网络协议标准

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1、谈谈 ACN 和和 Artnet 网络协议标准网络协议标准 陈国义 上海戏剧学院教授 胡清亮 南京大学顾问教授 硕士研究生导师 梁国芹 硕士 高级工程师 河东企业总裁 廖伟民 享受国务院特殊津贴网络专家 河东网络公司总经理 关键词关键词 ACN 协议 Artnet 协议 DMX512-A 调光网络 调光设备即插即用 摘摘 要要 本文着重描述 ACN 协议与 Artnet 协议之间的不同特点与应用情况 ACN 是旨在提供下一代灯光控制网络数据传输的先进控制网络标准 ACN 要去完成包括 DMX 协议的更多工作 ACN 将统一灯光控制网络 允许单一网络传输很多不同种类的调光及其它相关数据 并且可以

2、连接来自不同厂家的调光设备 Art-Net 是一个 10BaseT 基于 TCP/IP 协议的以太网协议 其目的是用标准网络技术允许远程传输大量的 DMX512 数据 近年来 随着计算机网络技术的普及和快速发展 网络技术的应用已经渗透到各行各业 带来了很多新的应用概念 网络技术在灯光控制领域的新应用也展现蓬勃发展之势 为跟上网络技术的发展 在世界范围内 灯光控制领域各生产厂家纷纷研制并推出应用网络技术的相关调光设备 目前已有相当数量的产品活跃在灯光控制市场 形成百花齐放 群雄争霸的局面 令人遗憾的是 由于各厂家产品之间的兼容 通讯 互相操作等方面还存在着不同程度的问题 要是将这些均称为网络调光

3、设备连成一个调光网络 将会发现这个调光网络很难运行 各厂家产品令人跃跃欲试的先进功能 在这个调光网络里 要么无用武之地 要么亳无表现 如果在这个调光网络系统里全部是某个厂家的产品 毫无疑问 设备和网络系统都可以发挥出预期功能 就比如 在某地 聚集着来自世界各地的人 他们都讲着除了自己谁也听不懂的语言 结果自然是 听起来热热闹闹但相互间谁也无法和谁沟通 如果有翻译或有一种大家都懂的世界语 结果也就不言而喻了 PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 在调光网络里这种世界语就是网络通讯协议 网络通讯有三个基本要素:设备连接方法 数据交换方式 数据定义 1986 年由美国影视剧场技术

4、协会(USITT)的工程委员会开发 完成版本于1990 年的 DMX512 协议是这样定义的: 控制灯光设备和附件的传输数字式数据的标准 它已获得国际业界认可 目前遍布娱乐业调光领域 它结束了模拟调光和产品互不兼容的时代 同时开创了数字调光和其它产品可互相兼容的新时代 这是数字时代进步的必然 它定义了用 EIA-485 通讯协议传输 DMX512 调光数据 在这个层面上 它能把不同厂家产品连接起来 并实施控制 但它不能相互交换数据 而只能单向传输 很难将其称为具有现代意义的网络 值得注意的是 DMX512 也不断在摒弃落后技术并引进先进技术中获得不断发展 在经过几个修订版后 即将发布的 DMX

5、512-A 新标准将取代 DMX512 DMX512-A 为远程设备管理协议(RDM)打下了基础 意味着双向传输数据的可能 最终各种调光设备可相互交换数据 它引入了一个新体系 即唯一的厂商标识码 这允许无论在何处都可处理被标识设备 在调光网络产品沸沸扬扬面市的时候 值得注意的是世界上出现的两个调光网络协议:一个是代表北美业界的 ACN 协议 另一个是代表欧洲业界的 Art-Net协议 ACN 协议开宗明义地这样阐述: ACN 是旨在提供下一代灯光控制网络数据传输的先进控制网络标准 ACN 要去完成包括 DMX 协议的更多工作 ACN 将统一灯光控制网络 允许单一网络传输很多不同种类的调光及其它

