Art-Net - co to takiego?

POWRÓT DO PRZESZŁOŚCI

Żeby odpowiedzieć sobie na pytanie czym jest Art-Net, sięgnijmy pamięcią do nieco już odległych (ale znów nie tak bardzo, ja je np. co nieco pamiętam, choć do wiekowych ludzi się nie zaliczam) czasów. Ponad 30 lat temu (no to już wiadomo ile lat na pewno NIE mam) pierwszy sterownik zdalnego sterowania oświetleniem (bardziej adekwatne byłoby tu, wciąż aktualne w branży – zwłaszcza wśród starszej kadry oświetleniowców – określenie „nastawnia”) wykorzystywał do sterowania dimmerami analogowe kable wieloparowe. Mniej więcej takie, jakie do dziś spotykamy na koncertach, z tym że służące do przysyłania wielokanałowego sygnału audio (aczkolwiek coraz częściej i w tej dziedzinie wypierane przez skrętki i światłowody).

Wyglądało to tak, że jeden przewód przesyłał odpowiednie sygnały sterujące do „swojego” dimmera. Im tychże urządzeń było więcej, tym więcej takich pojedynczych przewodów musiało znaleźć się w wiązce. Nikomu chyba nie muszę tłumaczyć, jak było to (i jest – biedni dźwiękowcy) uciążliwe w transporcie, montażu i demontażu systemu, a także serwisowaniu, a nawet przechowywaniu. Metoda ta nie tylko wymagała stosowania dużej ilości długich kabli, którymi trzeba było przesłać sygnał z nastawni do dimmerów, ale dodatkowo sami producenci tychże komplikowali życie ich użytkownikom, stosując różne kable, złącza oraz różne wartości napięć sygnałów sterujących. Słowo kompatybilność i uniwersalność była wtedy czczym gadaniem. Pierwszą próbą rozwiązania tych problemów było zastosowanie analogowego multipleksowania – za pomocą czegoś, co zwało się Time Division Multiplexing przesyłano wiele kanałów z wykorzystaniem pojedynczego kabla.

To już było coś! W istocie oznaczało to dzielenie sygnału, a następnie przekazywanie go do multipleksera. Efektem tego było powstanie kilku formatów (znowu!), takich jak: AMX192, D54 czy S20. Chociaż protokoły te pozwalały na transportowanie wielu kanałów jednym tylko kablem, nie były wolne od innych bolączek: transmisja mogła odbywać się na stosunkowo krótkich dystansach i niestety była podatna na zakłócenia. Lekarstwem i na te bolączki okazał się być DMX512.

 

DMX512

Któż go nie zna? Jest to kolejny krok naprzód w rozwoju technologii Time Diversion Multiplexing, polegający na jej zdigitalizowaniu, czyli przeniesieniu tej koncepcji w obszar techniki cyfrowej. Dzięki temu uzyskaliśmy możliwość przesyłania większej ilości kanałów i na większe odległości oraz mniejszą wrażliwość na zakłócenia. I znowu wiele firm zaczęło rozwijać ten pomysł po swojemu, na szczęście pojawienie się protokołu DMX512 – rozwijanego przez USITT i zarządzanego przez ESTA – pozwoliło na ustanowienie jednego standardu w branży, który wszyscy „chętni” producenci mogli zastosować w swoich produktach. Dla przypomnienia (lub poinformowania, jeśli ktoś jeszcze się z nim nie zetknął), główne cechy DMX512 to:

– 512 kanałów przesyłanych jednym kablem,

– maksymalna odległość, na jaką możemy przesłać sygnał – 300 m,

– 32 standardowe urządzenia sterowane za pomocą jednego kabla,

– odświeżanie – 44 ramki na sekundę,

– mała wrażliwość medium (sygnału cyfrowego) na zakłócenia,

– otwarty format dla przemysłu.

