Introdução ao CobraNet

Geral 

CobraNet é uma tecnologia licenciada desenvolvida pela Peak Audio, Inc. que consiste em protocolo de comunicação proprietário, firmware e hardware. Permite transmissão confiável e determinística (ou seja, em tempo real) de áudio digital de alta qualidade (ou seja, não comprimido) através de rede Ethernet rápida padrão 100Base-T. CobraNet também opera em versões mais rápidas de Ethernet (por exemplo, Giga-bit e 10Giga-bit).  

Um sistema CobraNet é composto por dispositivos CobraNet e pela rede Ethernet que os conecta. PCs ou outros controladores de sistema também podem estar conectados à rede para configuração, mas não são necessários para operação.  

Ethernet

Ethernet é uma especificação de hardware e sinalização desenvolvida pela Xerox em 1970 para rede de dados. O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) padronizou a tecnologia no padrão IEEE 802.3 e suas variantes.  

Com mais de 50 milhões de nós instalados, Ethernet é facilmente a tecnologia de rede de dados mais dominante em uso atualmente. É transmitida por cabos CAT-5 UTP ou fibra óptica de baixo custo. Espera-se crescimento contínuo para Ethernet rápida 100MB, Ethernet Giga-bit e até Ethernet 10Giga-bit. 

As limitações típicas de cabeamento Ethernet são: 100 metros em cabo de cobre CAT-5, 2 quilômetros em fibra multimodo.

O Dispositivo CobraNet

Cada dispositivo CobraNet incorpora hardware e firmware especializados. O hardware inclui uma interface Ethernet rápida 100MB padrão junto com chips DSP de alta velocidade customizados e circuitos de relógio. O DSP e seu software embarcado são usados para codificar e decodificar as mensagens de rede Ethernet usando o protocolo proprietário. Os circuitos de relógio são usados para decodificar com precisão a sincronização do relógio mestre do sistema necessária para entrega de áudio em tempo real de alta qualidade.

Especificações de Áudio 

Todos os dispositivos CobraNet funcionam com uma taxa de amostragem fixa de 48kHz. Os dados de áudio podem ser transmitidos em 16, 20 ou 24 bits conforme desejado. Para operação confiável, cada dispositivo CobraNet deve implementar buffer de transmissão e recepção. Este buffer é fixo em 256 amostras e resulta em uma latência mínima de rede de áudio de 5.333ms. (256 amostras a 1/48kHz por amostra)  

Pacotes e Canais de Áudio

O roteamento de áudio digital entre dispositivos CobraNet é realizado através de Bundles. Bundle é o nome dado à mensagem codificada proprietária (também chamada de "pacote") transmitida entre dispositivos CobraNet que incluem múltiplos canais de áudio digital. Cada dispositivo CobraNet pode transmitir e receber até quatro Bundles. Cada Bundle inclui até 8 Canais de Áudio. Portanto, cada dispositivo é capaz de transmitir e receber até 32 Canais de Áudio de e para a rede.  

Bundles podem ser transmitidos usando métodos Ethernet multicast ou unicast. Bundles multicast são enviados para todos os dispositivos CobraNet na rede, enquanto Bundles unicast são enviados para um e apenas um dispositivo CobraNet. Como cada dispositivo pode enviar e receber quatro Bundles, grande flexibilidade é permitida no roteamento de áudio sobre a rede. Até 8 Bundles multicast (64 Canais de Áudio) podem ser transmitidos em uma rede Ethernet simples baseada em repetidor. Até 4 Bundles multicast (32 Canais de Áudio) junto com até 421 Bundles unicast (>3000 Canais de Áudio) podem ser transmitidos simultaneamente em uma rede CobraNet baseada em switch full-duplex.

A atribuição de Bundles é realizada através da seleção de um número de Bundle. Bundles entre 1-255 são sempre multicast, enquanto Bundles entre 256 - 65.279 são unicast. As atribuições de Bundle não devem ser duplicadas. Apenas um transmissor CobraNet é permitido por bundle.

