QS ofrece un sistema de audio de alta calidad para la comunicación de datos de alta calidad, y un sistema de audio de alta fidelidad que permite la transmisión de audio de alta fidelidad de los dispositivos de transmisión de audio de alta calidad, y que permite la transmisión de audio de alta fidelidad de los dispositivos de transmisión de audio de alta calidad.

¿Qué es la calidad del servicio (QoS) en AES67?

Calidad de servicio es un término amplio que abarca el conjunto de tecnologías y mecanismos utilizados para gestionar los recursos de red y priorizar ciertos tipos de flujos de datos. En las redes IP, todos los paquetes se tratan por igual por defecto, una situación llamada "mejor esfuerzo" entrega. Mientras que esto funciona bien para la navegación web, correo electrónico o transferencias de archivos, es totalmente inaceptable para las secuencias de audio en tiempo real, donde los paquetes perdidos resultan en des audibles, el tráfico

El papel de QoS en la integridad de audio

¿Por qué es tan crucial QoS en una red AES67? La respuesta está en la naturaleza de los paquetes de audio. AES67 streams normalmente llevan múltiples canales de audio sin compresión de Pulse-Code Modulation (PCM), con tamaños de paquete diseñados para minimizar la latencia mientras mantiene la eficiencia. Un flujo típico AES67 puede enviar paquetes cada 125 microsegundos (para un paquete de 8 muestras a 48 kHz) o cada una variación de 1

  • Reducir la latencia: El colado de prioridad asegura que los paquetes de audio pasan menos tiempo esperando en los amortiguadores de conmutación. Cuando llega un estallido de tráfico de archivos-transfer, los paquetes de no prioridad se apagan mientras los paquetes de audio saltan a la parte delantera.
  • Minimización de la máquina: El tratamiento de reenvío continuo en toda la red mantiene los tiempos de llegada predecibles. Los receptores de audio pueden entonces usar pequeños amortiguadores (a menudo <1 ms) sin arriesgar los descomposición.
  • Eliminar la pérdida del paquete: Al reservar ancho de banda y marcar paquetes, QoS evita que se deje caer la congestión de forzar paquetes de audio. Incluso un solo paquete perdido puede producir un clic audible, por lo que la pérdida cero es el objetivo.

Además de estos beneficios básicos, QoS también protege los paquetes de protocolo de tiempo de precisión (PTP) que sincronizan todos los dispositivos AES67. Si el tiempo de PTP se retrasa o pierde, la precisión del reloj de toda la red se degrada, lo que conduce a los subcostos de amortiguación o sobrecostos en cada flujo de audio. Una política QoS bien configurada trata el tráfico de tiempo con la misma urgencia que la carga de audio.

Mecanismos clave de QoS definidos por AES67

El estándar AES67 aprovecha varias tecnologías de redes bien establecidas para lograr sus garantías de QoS. Estos mecanismos funcionan en diferentes capas del modelo OSI y se complementan entre sí para crear una capa de transporte de audio confiable. Entender cada mecanismo y cómo interactúan es esencial para cualquier diseño, despliegue o solución de problemas de redes AES67.

1. Punto de Código de Servicios Diferentes (DSCP) – Capa 3 QoS

DSCP es el mecanismo principal de la capa 3 QoS utilizado en AES67. Funciona insertando un valor de 6 bits en el byte Tipo de servicio (ToS) de cada paquete IP. Los routers y la capa 3 pueden configurarse para examinar esta marca DSCP y colocar paquetes en la cola prioritaria apropiada. AES67 define tres valores específicos de DSCP para diferentes clases de tráfico:

  • AES67 Audio Streams – DSCP 46 (EF – Expedited Forwarding): Esta es la marcación de máxima prioridad, utilizada exclusivamente para la carga de audio. EF asegura una baja demora, baja velocidad y baja pérdida, a menudo llamada tratamiento “premium”. En la práctica, el tráfico de EF debe ser policial para evitar que cualquier flujo único de abrumar la cola de prioridad.
  • Control y descubrimiento AES67 – DSCP 56 (CS7): El tráfico de control, como los anuncios de SAP y la gestión de conexiones, está marcado con el Selector de Clase 7 para asegurar que la señalización crítica no esté bloqueada. Aunque los paquetes de control son pequeños, perderlos puede evitar que los dispositivos se descubran o mantengan una conexión.
  • AES67 PTP (Protocolo de Tiempo de Precisión) – DSCP 46 (EF) o DSCP 44 (CS5): Los paquetes PTP llevan información de tiempo que todos los dispositivos necesitan para permanecer sincronizados. Muchas implementaciones utilizan el mismo marcado EF como audio, o una prioridad ligeramente inferior como CS5 para evitar interferir con audio si los recursos de búsqueda son escasos. Una configuración común es colocar PTP en una cola de prioridad estricta dedicada con una garantía de ancho de banda muy pequeña, asegurando que se sirve por delante de todo excepto el audio.

