Introduction à CobraNet

Généralités 

CobraNet est une technologie sous licence développée par Peak Audio, Inc. contenant un protocole de communication propriétaire, un firmware et un matériel. Elle permet une transmission fiable et déterministe (c'est-à-dire en temps réel) d'audio numérique de haute qualité (c'est-à-dire non compressé) sur un réseau standard 100Base-T Fast-Ethernet. CobraNet fonctionne également sur des versions plus rapides d'Ethernet (par exemple Giga-bit et 10Giga-bit). 

Un système CobraNet est composé de dispositifs CobraNet et du réseau Ethernet qui les connecte. Des PC ou d'autres contrôleurs de système peuvent également être connectés au réseau pour la configuration, mais ne sont pas nécessaires au fonctionnement. 

Ethernet

Ethernet est une spécification matérielle et de signalisation développée par Xerox en 1970 pour le réseau de données. L'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a standardisé cette technologie dans la norme IEEE 802.3 et ses variantes. 

Avec plus de 50 millions de nœuds installés, Ethernet est de loin la technologie de réseau de données la plus dominante utilisée aujourd'hui. Elle est transportée sur des câbles CAT-5 UTP peu coûteux ou en fibre. Une croissance continue est attendue pour le Fast-Ethernet 100MB, le Giga-bit Ethernet et même le 10Giga-bit Ethernet. 

Les limitations typiques du câblage Ethernet sont : 100 mètres sur câble cuivré CAT-5, 2 kilomètres sur fibre multimode.

Le Dispositif CobraNet

Chaque dispositif CobraNet intègre un matériel et un firmware spécialisés. Le matériel comprend une interface Fast-Ethernet standard de 100MB avec des puces DSP haute vitesse personnalisées et un circuit d'horloge. Le DSP et son logiciel intégré sont utilisés pour encoder et décoder les messages du réseau Ethernet en utilisant le protocole propriétaire. Le circuit d'horloge est utilisé pour décoder avec précision les temporisations de l'horloge maître du système nécessaires pour une livraison audio en temps réel de haute qualité.

Spécifications Audio 

Tous les dispositifs CobraNet fonctionnent à un taux d'échantillonnage fixe de 48kHz. Les données audio peuvent être transmises en 16, 20 ou 24 bits selon les besoins. Pour un fonctionnement fiable, chaque dispositif CobraNet doit mettre en œuvre un tampon de transmission et de réception. Ce tampon est fixé à 256 échantillons et entraîne une latence réseau audio minimale de 5,333ms. (256 échantillons à 1/48kHz par échantillon) 

Bundles et Canaux Audio

Le routage de l'audio numérique entre les dispositifs CobraNet est réalisé par le biais de Bundles. Un Bundle est le nom donné au message encodé propriétaire (a.k.a. "paquet") transmis entre les dispositifs CobraNet incluant plusieurs canaux d'audio numérique. Chaque dispositif CobraNet peut transmettre et recevoir jusqu'à quatre Bundles. Chaque Bundle comprend jusqu'à 8 Canaux Audio. Par conséquent, chaque dispositif est capable de transmettre et de recevoir jusqu'à 32 Canaux Audio vers et depuis le réseau. 

Les Bundles peuvent être transmis en utilisant des méthodes de multidiffusion Ethernet ou de unicast Ethernet. Les Bundles de multidiffusion sont envoyés à tous les dispositifs CobraNet sur le réseau, tandis que les Bundles de unicast sont envoyés à un seul et unique dispositif CobraNet. Étant donné que chaque dispositif peut envoyer et recevoir quatre Bundles, une grande flexibilité est permise dans le routage de l'audio sur le réseau. Jusqu'à 8 Bundles de multidiffusion (64 Canaux Audio) peuvent être transmis sur un réseau Ethernet basé sur un simple répéteur. Jusqu'à 4 Bundles de multidiffusion (32 Canaux Audio) ainsi que jusqu'à 421 Bundles de unicast (>3000 Canaux Audio) peuvent être transmis simultanément sur un réseau CobraNet basé sur un commutateur en duplex intégral.

L'attribution des Bundles se fait par la sélection d'un numéro de Bundle.  Les Bundles entre 1-255 sont toujours en multidiffusion, tandis que les Bundles entre 256 - 65,279 sont en unicast. Les attributions de Bundle ne doivent pas être dupliquées. Un seul émetteur CobraNet est autorisé par bundle.