Oczywiście, DMX512 nie jest idealny, ma więc też i wady. Sprawdzał się znakomicie do czasu pojawienia się urządzeń LEDowych ze sterowaniem opartym na pixelach, co spowodowało lawinowy wręcz wzrost liczby kanałów, a więc ograniczyło liczbę możliwych do sterowania urządzeń. Na rynku zaczęły więc pojawiać się konsolety z wbudowanymi nawet 8 złączami DMX. I znów wróciliśmy do podobnego problemu, jaki mieli użytkownicy analogowych kabli wieloparowych – tym razem, co prawda, przesyłany sygnał był cyfrowy, ale znów trzeba było przesyłać go kilkoma przewodami w jednej wiązce. W związku z tym zrodził się pomysł, aby – w celu rozwiązania tego problemu – wykorzystać do przesyłania dużej ilości kanałów cyfrowych technologię sieciową.

Jak to już wcześniej „przerabialiśmy”, ilu producentów, tyle pomysłów, jak to zrobić. Jednym z nich, mającym duże szanse stać się kolejnym standardem przemysłowym, jest zaproponowany przez Artistic Licence (z Waynem Howellem na czele) Art-Net, oparty na dobrze już „zadomowionej” technologii Ethernet. Dzięki niej uzyskano cyfrowe multipleksowanie dużej liczby linii DMX w jeden kabel Ethernetowy. Co ważne, Artistic Licence zdecydowało, że ich protokół będzie miał format otwarty, a więc każdy producent będzie mógł go implementować i rozwijać w swoich produktach, bez konieczności nabywania jakiejkolwiek licencji (wbrew nazwie firmy). W ten sposób Artistic Licence chciało uniknąć powtarzającej się często w przeszłości sytuacji, gdy każdy producent na własną rękę rozwijał nową koncepcję, bez konsultowania się z innymi w celu wytyczenia kierunku rozwoju, pozwalającego na ustandaryzowanie nowej technologii. Pomysł został bardzo dobrze odebrany przez branżę.

Pierwszą firmą, która zaadaptowała protokół Art-Net w swoich produktach, była ADB, obecnie zaś takich producentów jest ponad stu.

 

DLACZEGO ETHERNET – WADY I ZALETY

Ponieważ Art-Net bazuje na Ethernecie, tak więc powinniśmy zacząć od przedstawienia, co to jest Ethernet. Z uwagi jednak na to, iż całkiem niedawno w LSP ukazał się cykl artykułów o cyfrowych sieciach audio, również bazujących na Ethernecie, znaczną część informacji zawartych w tych artykułach powinniśmy powtórzyć (tych, którzy ich nie czytali, a chcieliby coś więcej na ten temat się dowiedzieć, odsyłam do numerów 1, 2 i 4/2010 Live Soundu). My w tym artykule przypomnimy sobie tylko podstawowe informacje na ten temat oraz odniesiemy to do konkretnego zastosowania z siecią Art-Net.

Zastosowanie Ethernetu w systemach oświetleniowych ma wiele plusów. Po pierwsze – można wykorzystać istniejące już protokoły i osprzęt. Z instalacyjnego punktu widzenia współczesne budynki mają już zainstalowaną infrastrukturę Ethernetową, a stosunkowo tani i ogólnie dostępny osprzęt i okablowanie są coraz tańsze. Kable Cat-x stały się obecnie powszechne, są tanie i, mówiąc szczerze, bardziej „przyjazne” dla klientów, którzy nie bardzo znają się (albo wręcz nie przepadają) na kablach XLR5. Stosowana obecnie topologia sieci Ethernet to w prawie 100 procentach topologia gwiazdy, pozwalająca na łatwą konfigurację i rekonfigurację sieci, a przy okazji oferująca wysoką niezawodność.

Przykładowo, jeśli wyciągniesz z gniazda jedną wtyczkę (złącze, które jest podłączone do jednego urządzenia), możesz być pewien, że odłączyłeś od sieci tylko jedno urządzenie, podczas gdy przy połączeniach DMX-owych może się okazać, że wypiąłeś od 1 do nawet 32 urządzeń! Kolejna zaleta Ethernetu to spora szerokość pasma – już „zwykła” sieć 10BaseT oferuje przepustowość 40 razy większą niż kabel DMX. Ponadto transmisja danych może odbywać się na różne sposoby i za pomocą różnych mediów: bezprzewodowo (WiFi) lub optycznie (światłowody i lasery).

