CobraNet-Grundlagen
Allgemein
CobraNet ist eine lizenzierte Technologie von Peak Audio, Inc., die aus einem proprietären Kommunikationsprotokoll sowie Firmware und Hardware besteht. Sie ermöglicht eine zuverlässige, deterministische (d. h. Echtzeit-)Übertragung hochwertiger (d. h. unkomprimierter) digitaler Audiosignale 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 Systemsteuerungen können für die Einrichtung ebenfalls mit dem Netzwerk verbunden werden, 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 Längenbegrenzungen der Ethernet-Verkabelung: 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 kundenspezifischen Hochgeschwindigkeits-DSP-Chips und einer Taktschaltung. Der DSP und seine eingebettete Software werden zur Kodierung und Dekodierung der Ethernet-Netzwerknachrichten mit dem proprietären Protokoll verwendet. Die Taktschaltung dient der genauen Dekodierung des System-Mastertakts, 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 eine Sende- und Empfangspufferung implementieren. Diese Pufferung ist fest auf 256 Samples eingestellt und ergibt eine minimale Netzwerklatenz für Audio von 5,333 ms. (256 Samples bei 1/48 kHz pro Sample)
Bundles und Audiokanäle
Das Routing digitaler Audiosignale 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 Audiosignale enthält. Jedes CobraNet-Gerät kann bis zu vier Bundles senden und empfangen. Jedes Bundle enthält bis zu 8 Audiokanäle. Daher ist jedes Gerät in der Lage, bis zu 32 Audiokanäle 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 genau ein CobraNet-Gerät gesendet werden. Da jedes Gerät vier Bundles senden und empfangen kann, besteht große Flexibilität beim Routing von Audiosignalen über das Netzwerk. In einem einfachen Repeater-basierten Ethernet-Netzwerk können bis zu 8 Multicast-Bundles (64 Audiokanäle) übertragen werden. In einem Switch-basierten CobraNet-Netzwerk mit Vollduplex-Betrieb können bis zu 4 Multicast-Bundles (32 Audiokanäle) zusammen mit bis zu 421 Unicast-Bundles (>3000 Audiokanäle) 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 Conductor
In einem CobraNet-Netzwerk koordiniert der Conductor die Übertragung von Audiopaketen im gesamten Netzwerk. Wenn zwei oder mehr CobraNet-Geräte ordnungsgemäß verbunden sind, wird eines von ihnen auf Grundlage ihrer jeweiligen Conductor-Priorität als Conductor ausgewählt. Eine höhere Conductor-Priorität hat Vorrang vor einer niedrigeren. Wenn ein aktiver Conductor aus irgendeinem Grund (z. B. Stromversorgung ausgeschaltet) aus dem Netzwerk entfernt wird, arbitrieren die verbleibenden Geräte erneut und wählen einen neuen Conductor. Alle CobraNet-Geräte können als Conductor fungieren.
Der Conductor sendet regelmäßig eine klar definierte Nachricht an alle CobraNet-Geräte. Dies ermöglicht jedem CobraNet-Gerät die Wiederherstellung der erforderlichen Mastertakt-Informationen für hochwertige Audioübertragung.
Der Conductor 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 Conductor den Beginn eines synchronen Übertragungszyklus und dann sendet jedes Gerät seine Bundle(s) im Gleichtakt.
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 innerhalb weniger Sekunden über einen völlig separaten Netzwerkhardware-Pfad aktiviert werden.
Repeater-Netzwerke
CobraNet kann in einfachen Repeater-basierten Netzwerken und komplexeren Switch-basierten Netzwerken betrieben werden. Repeater-Netzwerke verwenden kostengünstige Ethernet-Hubs. In einem Repeater-basierten Netzwerk werden alle Pakete an alle verbundenen Knoten gesendet. CobraNet-Multicast- und Unicast-Bundles können zugewiesen werden. Aufgrund der einfacheren Repeater-Hubs werden aber auch Unicast-Übertragungen an alle Knoten gesendet. Daher sind maximal 8 voll belegte Bundles (64 Audiokanäle) im gesamten Netzwerk zulässig. Mehr Bundles sind möglich, wenn sie mit weniger als acht Audiokanälen belegt sind. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl aktiver Empfänger in einem Repeater-Netzwerk. Generell muss ein Repeater-basiertes CobraNet-Netzwerk dem CobraNet-Datenverkehr vorbehalten sein, um die zuverlässige Übertragung von Audiopaketen zu gewährleisten.
Switch-basierte Netzwerke
Größere CobraNet-Netzwerke können mit Ethernet-Switches aufgebaut werden. Die Ethernet-Switching-Technologie ist ausgefeilter als die von Hubs. Switches senden nicht einfach jedes Paket an alle Knoten. Stattdessen prüfen sie die Zieladresse jedes auf jedem Port empfangenen Pakets und „switchen“ diese Daten dann an den identifizierten Empfänger. CobraNet-Unicast-Bundles nutzen diese Funktion, um insgesamt mehr Datenverkehr im Netzwerk zu ermöglichen. Effektiv verfügt jeder Port über 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 Switch-basierten Netzwerk zulässig, müssen aber mit Vorsicht verwendet werden. Peak empfiehlt, in einem Switch-basierten CobraNet-Netzwerk nicht mehr als vier Multicast-Bundles zu verwenden.
Eine weitere mit den meisten neuen Ethernet-Switches verfügbare Verbesserung sind „Vollduplex“-Verbindungen. Eine Vollduplex-Verbindung ermöglicht gleichzeitiges Senden und Empfangen über dieselbe 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 Switching- und Vollduplex-Technologie in Switch-basierten CobraNet-Netzwerken ermöglicht bis zu 128 Kanäle pro 100-Mbit-Ethernet-Verbindung und mehr als 3000 einzelne Audiokanäle. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl aktiver Empfänger in einem Switch-basierten CobraNet-Netzwerk.
Switch-basierte Netzwerke schließen zudem Ethernet-Kollisionen aus. Dies ermöglicht die Koexistenz von allgemeinem PC-Netzwerk-Datenverkehr und CobraNet-Datenverkehr im selben 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.