Los administradores de red deben verificar que sus conmutadores y routers honran estas marcas DSCP. Desafortunadamente, muchos conmutadores de nivel empresarial tienen diferentes modelos de confianza predeterminados: algunos sólo confianza Layer 2 QoS (802.1p), mientras que otros pueden configurarse para confiar en DSCP. La configuración adecuada es esencial para evitar que los paquetes de audio sean remarcados o reducidos al mejor esfuerzo.

2. Puntos de etiquetado y código de prioridad IEEE 802.1Q (PCP) – Capa 2 QoS

En la Capa 2, AES67 se le asigna el uso de etiquetas IEEE 802.1Q VLAN para flujos de audio. Una etiqueta VLAN contiene un campo de 3 bits de Código de Prioridad (PCP) que puede especificar ocho niveles prioritarios (0 a 7). La norma AES67 recomienda un valor PCP de 5 para el tráfico de audio, que corresponde a “ Aplicaciones críticas” en la asignación de prioridad 802.1Q.

  • Tráfico de audio de separación: Colocar el audio en un VLAN dedicado lo aísla de tormentas de transmisión, ruido multicast y otro tráfico de datos que podría causar congestión. Un VLAN separado también simplifica la aplicación de seguridad ACLs y el monitoreo del uso de ancho de banda.
  • Proporcionar prioridad por hop: Los interruptores Ethernet que no soportan DSCP pueden utilizar el valor PCP para priorizar paquetes de audio sobre otros VLAN o tráfico sin etiquetar. Incluso cuando se confía en DSCP, la prioridad de la Capa 2 proporciona un mecanismo de retroceso en los interruptores más simples.

Es importante señalar que el etiquetado VLAN no es suficiente para QoS de extremo a extremo en las redes enrutadas. El marcado PCP se elimina cuando un paquete atraviesa un router a menos que el conmutador y el router estén configurados para mapear la 2 prioridad a DSCP. Por lo tanto, una red AES67 robusta debe tener configuración QoS consistente en ambas capas. Muchos ingenieros utilizan un mapa de políticas en la interfaz de derivación que se establece correctamente

3. Reserva de ancho de banda y control de admisión

Aunque no es estrictamente un QoS “mecanismo” en el mismo sentido que DSCP, AES67 alienta el uso de técnicas de reserva de ancho de banda para evitar la sobresuscripción de los enlaces de red. El estándar define un ancho de banda máximo permitido para corrientes de AES67 en un segmento de red dado, por lo general 100 Mbps para Gigabit Ethernet para dejar el cuarto de trabajo para otro tráfico.

4. Protocolo sobre el tiempo de precisión (PTP) y su relación con QoS

Sin necesidad de un tiempo preciso, el tiempo de sincronización de los paquetes de PTP es un tiempo crítico para el mismo. Si se retrasan o se pierden, la precisión del reloj se degrada, lo que puede provocar retrasos en el desplazamiento de los archivos de CDP, y también se aplica a los PTP.

Por qué QoS no es negociable para redes de audio profesionales

En cualquier aplicación de audio profesional, desde un musical de Broadway a una transmisión de noticias en vivo, las tolerancias para la latencia, el jitter y la pérdida de paquetes son extremadamente ajustadas. El oído humano puede detectar incluso un solo paquete perdido si resulta en un clic o pop, y el jitter de sólo unos pocos milisegundos puede causar distorsión audible o la sincronización de interrumpir entre altavoces.

Presupuestos de latencia en sonido en vivo

Para el refuerzo de sonido en vivo, la latencia final a fin debe normalmente permanecer por debajo de 10 milisegundos, y a menudo mucho menos. Cada red de aros, enrollador o cable, añade una pequeña cantidad de latencia. Sin QoS, una explosión de datos de una transferencia de archivos o flujo de vídeo puede llenar los buffers, causando paquetes de audio para ser consultados detrás de docenas de paquetes de audio no audio.