Oczywiście, są również wady (któż ich nie ma?). Pierwsza to możliwość przesyłania za pomocą kabla na dystans do 100 m. Kolejna, tym razem niedogodność, to wspomniana wcześniej topologia gwiazdy, która z jednej strony zwiększa niezawodność pracy sieci, ale z drugiej nie pozwala na łączenie urządzeń łańcuchowo (takie połączenie pozwala w sumie na przesyłanie sygnałów na spore odległości – łącząc jedno urządzenie z  drugim, a każde na maksymalną odległość 300 m względem następnego). I na koniec – Ethernet wymaga większej wiedzy i umiejętności konfiguracyjnych oraz „obycia” w tym temacie, jest również , mówiąc kolokwialnie, mniej „idiotoodporny”. Wróćmy jednak do naszego protokołu.

 

JAKIE KORZYŚCI DAJE ART-NET

Koncepcyjnie Art-Net pozostaje w dalszym ciągu multicorem przenoszącym wiele linii DMX, z tym że dokonywane jest to za pomocą jednej skrętki. Przestrzeń (universe) DMX jest dodawana do sieci i identyfikowany za pomocą adresu, jednego z 256 dostępnych. Jednak „piękno” Art-Netu polega na tym, że w dowolnej chwili możemy zdalnie dokonać rekonfiguracji adresów i w ten sposób kompletnie „przemeblować” strukturę przesyłania danych w sieci. Art-Net supportuje też RDM (Remote Device Management), który jest nowym protokołem rozwijanym przez ESTA. DMX wysyła dane za pomocą pinów 2 i 3 złącza DMX-owego, a RDM odwraca kierunek, tak że może otrzymywać dane z urządzenia DMX supportującego RDM. Tak więc DMX staje się dwukierunkowy, pozwalając nie tylko na zdalne zaprogramowanie adresów startowych, ale – co ważniejsze – informacje z urządzenia, takie jak temperatura i stan pracy źródła światła, mogą być dostarczane do operatora. Daje to precyzyjną kontrolę nad urządzeniami, w związku z czym sprzęt i technologia DMX może być obecnie wykorzystana w branży oświetlenia architektonicznego.

Ponadto Art-Net może być wykorzystywany w innych zasobach, łącznie z DMX- -Workshop, Net-View i Wireshark. Czy to oznacza, że na DMX nadeszła jego pora? W żadnym razie! DMX jest wciąż cennym składnikiem systemu sieciowego. DMX jest bardzo solidny i, w przeciwieństwie do Art-Netu, można za jego pomocą łatwo połączyć wiele urządzeń. Choć Art-Net jest wykorzystywany do transportu wielu przestrzeni universe od sterownika do węzłów systemowych via Ethernet, kabel DMX-owy będzie nam niezbędny do łączenia urządzeń peryferyjnych (na dalsze dystanse) oraz do podłączenia urządzeń końcowych.

 

JAK DZIAŁA ART-NET

Kluczowy pakiet w Art-Necie zwie się ArtDMX i  jest używany do przesyłania DMX-owych danych przez sieć Ethernet. Może on być wygenerowany bezpośrednio ze sterownika, jak również przekonwertowany ze źródła DMX-owego. Pakiet ArtDMX zawiera trzy główne części informacji: – 512 kanałów DMX, – 5 pól sterowania, w tym numer przestrzeni universe (dla odróżnienia od innych przestrzeni w sieci), – numer porządkowy. Ponieważ niektóre pakiety mogą być opóźnione, ważne jest, aby zawierały numer porządkowy, dzięki czemu odbiornik wie, czy zignorować pakiet, który przybył poza kolejnością.

 

BROADCAST, UNICAST I MULTICAST

Te pojęcia powinny być już znane czytelnikom LSP, choćby z niedawno opublikowanych i nieco wcześniej wspomnianych artykułów o Ethernecie i cyfrowych sieciach audio. Dla przypomnienia – istnieją trzy sposoby rozsyłania danych w sieci: – Broadcast – jeden nadawca, który wysyła swoje dane do absolutnie wszystkich w sieci, – Unicast – jest formą przesyłania danych jeden-do-jednego, gdzie dane są przekazywane do konkretnego odbiorcy o konkretnym adresie IP, – Multicast – to z kolei forma przesyłania jeden-do-wielu, czyli więcej niż Unicast, ale jeszcze nie Broadcast.

