Art-Net. Co to takiego?

Czym jest Art-Net? Jakie są jego zalety i jaka jest jego przewaga nad poprzednikami? Nie mniej ważne pytanie – jakie są jego wady, bo któż (cóż!) ich nie posiada? Na te i inne frapujące Was pytania, związane z protokołem Art-Net, postaram się odpowiedzieć w tym artykule.

POWRÓT DO PRZESZŁOŚCI

Żeby odpowiedzieć sobie na pytanie, czym jest Art-Net, sięgnijmy pamięcią do nieco już odległych (ale znów nie tak bardzo) czasów.

Ponad 30 lat temu 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 liczby 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 zastosowania 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

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 liczby 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 liczby kanałów cyfrowych technologii sieciowej. 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 zaadoptowała protokół Art-Net w swoich produktach była ADB, obecnie zaś takich producentów jest ponad stu.

DLACZEGO ETHERNET – WADY I ZALETY

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 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 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 dobrą 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 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. Linia (universe) DMX jest dodawana do sieci i identyfikowana 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 XLR-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 większe 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 LSI. 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 sieci, 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 adresowania 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 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.