La Fundación de Transporte de Redes AES67

AES67 no reinventa la red. Funciona como un perfil que selecciona tecnologías específicas y probadas de la suite de protocolo estándar de Internet. La pila de protocolo está diseñada para priorizar la baja latencia y la entrega en tiempo real sobre mecanismos de confiabilidad que introducen retraso. Esta opción de diseño fundamental dicta toda la estructura de paquetes.

¿Por qué RTP/UDP/IP?

AES67 encomienda el uso del Protocolo de Transporte en tiempo real (RTP) sobre Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP) sobre Protocolo de Internet (IP). Esta combinación es elegida deliberadamente sobre TCP. Mientras que TCP proporciona la entrega garantizada a través de la retransmisión, estas retransmisiones introducen latencia variable y el rompecabezas que son inaceptables para el audio en vivo. RTP proporciona la información necesaria de secuencias en tiempo real, mientras que UDP proporciona una capa de transporte rápida y sin conexión. AES67 utiliza específicamente multicast IP, permitiendo que una única fuente de audio se distribuya a múltiples receptores sin duplicar datos en el punto de cable

Anatomía de un paquete AES67

Un paquete AES67 consiste en una secuencia de encabezados envolviendo una carga útil de muestras de audio. Entendiendo la función de cada campo de cabecera es fundamental para la pérdida de paquetes de solución de problemas, problemas de latencia y errores de sincronización. El tamaño total del paquete es limitado por la Unidad de Transmisión Máxima Ethernet (MTU), típicamente 1500 bytes, que limita el número de canales de audio o muestras por paquete.

Marco Ethernet (Layer 2)

El viaje comienza en la capa física. El encabezado Ethernet incluye la fuente y el destino Dirección de MAC. En una secuencia multicast, la dirección MAC de destino es una dirección multicast derivada del grupo multicast IP, típicamente en la gama de 01:00:5E: para IPv4. Los interruptores utilizan esta dirección para el tráfico de avance eficientemente. Etiquetas VLAN 802.1Q, que es altamente recomendable para segregar el tráfico de audio de otros datos de red y para llevar bits de Punto de Código Prioritario (PCP) para Calidad de Servicio (QoS). El campo EtherType (0x0800 para IPv4 o 0x86DD para IPv6) identifica el protocolo de capa de red.

IP Header (Layer 3)

El encabezado IP administra el manejo lógico de dirección y enrutamiento. AES67 utiliza normalmente direcciones IPv4 multicast en el 239.0.0.0 a 239.255.255 rango (administrativamente alcance). Punto de Código de Servicios Diferentes (DSCP) campo es quizás el byte más crítico en el encabezado IP para la calidad de audio. AES67 recomienda un valor DSCP específico (típicamente EF - Avances acelerados, o AF41) para asegurar que los paquetes de audio reciban tratamiento prioritario a través de los conmutadores y routers. Sin marcación DSCP adecuada, los paquetes de audio se pueden reducir durante la congestión de red.

UDP Header (Layer 4)

El encabezado UDP es mínimo pero esencial. Proporciona números de origen y de destino. El puerto de destino es utilizado por el receptor para desmultiplex la corriente entrante a la aplicación correcta. La suma de comprobación de 16 bits proporciona detección básica de errores para el datagrama UDP y su carga útil. Debido a que UDP es sin conexión, no hay apretón de manos, permitiendo el flujo de datos inmediato.

El encabezado RTP

El encabezado RTP es el corazón del paquete AES67, proporcionando los mecanismos para ordenar, sincronizar y la identificación de carga de pago. El encabezado fijo es de 12 bytes de largo.

  • Versión (V), relleno (P), extensión (X): Banderas estándar. AES67 normalmente no utiliza la extensión de encabezado.
  • CSRC Count (CC): Identifica el número de fuentes que contribuyen. Normalmente cero en una corriente AES67 estándar.
  • Marcador (M): Se utiliza para señalar límites, como el inicio de una charla estimuló o un marco de vídeo límite en ST 2110-30.
  • Tipo de carga (PT): Identifica el formato de codificación de audio. Para AES67, los valores comunes incluyen L16 (Linear PCM 16-bit) o L24 (Linear PCM 24-bit), a menudo utilizando números de tipo de carga dinámica (por ejemplo, 96 o 97) negociados a través de SDP.
  • Número de secuencia: Incrementos por uno para cada paquete RTP enviado. Esta es la herramienta principal para detectar la pérdida de paquetes, malordenamiento, y para gestionar el amortiguador de la limpieza en el extremo receptor. Un envolvente del número de secuencia es manejado por la lógica del amortiguador de la máquina.
  • Timestamp: Refleja el instante de muestreo de la primera muestra en el paquete. Este tempo se deriva directamente del Reloj PTP. Un flujo de 48kHz aumentará este temporizador por 48 garrapatas por milisegundo o 48 garrapatas por periodo de muestra. El receptor utiliza esto para reconstruir el tiempo de audio original y el dominio del reloj.
  • Fuente de sincronización (SSRC): Un identificador de 32 bits único para la fuente de la corriente. Esto se utiliza para distinguir múltiples secuencias de la misma fuente.

