe von Ethernet-Multicast- oder Ethernet-Unicast-Methoden übertragen werden. Multicast-Bundles werden an alle CobraNet-Geräte im Netzwerk gesendet, während Unicast-Bundles an ein und nur ein CobraNet-Gerät gesendet werden. Da jedes Gerät vier Bundles senden und empfangen kann, besteht große Flexibilität beim Routing von Audioinhalten über das Netzwerk. In einem einfachen wiederholer-basierten Ethernet-Netzwerk können bis zu 8 Multicast-Bundles (64 Audio-Kanäle) übertragen werden. In einem vollduplexi-schalterbasierten CobraNet-Netzwerk können bis zu 4 Multicast-Bundles (32 Audio-Kanäle) zusammen mit bis zu 421 Unicast-Bundles (>3000 Audio-Kanäle) gleichzeitig übertragen werden.

Die Zuweisung von Bundles erfolgt durch die Auswahl einer Bundle-Nummer. Bundles zwischen 1–255 sind immer Multicast, während Bundles zwischen 256 und 65.279 Unicast sind. Bundle-Zuweisungen dürfen nicht dupliziert werden. Pro Bundle ist nur ein CobraNet-Sender zulässig.

Der Dirigent

In einem CobraNet-Netzwerk koordiniert der Dirigent die Übertragung von Audio-Paketen im gesamten Netzwerk. Wenn zwei oder mehr CobraNet-Geräte ordnungsgemäß verbunden sind, wird eines von ihnen auf Grundlage ihrer jeweiligen Dirigent-Priorität als Dirigent ausgewählt. Eine höhere Dirigent-Priorität überschreibt eine niedrigere Priorität. Wenn ein betriebsbereiter Dirigent aus irgendeinem Grund (z. B. Stromversorgung ausgeschaltet) aus dem Netzwerk entfernt wird, arbitrieren die verbleibenden Geräte erneut und wählen einen neuen Dirigenten. Alle CobraNet-Geräte haben die Kapazität, als Dirigent zu fungieren.

Der Dirigent sendet regelmäßig eine klar definierte Nachricht an alle CobraNet-Geräte. Dies ermöglicht jedem CobraNet-Gerät die Wiederherstellung der erforderlichen Systemmaster-Taktsteuerungsinformationen für hochwertige Audioübertragung.

Der Dirigent erkennt auch jedes CobraNet-Gerät im Netzwerk und übernimmt die Verantwortung für die Zuweisung von Senderpositionen und Prioritäten für jedes Bundle jedes CobraNet-Geräts. Wie der Dirigent eines Orchesters signalisiert der Dirigent den Beginn eines synchronen Übertragungszyklus und dann sendet jedes Gerät seine Bundle(s) im Gleichschritt. 

Primäre und sekundäre Netzwerk-Anschlüsse (Dualink)

Einige CobraNet-Geräte implementieren zwei Netzwerkverbindungen. Dies bietet zusätzliche Zuverlässigkeit im Falle von Problemen mit der Netzwerkhardware oder Verkabelung. Wenn die primäre Verbindung verloren geht, kann die sekundäre Verbindung in wenigen Sekunden über einen völlig separaten Netzwerkhardware-Pfad aktiviert werden.

Wiederholer-Netzwerke

CobraNet kann in einfachen wiederholer-basierten Netzwerken und komplexeren schalterbasierten Netzwerken betrieben werden. Wiederholer-Netzwerke verwenden kostengünstige Ethernet-Hubs. In einem wiederholer-basierten Netzwerk werden alle Pakete an alle verbundenen Knoten gesendet. CobraNet-Multicast- und Unicast-Bundles können zugewiesen werden. Aufgrund der einfacheren Wiederholer-Hubs werden aber auch Unicast-Übertragungen an alle Knoten gesendet. Daher sind maximal 8 vollständig geladene Bundles (64 Audio-Kanäle) im gesamten Netzwerk zulässig. Weitere Bundles sind zulässig, wenn sie mit weniger als acht Audio-Kanälen geladen sind. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl aktiver Empfänger in einem Wiederholer-Netzwerk. Generell muss ein wiederholer-basiertes CobraNet-Netzwerk dem CobraNet-Datenverkehr vorbehalten sein, um die zuverlässige Übertragung von Audio-Paketen zu gewährleisten.

Geschaltete Netzwerke

Größere CobraNet-Netzwerke können mit Ethernet-Schaltern aufgebaut werden. Ethernet-Schalt-Technologie ist ausgefeilter als Hubs. Schalter senden nicht einfach jedes Paket an alle Knoten. Stattdessen prüfen sie die Zieladresse jedes auf jedem Port empfangenen Pakets und „schalten" diese Daten dann an den identifizierten Empfänger. CobraNet-Unicast-Bundles nutzen diese Funktion, um mehr Gesamtnetzwerk-Datenverkehr zu ermöglichen. Tatsächlich hat jeder Port 100 MB Bandbreite und das gesamte Netzwerk kann so groß sein wie 100 MB mal die Anzahl der Ports im Netzwerk. Multicast-Bundles sind in einem geschalteten Netzwerk zulässig, müssen aber mit Vorsicht verwendet werden. Peak empfiehlt nicht mehr als vier Multicast-Bundles in einem geschalteten CobraNet-Netzwerk.

Eine weitere mit den meisten neuen Ethernet-Schaltern verfügbare Verbesserung sind „Vollduplex"-Verbindungen. Eine Vollduplex-Verbindung ermöglicht simultanes Senden und Empfangen über die gleiche Ethernet-Verbindung. Dies ermöglicht einem CobraNet-Gerät, bis zu 64 Kanäle pro Knoten gleichzeitig zu senden und zu empfangen, insgesamt 128 Kanäle. 

Die Kombination von Schalt- und Vollduplex-Technologien in geschalteten CobraNet-Netzwerken ermöglicht bis zu 128 Kanäle pro 100-Mbit-Ethernet-Verbindung und mehr als 3000 einzelne Audio-Kanäle. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl aktiver Empfänger in einem geschalteten CobraNet-Netzwerk.

Geschaltete Netzwerke eliminieren auch das Potenzial für Ethernet-Kollisionen. Dies ermöglicht die Koexistenz von allgemeinem PC-Netzwerk-Datenverkehr und CobraNet-Datenverkehr im gleichen Netzwerk.

CobraCAD-Software

CobraCAD™ ist ein neues Software-Tool, das eine einfache grafische Benutzeroberfläche für die Planung, Konfiguration und Überwachung von CobraNet-Netzwerken bietet. Es sind auch andere Ethernet-Netzwerk-Design- und Diagnose-Softwareanwendungen verfügbar.