Audio Video Bridging (AVB) — это общее название набора технических стандартов , которые обеспечивают улучшенную синхронизацию, низкую задержку и надежность для коммутируемых сетей Ethernet . [3] AVB воплощает в себе следующие технологии и стандарты:
Поправки IEEE 802.1Qat и 802.1Qav были включены в базовый документ IEEE 802.1Q -2011, который определяет работу мостов управления доступом к среде передачи (MAC) и виртуальных мостовых локальных сетей .
Первоначально AVB был разработан целевой группой по мостовому соединению аудио и видео Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) комитета по стандарту IEEE 802.1 . В ноябре 2012 года группа задач по мостам аудио-видео была переименована в группу задач по созданию чувствительных к времени сетей , чтобы отразить расширенный объем ее работы, которая заключается в «предоставлении спецификаций, которые позволят синхронизировать потоковые услуги с низкой задержкой через сети IEEE 802 ». [5] Дальнейшие усилия по стандартизации продолжаются в целевой группе IEEE 802.1 TSN.
Чтобы обеспечить совместимость между устройствами, реализующими стандарты AVB и TSN, AVnu Alliance разрабатывает сертификацию устройств для автомобильного, потребительского и профессионального рынков аудио и видео. [6]
Аналоговое аудио-видео (AV) оборудование исторически использовало односторонние одноцелевые соединения «точка-точка». Даже цифровые AV-стандарты, такие как S/PDIF для аудио и последовательный цифровой интерфейс (SDI) для видео, сохраняют эти свойства. Такая модель подключения приводит к использованию большого количества кабелей, особенно в профессиональных приложениях и высококачественном аудио. [7]
Попытки решить эти проблемы основывались на топологиях многоточечных сетей, таких как IEEE 1394 (FireWire), и включали адаптацию стандартных технологий коммутируемых компьютерных сетей , таких как Audio over Ethernet и Audio over IP . Профессиональные, домашние и автомобильные AV-решения стали использовать специализированные протоколы, которые не взаимодействуют друг с другом, или стандартные ИТ-протоколы, в то время как стандартные компьютерные сети не обеспечивали строгое качество обслуживания со строгим соблюдением сроков и предсказуемой или ограниченной задержкой. [7]
Чтобы преодолеть эти ограничения, сети Audio Video Bridging передают несколько аудиовизуальных потоков через стандартные коммутаторы Ethernet (т. е. мосты MAC ), соединенные в топологии иерархического дерева . AVB включает протоколы уровня 2 для резервирования полосы пропускания соединения и определения приоритетов сетевого трафика, что гарантирует точную синхронизацию и низкую задержку передачи для каждого потока. [7]
Точная синхронизация между несколькими AV-потоками необходима для синхронизации губ между видео и связанными аудиопотоками, для поддержания синхронизации нескольких динамиков, подключенных по цифровому сигналу, в профессиональной среде (что требует точности 1 мкс), а также для предотвращения позднего прибытия аудио- или видеопакетов к конечной точки, что приводит к пропаданию кадра видео и нежелательным сбоям звука, таким как хлопок или тишина. Задержка в наихудшем случае, включая буферизацию источника и назначения, должна быть низкой и детерминированной: задержка пользовательского интерфейса должна составлять около 50 мс, чтобы нажатие кнопки и последующее действие воспринимались как происходящие мгновенно, и 2 мс. для живого выступления или студийной работы. [7]
Аудио-видео мост реализован как коммутируемая сеть Ethernet, которая работает, резервируя часть доступного Ethernet для AV-трафика. Архитектура AVB имеет три основных отличия:
IEEE 802.1BA является общим стандартом для этих трех основных технологий, который определяет конфигурации и процедуры работы для конкретных приложений для устройств в коммутируемых аудио-видеосетях.
Новые протоколы конфигурации уровня 2 работают с обратно совместимыми расширениями формата кадров Ethernet 802.1; такие минимальные изменения позволяют устройствам AVB сосуществовать и взаимодействовать в стандартных ИТ-сетях, однако только коммутаторы и конечные точки с поддержкой AVB могут резервировать сетевые ресурсы с контролем доступа и синхронизировать местное время с главными часами, что необходимо для чувствительного ко времени трафика с малой задержкой. .
Трафик AVB реплицируется многоадресным способом с одним говорящим (инициатором потока) и несколькими слушателями. Пакеты AVB отправляются через регулярные промежутки времени в выделенных временных интервалах, предотвращая конфликты AV-трафика. AVB гарантирует задержку 2 мс для трафика класса A и 50 мс для трафика класса B на протяжении максимум 7 переходов с периодом передачи 125 мкс для трафика класса A и 250 мкс для трафика класса B.
Сетевой домен синхронизации IEEE 802.1AS включает в себя все устройства, которые обмениваются данными с использованием протокола gPTP. Гроссмейстер — устройство, выбранное в качестве эталонных часов; Спецификация 802.1BA требует, чтобы каждый говорящий абонент и сетевой мост были гроссмейстерскими.