6、相关数据 并且可以连接来自不同厂家的调光设备 ACN 协议并不局限于灯光领域 预期将适用于音响控制和舞台机械设备 它可以应用于任何支持 TCP/IP 协议的网络中 通常最普遍的是应用于以太网络 目前 协议标准的大部分已经基本编写完成 虽然这一标准还尚未获得美国国家标准协会通过 但是由于它的先进性 优越性为业界所广泛看好 世界上许多国家的厂商已纷纷设计符合这一标准的灯光网络系统架构和制造出相应系列灯光网络产品 称之为 ACN-Ready 或 准 ACN 产品 以支持 ACN 协议而尽早通过确认和抢占市场先机 而 Art-Net 则简单明了地表明: Art-Net 是一个 10BaseT 基于 T

7、CP/IP 协议的以太网协议 其目的是用标准网络技术允许远程传输大量的 DMX512 数据 它PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 由 Artistic Licence 发明且巳公布出版 最新版本为 V1.4 文档修订 Q 版权Artistic Licence (UK) Ltd 2002 目前已有 25 家成员 ACN 和 Art-Net 两种协议都同样可采用以太网和 TCP/IP 通讯协议 它们都支持同一网络兼容不同厂家设备相互通讯和操作 它们都具有丰富而翔实的设计文档和提供厂家产品设计的技术规范 因此 要对两种协议作出正确评价是很困难的 但有一点是可以肯定的 它们都是后

8、 DMX512 时代的先进调光网络协议 一种协议要获得业界普遍认可 除了其设计必须具备技术先进性 可扩充性等基本条件外 更重要的是进入市场后是否能得到广泛的应用和推广 也就是必须遵循市场规律 下面主要从技术应用层面提出一些肤浅的一管之见 网络结构和通讯协议 网络结构定义了设备的低层连接方式 通讯协议规定了设备控制数据的高层传输控制模式 国际标准化组织的 ISO7498 开放系统互联模型对网络有著名的七层协议的定义 以太网是目前世界上最普遍使用的局域组网结构模式 常用的有线模式是802.3 网络协议;无线模式是 802.11 网络协议 TCP/IP 通讯协议集是当前网络最普遍使用的数据传输协议

9、它是著名的国际互联网的主体协议 TCP/IP 协议的基本传输单位是数据包 TCP 协议负责把数据分成若干个数据包 并给每个数据包加上包头(就像给一封信加上信封) 包头上有相应的编号 以保证在数据接收端能将数据按顺序还原为原来的格式 IP 协议在每个包头上再加上接收端设备地址 这样数据能找到自己要去的地方(就像信封上要写明地址一样) 如果传输过程中出现数据丢失 数据失真等情况 TCP 协议会自动要求数据重新传输 IP协议保证数据的传输 因此是个地址协议 TCP 协议保证数据传输的质量 因此是个传输控制协议 可以这样理解在使用ACN和Art-Net两种协议的调光网络:一端设备将调光数据相关设备控制

10、数据(如 DMX512 数据)打包成 ACN 或 Art-Net 协议包(编码) 将该包装入 TCP/IP 信封(打包) 通过以太网安全可靠地传到另一端设备 接收设备去掉 TCP/IP 信封(拆包) 再按 ACN 或 Art-Net 协议解释收到的信息包(解码)实施对设备的操作 打包 传输 拆包是采用以太网结构和 TCP/IP 通讯协议得到的直接好处(现成的计算机网络技术和产品支持) 它不关心所传输数据是什么PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 意义 它仅提供一条畅通而可靠的通道 而编码 解码所处理的数据直接相关调光设备的功能属性 因此 ACN 和 Art-Net 两种协议

11、都有对设备属性的各种定义 例如,控制设备发送数据的过程可示为:调光台-协议(编码)-TCP/IP(打包)-网线(传输)-TCP/IP(拆包)-协议(解码)-DMX512-硅柜-灯具 首先 在调光领域 采用现有成熟的计算机网络技术和产品是相当明智的方法 计算机产业比娱乐技术产业大得多 而且正以惊人的速度在不断地发展 使用以太网和 TCP/IP 作调光控制 意味着拥有大量现成的低价而众多的网络产品和软件资源 例如集线器 电缆 光纤和无线连接产品以及远程控制和监测技术 此外 现有大楼和各种场所已遍布以太网 更可方便调光工程的临时使用 拿来便用何乐而不为 调光网络与传统的 DMX512 比较 能获得最

