理论教育 Cobranet网络及智能弱电工程设计与应用

Cobranet网络及智能弱电工程设计与应用

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:Cobranet是一种目前非常流行的,架构在标准以太网上的音频传输网络。由于Cobranet传输的是无压缩的数据信号,需要的带宽较大。Cobranet也同时支持1000Mbit/s高速以太网和光纤传输媒体。Cobranet版权公司PeakAudio的OUI是X’00-60-28。因此所有具有Cobranet接口的设备,它的MAC地址的前三位一定是X’00-60-28。Cobranet以太网类型的编号为X’88-19。它的MAC帧从数据层开始就被Cobranet解码器处理了,不能再进入到网络层。

Cobranet网络及智能弱电工程设计与应用

Cobranet是一种目前非常流行的,架构在标准以太网上的音频传输网络。它使用标准的100Mbit/s快速以太网,同时也支持光纤和1000Mbit/s高速以太网传输媒体。

Cobranet采用无压缩的PCM数据编码的方法,支持48kHz和96kHz取样率,量化分辨率为16bit、20bit和24bit三种,默认的是48kHz、20bit。Cobranet比CD光盘的音质更佳,可方便地满足广播电(视)台直播间之间、录音棚各录音间之间的节目交换,是体育场馆、主题公园、广场、广播电视、大型现代演出、智能会议系统和楼宇智能音频系统等大型音频工程实现信号处理、音频资源共享和简化系统结构的最佳方法。

Cobranet以其良好的互动性、优良的声音质量、可靠稳定的传输、低成本的造价和良好的商业运作机制以极快的发展速度迅速占领了专业音响市场。并得到了CROWN、QSC、HARMAN、Peavey、dbx、Sabine、BSSAudio、Biamp和R-H等数十家国际著名的一流专业音响设备公司的支持。从某种意义上讲,由于Cobranet技术的带动,使整个专业音响行业加快了向智能化、数字化和网络化方向迈进的速度。

Cobranet可用1对UPT5类双绞线实现64个通道、无压缩、高音质的双向传输(双工运行)。如果采用光纤传输,则可以轻易地实现数千米的无损耗传输。

Cobranet技术采用美国PeakAudio公司2002年推出的CobranetTM专利技术和编解码器(Cobra netcore)。它的信号传输单元Bundle是以8个音频通道为一个数据包。运用标准以太网架构下的网络传输协议,也就是说它是运行在数据链路层物理层两个低层上的传输协议,不涉及数据链路层以上的高层协议。

由于Cobranet传输的是无压缩的数据信号,需要的带宽较大。例如一个通道的音频数据量为48kHz×20bit=0.96Mbit/s,再加上通道的地址数据、控制数据和以太网的报尾FCS等公共数据,使得包括8个音频通道的每个Bundle的实际数据流(比特流)接近9Mbit/s左右。使用100Mbit/s快速以太网进行数据传输时,最多只能容纳11个Bundle(100Mbit/s/9Mbit/s=11Bundle),即11×8=88个音频通道。实际上100Mbit/s的快速以太网可传送的最大音频通道数不能超过64个。Cobranet也同时支持1000Mbit/s高速以太网和光纤传输媒体。

图3-50是标准以太网的媒体访问控制MAC帧的格式(DIXV2)。图中的虚线部分表示在MAC帧发送之前由物理层封装的连续发送7B的10101010前导字段和1B的10101011起始界定符。这8B是提醒网络内所有的接收器,现在开始传送新的MAC帧了。

接下来就是传送MAC帧所要发往的目的地址和发送方的源地址各6B的信息。由于MAC地址在网络中是全球唯一的,这就意味着全世界的所有网卡都不能有相同的MAC地址编号。国际上负责分配MAC地址编号的组织是美国电气电子工程师学会(Institute of Elec-trical and Electronics Engineers,IEEE),他们负责给每位申请者分配一个称为“机构唯一标志符”OUI3B地址的前缀。例如,Inter公司的OUI是X’00-97-27(X’表示后面的数字是十六进制)。Cobranet版权公司PeakAudio的OUI是X’00-60-28。后面3B的地址由获得的公司自行分配。因此所有具有Cobranet接口的设备,它的MAC地址的前三位一定是X’00-60-28。

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图3-50 以太网的MAC帧

MAC帧的第三部分是以太网协议的类型(Ethertype)。也就是当一个网卡按MAC地址接收到了一系列数据包后,它依据什么来判断这个数据包是Cobranet数据包呢?这2B就包括了以太网类型的全部信息。Cobra net的Ethert ype为X’08-19,英特尔的Ethertype是X’08-01等等。