Mały przykład – jeśli mamy 20 urządzeń i do wszystkich z nich chcemy dotrzeć z tą samą informacją, możemy skorzystać z adresowania Broadcast, ale to będzie oznaczało, że również inne urządzenia w sieci, spoza naszej „wybranej” dwudziestki, będą mogły tę informację odczytać. Możemy skorzystać z Unicastu, ale wtedy będziemy musieli 20 razy przesłać tą samą wiadomość, którą tak naprawdę wystarczyłoby wysłać jeden raz (nie tracąc cennego czasu i pasma). Najlepszym wyjściem w tej sytuacji wydaje się być Multicast, który pozwoli nam na wysłanie danych tylko raz, ale do konkretnych, określonych ich adresami nadawców. Z tych trzech form przesyłania danych oczywiście najprostsza jest ta pierwsza, Broadcast, i dla kogoś, kto nie jest biegły w tej tematyce zapewne będzie ona podstawową formą pracy w sieci Art-Net – wystarczy podłączyć urządzenie do sieci i ... już, będzie po prostu odbierać wszystkie dane krążące w sieci.

Może nie jest to zbyt „eleganckie” i wydajne wykorzystywanie zasobów sieciowych, ale na pewno najprostsze i w miarę niezawodne. Faktycznie jednak przy rozbudowanych sieciach, w których pracują „kanałożerne” (w sensie wykorzystujących mnóstwo kanałów DMX) urządzenia, korzystanie z adresowanie Broadcast generuje nadmierny, zupełnie niepotrzebny ruch w sieci, zajmując nazbyt wiele często bardzo cennego pasma. Umiejętność korzystania z paczek Unicast i Mutlicast staje się wtedy niezbędna.

 

CZYM RÓŻNI SIĘ ART-NET II OD ART-NET I

Art-Net II początkowo zawsze zaczyna pracę z adresowaniem Broadcast, będąc w 100 procentach kompatybilnym wstecz z Art-Net I. Następnie jednak wykorzystuje prosty mechanizm pakietów w sieci, aby dowiedzieć się, którą przestrzeń (universe) chcą używać respondenci. Wygląda to np. tak – mamy konsoletę oświetleniową podłączoną do sieci, w której pracuje jedno urządzenie, które chce pracować z DMX universe 200. Konsoleta wysyła pakiet ArtPoll, mechanizm wykorzystywany do „zbadania” które universe’y respondenci używają. Z poszczególnych węzłów, takich jak konwertery z Art-Net na DMX, wraca pakiet ArtPollReply, raportujący ich status.

Respondenci mogą powiedzieć „Ja używam universe 200”. W tym miejscu konsoleta Art-Net II, dla tego konkretnego urządzenia (respondenta), może przełączyć się z trybu Broadcast na Unicast i wysyłać pakiety ArtDMX do tego konkretnego węzła. Daje to ogromną oszczędność pasma, co zaczyna nabierać dużego znaczenia, jeśli pracujemy z więcej niż 40 universe’ami. Jeśli konsoleta otrzyma odpowiedź od 5-6 respondentów chcących używać universe 200, lepszym wyjściem od wysyłania każdemu z nich paczki Unicast będzie powrót do adresowania Broadcast, które w tym przypadku będzie bardziej efektywne, jeśli chodzi o szerokość zajmowanego pasma. Wszystkie pozostałe funkcje Art-Net II są oczywiście kompatybilne z Art-Net I. Ponadto Art-Net II jest też w pełni kompatybilny z RDM.

 

CO WIĘCEJ

Zdaję sobie sprawę, że tym krótkim artykułem nie wyczerpałem całej tematyki związanej z Art-Netem. Zainteresowanych pogłębieniem swojej wiedzy na ten temat odsyłam do strony www.artisticlicence.com, gdzie można znaleźć ciekawe prezentacje w Power Poincie, jak również dokumenty pdf. Na stronie tej znajduje się też wejście na forum, gdzie można z użytkownikami sieci Art-Net z całego świata wymieniać się uwagami i problemami związanymi z pracą w sieci Art-Net.

Jacek Sitarski

---

Zawodowo Jacek Sitarski zajmuje się szeroko pojętą optyką, a jego pasją jest współczesne oświetlenie architektoniczne i teatralne. Kontakt poprzez redakcję: redakcja@livesound.pl.