Impacto de la pérdida de paquetes en la Fidelidad de audio

AES67 utiliza el Protocolo de Transporte en tiempo real (RTP) sobre UDP, que no retransmite paquetes perdidos. Por consiguiente, cualquier pérdida de paquetes corrompe directamente la forma de onda de audio. Mientras que algunos dispositivos de recepción pueden ocultar un pequeño número de muestras perdidas consecutivas, la pérdida persistente de hasta el 0,1% de los paquetes puede ser audible. QoS evita la pérdida asegurando que la red nunca llegue a un punto en donde se des de silencio

Sincronización y estabilidad del reloj

Los datos de tiempo PTP también se transportan sobre UDP y son igualmente vulnerables a la demora y la pérdida. Una red muy congestionada puede hacer que los paquetes PTP lleguen tarde, causando los algoritmos de recuperación del reloj en los receptores a la deriva. Con el tiempo, esta deriva resulta en flujos de amortiguación o subflujo, que se manifiestan como fallos o silencio.

Implementar QoS en una red AES67 – Buenas Prácticas

Implementar una red AES67 exitosa requiere una configuración cuidadosa en cada dispositivo de red a lo largo de la ruta de datos. A continuación se presentan pasos concretos y consideraciones para implementar QoS que cumple con las recomendaciones AES67. Estos pasos asumen una red de Layer 2/3 gestionada con hardware que soporta características estándar de QoS. Los principios se aplican a Cisco, Arista, Juniper, HP y la mayoría de las familias de cambio de empresa.

Paso 1: Confiar en los marcamientos correctos

Los conmutadores de IP pueden configurarse para confiar en los valores DSCP desde los paquetes entrantes. Este “límite de confianza” debe establecerse en los puertos de conmutación que se conectan a los puntos finales AES67. Si un puerto de conmutación se establece a “no conectado” (el predeterminado en muchos conmutadores de empresa), el conmutador re-marcará el valor DSCP a cero, despojando la prioridad.

Paso 2: Capa de mapa 2 a Capa 3 Prioridad

No todos los interruptores inspeccionan DSCP, especialmente los de la capa de acceso que sólo miran a 802.1p PCP. Para cerrar la brecha, puede crear una política de asignación que convierte PCP entra en marca DSCP en interfaces enrutadas. Esto asegura que cuando un paquete deja un límite de capa 3, su etiqueta DSCP es correcta.

Paso 3: Reserva ancho de banda para audio Streams

Aunque los flujos AES67 son relativamente pequeños, un flujo de 48 canales a 24-bits, 48 kHz puede consumir alrededor de 24 Mbps, agregando muchos flujos puede saturar rápidamente un enlace de red. Utilice el marcado EF DSCP para garantizar un ancho de banda mínimo para audio. Muchas plataformas de interruptores soportan mecanismos de búsqueda de prioridad (PQ) o de baja velocidad Queuing de tráfico (LLQ)

Paso 4: Isolate PTP en un VLAN Dedicado

Aunque el tráfico PTP utiliza DSCP EF o CS5, muchos ingenieros prefieren separarlo más mediante la colocación de PTP en un grupo multicast dedicado y VLAN. Esta práctica simplifica la solución de problemas y evita que los datos de control se mezclan con la carga de audio. El PTP VLAN también debe recibir alta prioridad QoS, posiblemente con un policía aún más estricto para asegurar que los paquetes de tiempo nunca se retrasen con grandes corrientes de audio de tráfico de límites.

Paso 5: Prueba y validación

Después de la configuración, es esencial realizar pruebas exhaustivas. Herramientas como iPerf pueden generar tráfico de fondo sintético para cargar la red, mientras que los propios registros de diagnóstico del dispositivo AES67 pueden reportar pérdida de batería, latencia y paquetes. Además, herramientas de análisis Ethernet libres (por ejemplo, Wireshark) pueden capturar marcaciones DSCP y confirmar que la prioridad se propaga correctamente.

Consideraciones adicionales: Multicast y IGMP Snooping

AES67 utiliza comúnmente multicast para distribuir audio a múltiples receptores de manera eficiente. Aunque multicast en sí no cambia las marcas QoS, interactúa con QoS de maneras importantes. Los interruptores con el snooping IGMP deben ser habilitados para evitar inundaciones multicast a todos los puertos, pero el límite de confianza QoS debe ser aplicado al tráfico multicast.