网卡按照收信地址收到一个以太网帧以后,就可以通过MAC报头第13、14帧的内容判断出这个数据包应该交给哪个处理模块进行处理。例如,当网卡发现以太网的类型是X’88-19时,就将这个数据包转交给Cobra net core解码芯片进行处理;如果是X’08-00,则网卡将这个数据包交给上层(网络层)按IP数据包进行处理。

MAC帧报头(目的地址、源地址和协议)数据处理完成后,接下来就是把46~1500B的数据交给与网络类型协议对应的处理模块进行处理。

MAC帧的最后还有4B的帧校验序列(Frame Check Sequence,FCS),负责检查整个MAC帧的数据的准确性。对于整个数据帧来说,1bit的错误信息可以有99.9%的概率被检测出来。这样,数据层就完成了一个完整MAC帧的传输工作,准备接收下一个帧。图3-51是一个MAC帧结构的另一种表示方法。图3-52是TCP/IP以太网通信中使用的一个完整的MAC帧。

应注意,MAC帧只是完成了数据链路层(OSI第二层)协议的工作。当数据传输到目的地之后,MAC帧已被打开,将图中的“数据”部分传送到上层协议中,上层协议的处理单元还要继续分析这个数据包。假设图3-52表示的数据包是为因特网服务的(协议字节为X’08-01),那么,这个数据块中还包含因特网的目的地址(IP地址)、源地址(IP地址)、协议(TCP协议)和IP数据包,就像一个大的数据包中包含着一个小的数据包一样。这个过程我们称为“封装”,如图3-52所示。

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图3-51 MAC帧结构的另一种表示方法

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图3-52 为因特网服务的一个完整的MAC帧结构

从上面的例子可以看出,网络数据按照各自的功能,由各层的处理模块完成。高层协议的数据包在底层数据包中封装,不能互相“越权”处理。

Cobranet以太网类型的编号为X’88-19。它的MAC帧从数据层开始就被Cobranet解码器处理了,不能再进入到网络层(IP协议所在层)。(www.daowen.com)

Cobranet数据包也类似于图3-53那样被“封装”在MAC帧中,此MAC帧标注的协议类型为X’88-19,因此这个数据包不会再向高层传送而直接送到了数据链路层中的Cobranet同步解码器(Cobra net core)。在同步解码器中识别的Cobranet数据包中包含下列三种类型的信息协议:Beat数据包协议、预约数据包协议和音频数据包协议,如图3-53、图3-54和图3-55所示。

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图3-53 一个完整的CobranetMAC帧结构

Cobranet为实现音频信号能实时传送和获得高质量的音频信号,引入同步通信概念,实施优先级管理。全部Cobranet设备必须按优先顺序等级在网络中排队发送。用一个称为Conductor的装置发送网络传输信息,它在Cobranet网络中充当系统的“总指挥”或“总裁判”,在网络中建立起一个“同步节奏”。当计算机的发送请求得到批准后,便可开始向目的地址发送同步数据。这个目的地址可以是一个(称为单播),也可以是多个(称为组播)或全部(称为广播),区分的依据是Bundle的号码。

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图3-54 Beat数据包结构

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图3-55 音频数据包结构

系统中所有的Cobranet设备都有一个事先固定好的Conductor优先级参数,连接到大系统上后,他们都会自动向网络中的其他Cobranet设备通报各自的优先级参数,各设备在经过比较之后,优先级最高的一台设备就自动成为Conductor“总指挥”了。

图3-53是封装在CobranetMAC帧中的一个Beat数据包,它是由网络中唯一的Conductor发出的。这个数据包大约为100B,每秒发送750次,总共占用1MHz带宽。目的是建立起一个同步的时钟节奏,保证Cobranet各设备都能在一个“步调”上传送,不会发生数据碰撞。

图3-54是预约数据包的结构。它的作用是每个Cobranet设备(发送和接收)定期(1次/s)向Conductor发出预约传送(或接收)请求,并等待批准。另一个作用是向网络公布自己的Cobranet优先级和IP地址。

图3-55是音频数据包的结构。Cobranet传送的音频数据是不经压缩的PCM数据信号,因此音质极好。当然它的数据量也是很大的(每个通道需要48kHz×20bit=0.96Mbit/s)。

音频数据包在Cobranet数据中占有很大的带宽。一个数据包包括大约1280B的数据,每个Bundle包含8个PCM音频数据通道。一个Bundle在48kHz、20bit取样率下,大约要8Mbit/s带宽。

综上所述,一个完整的CobranetMAC帧应包含:

(1)以太网报头(目的地01-60-2b-ff-ff-01,协议8819)。

(2)三个Cobranet报头为Beat报头、预约数据包头和音频数据包头。

(3)三个数据包的传输协议。

(4)8个PCM音频数据包。

(5)循环冗余检验码(Cyclic Redundancy Code,CRC)。

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