O Maestro

Em uma rede CobraNet, o Maestro coordena a transmissão de pacotes de áudio em toda a rede. Quando dois ou mais dispositivos CobraNet são interconectados adequadamente, um deles será selecionado como Maestro com base em sua respectiva Prioridade de Maestro. Uma Prioridade de Maestro mais alta substitui uma prioridade mais baixa. Se um Maestro em operação for removido da rede por qualquer motivo (por exemplo, desligamento de energia), os dispositivos restantes novamente negociam e selecionam um novo Maestro. Todos os dispositivos CobraNet têm a capacidade de servir como Maestro.

O Maestro periodicamente transmite uma mensagem bem definida para todos os dispositivos CobraNet. Isso permite que cada dispositivo CobraNet recupere a informação de sincronização do relógio mestre necessária para entrega de áudio de alta qualidade.

O Maestro também reconhece cada dispositivo CobraNet na rede e assume a responsabilidade de atribuir posições de transmissão e prioridades para cada Bundle de cada dispositivo CobraNet. Como um maestro de orquestra, o Maestro sinaliza o início de um ciclo de transmissão síncrono, e então cada dispositivo envia seu(s) Bundle(s) em sincronismo perfeito. 

Portas de Rede Primária e Secundária (Dualink)

Alguns dispositivos CobraNet implementam duas conexões de rede. Isso proporciona confiabilidade adicional em caso de problemas com hardware de rede ou cabeamento. Se a conexão primária for perdida, a conexão secundária pode ser habilitada usando um caminho de hardware de rede completamente separado em menos de alguns segundos.

Redes com Repetidor

CobraNet pode operar em redes simples baseadas em repetidor e redes mais complexas baseadas em switch. Redes com repetidor usam hubs Ethernet de baixo custo. Em uma rede baseada em repetidor, todos os pacotes são transmitidos para todos os nós conectados. Bundles CobraNet multicast e unicast podem ser atribuídos, mas devido aos hubs mais simples do tipo repetidor, até transmissões unicast são transmitidas para todos os nós. Portanto, um máximo de 8 Bundles carregados completamente (64 canais de áudio) são permitidos em toda a rede. Mais Bundles podem ser permitidos se carregados com menos de oito canais de áudio completos. Não há limite para o número de receptores ativos em uma rede com repetidor. Geralmente, uma rede CobraNet baseada em repetidor deve ser dedicada apenas ao tráfego CobraNet para garantir transmissão confiável de pacotes de áudio.

Redes com Switch

Redes CobraNet maiores podem ser construídas usando switches Ethernet. A tecnologia de switch Ethernet é mais sofisticada que hubs. Switches não simplesmente transmitem cada pacote para todos os nós. Em vez disso, eles examinam o endereço de destino de cada pacote recebido em cada porta e então "chaveiam" esses dados para o destinatário identificado. Bundles CobraNet unicast exploram este recurso para permitir mais tráfego geral de rede. Efetivamente, cada porta tem 100MB de largura de banda e a rede geral pode ser tão grande quanto 100MB vezes o número de portas na rede. Bundles multicast são permitidos em uma rede com switch, mas devem ser usados com cuidado. Peak recomenda que não mais de quatro Bundles multicast sejam usados em uma rede CobraNet com switch. 

Outro aprimoramento disponível com a maioria dos novos switches Ethernet é os links "full-duplex". Um link full-duplex permite envio e recebimento simultâneos sobre a mesma conexão Ethernet. Isso permite que um dispositivo CobraNet envie e receba simultaneamente até 64 canais por nó para um total de 128 canais. 

A combinação de tecnologias de switch e full-duplex em redes CobraNet com switch permite até 128 canais por link Ethernet de 100Mbit e mais de 3000 canais de áudio individuais. Não há limite para o número de receptores ativos em uma rede CobraNet com switch.

Redes com switch também eliminam o potencial de colisões Ethernet. Isso permite que tráfego geral de PC e tráfego CobraNet coexistam na mesma rede.

Software CobraCad

CobraCAD™ é uma nova ferramenta de software que fornece uma interface gráfica simples para design, configuração e monitoramento de redes CobraNet. Existem também outros aplicativos de software de design e diagnóstico de redes Ethernet disponíveis.