AES67 QoS Comparado con otros protocolos de red de audio

AES67 no es el único estándar de audio-sobre-IP, sino Dante, AVB/TSN y Ravenna. Entendiendo cómo QoS difiere entre ellos puede ayudar a los diseñadores de sistemas a elegir la plataforma correcta para una aplicación determinada.

Dante A utiliza un esquema QoS propietario con DSCP 46 para el control de audio y DSCP 56, muy similar a AES67. Sin embargo, Dante también emplea un protocolo de descubrimiento propietario y el tiempo de conexión local en lugar de PTP. La implementación de QoS está estrechamente integrada en el hardware de Audinate, lo que hace que sea más fácil de implementar pero menos flexible en redes heterogéneas.

AVB (Audio Video Bridging) / TSN (Time-Sensitive Networking) Es un conjunto de estándares IEEE que incluye mecanismos QoS como la configuración basada en créditos y la prioridad estricta. AVB requiere interruptores compatibles que soportan todo el kit de herramientas TSN, incluyendo 802.1Qat (Protocolo de Reserva de Stream) y 802.1Qav (Forwarding and Queuing). A diferencia de AES67, AVB garantiza el ancho de banda por reservándolo a priori, que se ejecutan redes costosas

Ravenna, desarrollado por ALC NetX, está muy cerca de AES67 (indeado, AES67 se extrajo fuertemente de Ravenna). Sus recomendaciones QoS son casi idénticas: DSCP 46 para audio, DSCP 56 para control, y PTP con alta prioridad. Las redes Ravenna se benefician de las mismas prácticas QoS discutidas aquí. Algunas implementaciones Ravenna añaden optimizaciones de buffer de palatary jitter que pueden tolerar correctamente los mismos retrasos.

Pótcas comunes y solución de problemas QoS en AES67

Incluso con una planificación cuidadosa, pueden surgir problemas de QoS. Los más frecuentes incluyen:

  • Interruptor de la confianza de la desconfiguración: Si el dispositivo de red no confía en las marcas DSCP desde el punto final, se pierde la prioridad. Verifica los ajustes de confianza en cada puerto de conmutación a lo largo de la ruta. Use o equivalente para confirmar.
  • Políticas de búsqueda desfavorables: Algunos interruptores utilizan una orden de prioridad fija, mientras que otros utilizan el robin redondo ponderado (WRR). El tráfico de audio debe ser colocado en la cola de prioridad estricta (cuue 4 o 5 en muchas plataformas). En el egreso, también se asegura de que la cola de prioridad no es sobredimensionada, situando el 80% del ancho de banda a audio es un punto de partida seguro.
  • Interferencia de aplicaciones de la pícara: Cualquier dispositivo de la red puede enviar paquetes con altos valores DSCP. Una impresora o servidor mal configurado podría causar colas prioritarias para desbordar. Use ACLs para restringir las marcas DSCP de alta prioridad a los puntos finales conocidos de AES67. Considere la implementación de una política DiffServ que sólo permite DSCP 46 de las direcciones MAC o subredes IP de dispositivos de audio.
  • Tiempo de PTP sobre VLAN: Si los paquetes PTP deben cruzar los límites VLAN (a través de un router o la capa 3 conmutador), el dispositivo debe ser PTP-aware o la funcionalidad de reloj de límite de soporte. De lo contrario, el interruptor introducirá latencia y el rompecabezas que QoS solo no puede fijar.
  • Congestión en la propia cola prioritaria: Incluso con la policía, una explosión puede causar gotas de cola dentro de la cola prioritaria si el modelador se establece demasiado agresivamente. Asegúrese de que el policía permite el cuarto de baño por encima del recuento de corriente pico esperado.

Recursos externos para lectura ulterior

Para una mayor inmersión en AES67 y sus mecanismos de QoS, se recomiendan los siguientes recursos:

Conclusión

Los mecanismos de calidad de servicio definidos en AES67 no son sólo recomendaciones: son esenciales para ofrecer audio de grado profesional sobre redes IP. Al aprovechar las marcas DSCP en etiquetas Layer 3, 802.1Q PCP en Layer 2, planificación cuidadosa de ancho de banda, y tiempo adecuado de PTP, los integradores de sistema pueden construir redes que sean confiables y escalables.