Протоколы управления каналом 802.3 и протоколы измерения задержки канала 802.1AS рассчитывают двустороннюю задержку до конечной точки AVB; это должно быть лучше, чем наихудшая задержка проводной связи из алгоритма задержки узла 802.1AS.
Протоколы более высокого уровня могут использовать информацию о часах 802.1AS для установки точного времени представления для каждого AV-потока.
Стандарт IEEE 1722-2011 [8] для протокола передачи аудио-видео уровня 2 (AVTP) определяет детали передачи потоков IEEE 1394 / IEC 61883 и других AV-форматов, устанавливает время представления для каждого AV-потока и управляет задержками в худшем случае. рассчитывается по протоколу gPTP.
IEEE Std 1722.1-2013 [9] — это стандарт, который обеспечивает AVB-обнаружение, перечисление, управление соединениями и контроль (AVDECC) устройств с использованием IEEE Std 1722-2011. AVDECC определяет операции по обнаружению добавления и удаления устройств, получению модели объекта устройства, подключению и отключению потоков, управлению устройством и состоянием соединения, а также устройствам удаленного управления.
Службы более высокого уровня могут улучшить синхронизацию и задержку передачи мультимедиа, сопоставляя идентификатор потока AVB с внутренними идентификаторами потока и основывая внутренние метки времени на главных часах gPTP.
Стандарт IEEE 1733-2011 [10] определяет профиль протокола уровня 3 для приложений транспортного протокола реального времени (RTP) с форматом полезной нагрузки RTCP , который присваивает идентификатор потока из SRP идентификатору источника синхронизации (SSRC) RTP и коррелирует RTP. временные метки времени презентации с главными часами 802.1AS gPTP.
AES67 основан на стандарте RTP через UDP/IP и протоколе точного времени IEEE 1588 (PTPv2) для синхронизации; Взаимодействие с AVB/TSN может быть достигнуто путем связывания информации синхронизации IEEE 802.1AS с данными полезной нагрузки AES67 PTPv2. [11] [12] [13] [14]
Реализация AES67 с совместимостью AVB была продемонстрирована на InfoComm 2016. [15] [16]
В 2018 году Avnu Alliance объявил о миланской инициативе по обеспечению совместимости устройств AVB и обеспечению сертификации и тестирования продукции. [17]
Спецификация требует синхронизации мультимедиа на основе AVTP CRF (опорный формат синхронизации) и частоты дискретизации 48 кГц (опционально 96 и 192 кГц); Формат аудиопотока основан на 32-битном стандартном аудиоформате AAF AVTP IEC 61883-6 с от 1 до 8 аудиоканалов на поток (опционально 24- и 32-битный формат высокой емкости с 56 и 64 каналами). Резервирование обеспечивается двумя независимыми логическими сетями для каждой конечной точки и механизмом плавного переключения. [17]
Рабочая группа IETF по детерминированным сетям (DetNet) работает над определением детерминированных путей передачи данных с ограничениями на задержку, потери и изменение задержки пакетов (дрожание), а также с высокой надежностью. DetNet будет работать как через мостовые сегменты уровня 2, так и через маршрутизируемые сегменты уровня 3, полагаясь, когда это возможно, на взаимодействие с коммутаторами AVB/TSN. [18]
Одним из возможных применений DetNet являются профессиональные аудио/видео системы, например, для производства музыки и фильмов, вещания, кино, живого звука и для больших площадок (стадионы, холлы, конференц-центры, тематические парки, аэропорты, вокзалы и т. д.). для публичных выступлений, потоковой передачи мультимедиа и оповещения о чрезвычайных ситуациях. Заявленная цель — обеспечить возможность географически распределенной, кампусной или корпоративной интрасети для доставки контента с ограниченной низкой задержкой (10–15 мс). Одна сеть должна обрабатывать как A/V, так и ИТ-трафик с маршрутизацией уровня 3 поверх сетей QoS AVB, чтобы обеспечить совместное использование контента между сегментами AVB уровня 2 и обеспечивать интеграцию IntServ и DiffServ с AVB, где это возможно. Неиспользованная зарезервированная полоса пропускания должна быть освобождена для трафика с максимальной эффективностью. Стек протоколов должен иметь возможности Plug-and-play сверху донизу, чтобы уменьшить необходимость ручной настройки и администрирования, обеспечить возможность быстрого изменения сетевых устройств и топологии сети. [19]
Крупномасштабные сети AVB, подобные тем, которые используются вещательным центром ESPN SportsCenter «Digital Center 2», в котором расположены несколько отдельных студий, проложены по оптоволокну длиной в тысячу миль и имеют полосу пропускания в десять Тбит/с для одновременной передачи сотен тысяч сигналов; при отсутствии стандартизированного решения для соединения отдельных сегментов AVB требуется специальный программно-определяемый сетевой маршрутизатор. [20] [21]
Работа над потоковой передачей аудио/видео началась в исследовательской группе IEEE 802.3re «Жилой Ethernet » в июле 2004 года. [22] В ноябре 2005 года она была передана комитету IEEE 802.1 , отвечающему за стандарты межсетевого мостового соединения . [23]