12、直接的利益当是宽带 距离 可靠和双向等功能的实现 这意味着在一个网络里可同时连接的设备更多 且连接的距离更长 传输控制协议使调光控制质量和可靠性更高 双向通讯使设备的远程监测和控制更有效 因而构筑大规模可靠的调光网络成本更低 这是以现代计算机网络技术为支持的必然结果 可靠性与有效带宽 ACN 和 Art-Net 两种协议都同样采用 UDP 协议作调光网络数据传输 UDP 是TCP/IP 协议集里的用户数据包协议 它程序小而简单 不用建立连接 因此处理速度很快 它可以提供基本的多点传输(或称广播)寻址和数据传输功能 但UDP 并没有提供数据传输可靠性的任何保证 这意味着它发送数据后并不知道数据包

13、能否到达另一端 而且数据包传输出错也无法要求重传 如同广播电台并不知道收音机能否收听到一样 解决的办法有两个:一是使用 TCP 传输控制协议 二是收到数据后设备反馈收到信息 前者是复杂的传输控制协议 TCP 需要建立连接(如同打电话要经摘机 听拨号音 拨号等过程) 监测到传输出错要求对方重发数据等 因而有可靠性保证 但管理连接及相应处理会大大增加设备的负担 对后者 某设备发送一次数据而收到数据的设备数以百计 若都反馈收到信息 可以想象 数以百计的反馈信息将使网上交通拥挤不堪而堵塞 而发送设备每发送一次数据都要处理数以百计的反馈信息 也将不胜负荷而难以实时控制 显然这是不可行的 亳无疑问 两种方

14、法都以牺牲有限网络带宽为代价的 可靠性与带宽是矛盾的两个方面 调光网络是一个实时控制系统 数据传输的可靠性是保PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 证调光质量和正确控制的基础 有效带宽是保证设备实时响应速度和影响同时接入网络的设备数量 两个指标的重要性不言而喻 DMX512 协议似乎可以忽略可靠性问题 因为它在设计时就已假定 它要不断重复发送数据 即使前一次数据偶然出错 随后很快将会收到下一次正确数据 因此出错数据只会持续很短的时间 但是应该指出 这种连续的数据发送方法 如果前一次传输的是控制命令类的重要数据出错而紧接下一次是其它调光类数据 仍会有重要数据丢失问题 设备将会

15、工作在不正常或不确定状态 而且 更重要的是 连续发送数据(大量的重复数据)会使网络带宽使用效率很低 Art-Net 其定义是用标准以太网络技术允许远程传输大量的 DMX512 数据 研究其技术文档也未见有不是连续发送数据的设计 因此可以相信 它继承了DMX512 连续发送数据的假定 也可能存在上述 DMX512 存输中存在的问题 ACN 设计了会话数据传输协议 SDT(Session Data Tansport) SDT 是 ACN 在TCP/IP 网络中 UDP 协议上层使用的一种传输控制协议 通过建立数据传输会话来提供所需的可靠性 会话只有检测到传输数据出错才要求设备重发 既保证了传输数据

16、的可靠性又不用频繁反馈信息 因此有效地使用网络带宽 而且 ACN设计尽可能只发送输出值有变化的部分数据 而不是像 DMX512 一样不断的发送所有输出值(包括大量无变化的重复数据)到设备 不难想象 网络带宽的使用效率将会得到很大的提高 子网和路由 最简单的调光网络可以想象成一条线的总线 各个调光设备可以通过向总线发送数据包使设备之间互相通信和操作 但随着网络中的设备数量增大到某个程度 会产生许多问题 带宽资源耗尽 每台设备都浪费许多时间处理无关的广播数据 网络变得无法管理 任何错误都可能导致整个网络瘫痪 每台设备都要处理监听其他无关设备的通信,无端增加设备负担 把网络按应用功能和相关设备划分成若干子网(分段)可以解决这些问题 但同时必须提供一种机制使不同子网的设备在需要时可以互相通信 这种机制即是子网和路由的设