Audio Payload

La carga útil contiene las muestras de audio crudas o codificadas. AES67 mandatos de apoyo para PCM linear a 48 kHz de muestra con 16, 20 o 24 bits de profundidad. La carga útil también puede llevar el formato AM824 (Audio sobre USB). El número de muestras por paquete se determina por el tiempo de paquete (tiempo de pago). Los valores comunes incluyen 1ms (48 muestras), 125 microsegundos (6 muestras), o 4ms (192 muestras). Un tiempo de paquete de 1ms ofrece menor latencia pero aumenta la sobrecarga de red (más paquetes por segundo). El tamaño de la carga útil debe ser cuidadosamente calculado para adaptarse a la red MTU para evitar la fragmentación, que está estrictamente prohibido en las redes AoIP debido a la la latencia y complejidad que introduce.

Precisión de la máquina con PTPv2 (IEEE 1588)

La sincronización es el único aspecto más desafiante de AoIP. AES67 ordena el uso del IEEE 1588-2008 Protocolo sobre el tiempo de precisión (PTPv2) Para distribuir un reloj común a todos los dispositivos de la red. Esto asegura que el reloj de muestra del transmisor y el reloj de muestra del receptor estén perfectamente sincronizados, evitando los subcostos o sobrecostos que causan clics y pops audibles.

El mejor algoritmo del reloj maestro

Cada dispositivo con capacidad PTP en la red ejecuta el Mejor Algorithm del Reloj Maestro (BMCA). El BMCA analiza los atributos de calidad del reloj, como clase de reloj, precisión del reloj y prioridad, para elegir un solo Grandmaster (GM) Clock. Todos los demás dispositivos se sincronizan con el GM. En un sistema diseñado correctamente, el GM es a menudo un dispositivo dedicado, altamente estable (por ejemplo, un generador de relojes de reloj maestro bloqueado por GPS). El BMCA también proporciona una falla automática; si el GM falla, un nuevo GM es elegido de los dispositivos restantes.

PTP Intercambio de mensajes

PTPv2 define una secuencia de mensaje específica para corregir la deriva del reloj. Sync mensaje. De inmediato sigue esto con un Follow Up mensaje que contiene el tiempo preciso que el Sync fue enviado. El dispositivo de esclavo envía un Delay Req El MM responde con un mensaje y registra el tiempo que se envía. Delay Resp mensaje, que contiene el tiempo preciso que se recibió el original Delay Req. Al calcular el tiempo de ida y vuelta, el esclavo puede calcular su compensación del GM y ajustar su reloj local. Este proceso se repite constantemente, manteniendo la precisión de submicrosecond en toda la red.

Session Discovery con SAP y SDP

¿Cómo encuentra un receptor una corriente AES67 disponible? El estándar utiliza el Protocolo de anuncio de sesión (SAP) para el descubrimiento. Los transmisores AES67 periódicamente multicast un anuncio de SAP a una dirección SAP bien conocida. Protocolo de descripción de la sesión (SDP) carga útil.

El archivo SDP es la receta para el flujo. Contiene todos los metadatos que un receptor necesita para conectar, sincronizar y decodificar el audio.

  • Descripción de medios: define el tipo de medio, el puerto y el transporte (RTP/AVP).
  • Datos de conexión: especifica la dirección IP del grupo multicast.
  • Atributos:
    • Hora: Tiempo de empaquetado en milisegundos (por ejemplo, 1.0).
    • rtpmap: Maps the payload type to an encoding (e.g., significa 2 canales de PCM de 24 bits a 48kHz).
    • Reloj de medios: o una referencia específica de la marca de tiempo PTP.
    • Delay Playout: vincula el reloj de corriente al gran maestro de PTP.
    • Orden de Canal: Mientras que SMPTE ST 2110-30 especifica el orden de canales para AES67, muchas corrientes dependen de un mapa de canales mutuamente acordado.

Mecánica de flujo de datos

El flujo de datos de audio de origen a fregadero es un proceso continuo y orquestado. Entender el transmisor y las operaciones de receptor es clave para diagnosticar la red o los artefactos de audio.