Le Conducteur

Sur un réseau CobraNet, le Conducteur coordonne la transmission des paquets audio à travers l'ensemble du réseau.  Lorsque deux ou plusieurs dispositifs CobraNet sont interconnectés correctement, l'un d'eux est sélectionné comme Conducteur en fonction de leurs priorités de Conducteur respectives. Une priorité de Conducteur supérieure prime sur une priorité inférieure. Si un Conducteur en fonctionnement est retiré du réseau pour une raison quelconque (par exemple, coupure de courant), les dispositifs restants procèdent à un nouvel arbitrage et sélectionnent un nouveau Conducteur.  Tous les dispositifs CobraNet ont la capacité de servir de Conducteur.

Le Conducteur diffuse périodiquement un message bien défini à tous les dispositifs CobraNet. Cela permet à chaque dispositif CobraNet de récupérer les informations de synchronisation de l'horloge maître nécessaires pour une livraison audio de haute qualité.

Le Conducteur reconnaît également chaque dispositif CobraNet sur le réseau et assume la responsabilité d'assigner des positions et priorités d'émetteur pour chaque Bundle de chaque dispositif CobraNet. Comme un chef d'orchestre, le Conducteur signale le début d'un cycle de transmission synchrone, puis chaque dispositif envoie son ou ses Bundle(s) en synchronisation. 

Ports de Réseau Primaires et Secondaires (Dualink)

Certaines dispositifs CobraNet implémentent deux connexions réseau. Cela offre une fiabilité accrue en cas de problèmes avec le matériel ou le câblage du réseau. Si la connexion principale est perdue, la connexion secondaire peut être activée en utilisant un chemin matériel réseau totalement distinct en moins de quelques secondes.

Réseaux de Répéteurs

CobraNet peut fonctionner sur des réseaux simples basés sur des répéteurs et des réseaux plus complexes basés sur des commutateurs. Les réseaux de répéteurs utilisent des hubs Ethernet à faible coût. Sur un réseau basé sur des répéteurs, tous les paquets sont diffusés à tous les nœuds connectés. Les Bundles de multidiffusion et de unicast CobraNet peuvent être attribués, mais en raison des hubs de type répéteur plus simples, même les transmissions unicast sont diffusées à tous les nœuds. Par conséquent, un maximum de 8 Bundles entièrement chargés (64 canaux audio) sont autorisés sur l'ensemble du réseau. Plus de Bundles peuvent être autorisés s'ils sont chargés avec moins de huit canaux audio complets. Il n'y a pas de limite au nombre de récepteurs actifs sur un réseau de répéteurs. Généralement, un réseau CobraNet basé sur des répéteurs doit être dédié uniquement au trafic CobraNet pour garantir une transmission fiable des paquets audio.

Réseaux Commutés

De plus grands réseaux CobraNet peuvent être construits en utilisant des commutateurs Ethernet. La technologie de commutation Ethernet est plus sophistiquée que celle des hubs. Les commutateurs ne diffusent pas simplement chaque paquet à tous les nœuds. Au lieu de cela, ils examinent l'adresse de destination de chaque paquet reçu sur chaque port, puis "commutent" ces données vers le destinataire identifié. Les Bundles de unicast CobraNet exploitent cette fonctionnalité pour permettre un trafic réseau global plus important. En effet, chaque port dispose de 100MB de bande passante et le réseau global peut atteindre 100MB multipliés par le nombre de ports sur le réseau. Les Bundles de multidiffusion sont autorisés sur un réseau commuté, mais ils doivent être utilisés avec précaution.  Peak recommande de ne pas utiliser plus de quatre Bundles de multidiffusion dans un réseau CobraNet commuté.

Une autre amélioration disponible avec la plupart des nouveaux commutateurs Ethernet est le lien "duplex intégral". Un lien duplex intégral permet d'envoyer et de recevoir simultanément sur la même connexion Ethernet. Cela permet à un dispositif CobraNet d'envoyer et de recevoir simultanément jusqu'à 64 canaux par nœud pour un total de 128 canaux. 

La combinaison des technologies de commutation et de duplex intégral dans les réseaux CobraNet commutés permet d'atteindre jusqu'à 128 canaux par lien Ethernet de 100Mbit et plus de 3000 canaux audio individuels. Il n'y a pas de limite au nombre de récepteurs actifs sur un réseau CobraNet commuté.

Les réseaux commutés éliminent également le potentiel de collisions Ethernet. Cela permet au trafic général du réseau PC et au trafic CobraNet de coexister sur le même réseau.

Logiciel CobraCad

CobraCAD™ est un nouvel outil logiciel qui fournit une interface graphique simple pour la conception, la configuration et la surveillance des réseaux CobraNet. D'autres applications logicielles de conception et de diagnostic de réseau Ethernet sont également disponibles.