Operaciones de transmisión

El controlador de interfaz de audio digitaliza muestras de audio a un ritmo constante (p. ej., 48kHz). El controlador del transmisor lee estas muestras del hardware y las coloca en un búfer. En cada intervalo de paquetes (p. ej., cada 1ms), el controlador encapsula un bloque de muestras en un paquete de RTP envueltas. El número de secuencia se aumenta, y el tiempo se establece para el PDP

Operaciones de receptor y gestión de jitter

El dispositivo receptor escucha los anuncios de SAP. El usuario selecciona un flujo, y el receptor se suscribe al grupo multicast utilizando IGMP (Protocolo de Gestión de Grupos de Internet). Una vez suscrito, los paquetes comienzan a llegar. Sin embargo, los conmutadores de red introducen retrasos variables (tritura). La primera tarea del receptor es colocar los paquetes entrantes en un # El amor #. Este búfer suaviza las variaciones de retraso de la red.

  • Jitter Buffer Sizing: El búfer debe ser lo suficientemente grande para absorber el peor maletín de red sin subida, pero lo suficientemente pequeño para limitar la latencia. Los búferes típicos de los dispositivos AES67 van desde 1ms a 20ms.
  • Número de secuencia: El receptor monitoriza números de secuencia para las brechas, indicando paquetes perdidos. También puede usar esto para reordenar paquetes fuera de orden.
  • Recuperación del reloj (PLL): El receptor utiliza los tempogramas RTP derivados del reloj PTP para conducir un bucle de Fase-Locked (PLL). Este PLL reconstruye el reloj de muestra del transmisor, asegurando que su DAC interno (Digital-to-Analog Converter) se ejecuta en perfecta sincronización con la fuente.

Manejo de latencia y pérdida

Latencia en una red AES67 es la suma de varios factores: retraso de muestreo, retraso de empaquetado (ptime), retraso de tránsito de red (uplinks, queuing), retraso de amortiguación y retraso de procesamiento. A 1ms tiempo de procesamiento con una frecuencia de 5ms total de latencia final a fin es posible en una red bien ajustada.

Requisitos de infraestructura de red

AES67 pone fuertes demandas en hardware de red. Los interruptores estándar de oficina son a menudo inadecuados para AoIP de alta velocidad. Se requieren interruptores de gestión profesional.

  • IGMP Snooping: Los interruptores deben escuchar mensajes de IGMP para enviar tráfico multicast sólo a puertos que lo han solicitado explícitamente. Sin IGMP Snooping, inundaciones de tráfico multicast a todos los puertos, desperdiciando ancho de banda.
  • Interruptor de PTP-Aware: Para la precisión de submicrosecond en las redes grandes, los interruptores deben soportar la funcionalidad del PTP Boundary Clock (BC) o Transparent Clock (TC). Esto corregía para la latencia el interruptor en sí mismo introduce en los mensajes de tiempo PTP.
  • Calidad del servicio (QoS): El QoS estricto (por ejemplo, Prioridad estricta) debe configurarse en todos los puertos de conmutación. Los mensajes de eventos PTP deben recibir la máxima prioridad (CS7), seguidos de tráfico de audio (EF o AF41), y luego los datos de mejor esfuerzo.
  • Planeamiento de ancho de banda: Los ingenieros deben calcular el ancho de banda total de corriente. Un solo 24 bit, 48kHz, corriente de 8 canales consume aproximadamente 9.2 Mbps. Una red de manejo 64 tales secuencias requiere casi 600 Mbps de ancho de banda de audio dedicado. La planificación adecuada evita la sobre-suscripción de los enlaces.

Interoperabilidad en la práctica

El objetivo principal de AES67 es hacer que los equipos de fabricantes funcionen juntos. Esto se habilita normalmente en dispositivos a través de un "modo AES67". Por ejemplo, los dispositivos Dante pueden configurarse para producir o aceptar secuencias AES67, aunque a menudo con una restricción en el contador de canales o el tiempo de paquete en comparación con los flujos nativos de Dante. Los dispositivos Livewire+ y Q-LAN pueden interactuar de forma similar a través de AES67.

Los problemas comunes de interoperabilidad suelen surgir de configuraciones desfasadas. Un transmisor que envía paquetes de 1ms puede no ser compatible con un receptor que solo admite paquetes de 4ms. La alineación de dominio de bloqueo es otro reto frecuente; todos los dispositivos deben estar bloqueados al mismo gran maestro PTP. Los ingenieros de red deben prestar mucha atención a los parámetros SDP anunciados por cada dispositivo y asegurar la infraestructura de red (programas, valores DSCP y configuración de lectura). Especificación de IETF en PTPv2 y el estándar IEEE 1588-2008. Guías de configuración práctica están disponibles Recursos AES67 de Audinate.

Conclusión

AES67 representa un estándar fundamental para el moderno ecosistema de audio-sobre-IP interoperable. Al romper la estructura de paquetes - desde el marco Ethernet y el encabezado RTP hasta el timetamp PTP y la carga de audio- podemos ver cómo cada capa contribuye a la transmisión de audio profesional robusta y de baja calidad. Los mecánicos de flujo de datos, impulsados por el tiempo preciso y la gestión cuidadosa de buffer, aseguran que el audio se entrega de forma fiable a través de la configuración de la red de audio