Esecuzione DMX su cavo Ethernet

• Esecuzione di DMX su cavo Ethernet
  • Che cos'è Ethernet
  • Nozioni di base su DMX su Ethernet
    • Power over Ethernet – PoE
    • Spiegazione di DMX su Ethernet
• Art-Net
• sACN
  • Confronto e applicazione dei protocolli Art-Net e sACN per l'implementazione di DMX su reti Ethernet
  • Cavi Ethernet per i protocolli di controllo delle luci da palcoscenico
  • Per trasmissione DMX su Ethernet, sono utilizzati i seguenti:
• Comprendere la struttura del frame Ethernet e il suo ruolo nella trasmissione DMX su IP
  • Ethernet classico e commutato per DMX
  • Conversione di Ethernet in DMX – fornitura di segnali agli apparecchi di illuminazione
  • Adattatore Ethernet a DMX – Convertitori
• FAQ
• Come emettere il segnale DMX su Ethernet

Nonostante il suo uso diffuso, DMX512 ha limitazioni che diventano critiche per le installazioni di illuminazione moderne:

• Non più di 32 unità di carico possono essere collegate a una linea;
• Funziona a una velocità di soli 250 kilobit al secondo;
• La lunghezza massima di un segmento della catena DMX, dal controller all’ultimo dispositivo, è di 300 metri;
• DMX512 è unidirezionale, il che limita le capacità di controllo, diagnosi e monitoraggio dei dispositivi;
• Il segnale DMX512 è suscettibile alle interferenze elettromagnetiche.

Oggi, questo protocollo è insufficiente per controllare numerosi dispositivi multicanale. Originariamente, è stato progettato per rack dimmer AC, dove il principale, e spesso l'unico, parametro era il livello di luminosità della lampada o del gruppo di lampade connesse. Non c'era bisogno di un sistema di indirizzamento complesso, e a ciascun canale dimmer veniva assegnato un canale DMX.

Con l'avvento di dispositivi a LED con circuiti di dimmeraggio integrati e dispositivi multifunzionali capaci di utilizzare oltre cento canali DMX per il controllo totale, i 512 canali standard si esauriscono rapidamente con solo pochi dispositivi. Questo è il motivo per cui c'è la necessità di far funzionare DMX su cavo Ethernet.

Questa è una soluzione moderna per il controllo dell'illuminazione scenica, offrendo una scalabilità, flessibilità e prestazioni migliorate senza precedenti. Utilizzando le infrastrutture di rete esistenti, questa tecnologia semplifica la gestione dell'illuminazione, risparmia tempo e riduce la quantità di cablaggio. Padroneggiare DMX su Ethernet consente la creazione di progetti di illuminazione complessi e dinamici.

Ethernet (“rete ether”) è una famiglia di tecnologie per la trasmissione di dati a pacchetti nelle reti locali.

Alla fine del 1972, Robert Metcalfe, un ingegnere e informatico americano di Xerox PARC, completò lo sviluppo di una rete con una velocità di 3 Mbit/s. Inizialmente chiamata Alto Aloha Network, fu presto rinominata Ethernet e la sua documentazione ufficiale fu pubblicata il 22 maggio 1973. Questa fu la prima LAN nella storia.

Nel 1979, Xerox, DEC e Intel, con la partecipazione di Metcalfe, standardizzarono Ethernet II, aumentando la velocità a 10 Mbit/s.

Nel 1982, iniziò il progetto IEEE 802.3 per la standardizzazione ufficiale, e alla fine degli anni '90, la tecnologia divenne dominante nelle reti locali.

Ethernet si evolve costantemente, aumentando le velocità. Dalle iniziali 10 Mbit/s (802.3) su coassiale “spesso” e “sottile”, doppino intrecciato e fibre ottiche, è passato a 100 Mbit/s su doppino intrecciato e fibre ottiche.

Il Gigabit (1 Gbit/s, 802.3z, 802.3ab) è diffuso, e per le alte esigenze, sono stati sviluppati 5G (2.5 e 5 Gbit/s, 802.3bz) e 10G (10 Gbit/s, 802.3ae, 802.3an).

L'alta velocità 100G (40 e 100 Gbit/s, 802.3ba) utilizza cavi ottici.

Tutte le versioni sopra elencate operano su un unico principio, utilizzando connessioni via cavo e indirizzamento MAC per identificare il mittente e il destinatario nella rete. Gli indirizzi MAC (individuali, di gruppo, broadcast) possono essere assegnati dal produttore o dall'amministratore.

La lunghezza massima standard del segmento per il cavo a coppie intrecciate è di 100 metri. Con l'uso di apparecchiature specializzate (convertitori, ripetitori e splitter), la lunghezza della linea può essere estesa a centinaia o addirittura migliaia di metri.

Rispetto al DMX tradizionale, Ethernet offre:

• Un numero maggiore di dispositivi senza compromettere le prestazioni;
• Gestione flessibile da qualsiasi punto della rete, il che è conveniente per luoghi grandi o aperti;
• Installazione semplificata e più universi DMX su un unico cavo;
• Resistenza alle interferenze e stabilità dell'impianto di illuminazione;
• Economicità – il cavo a coppie intrecciate è spesso più economico del cavo DMX.

In sintesi, l'utilizzo di DMX su Ethernet migliora l'efficienza del sistema di illuminazione, consentendo agli utenti di superare i limiti dello standard di base, ormai obsoleto all'inizio degli anni 2000.

Power over Ethernet – PoE

Ethernet consente di alimentare dispositivi client tramite lo stesso cavo a coppie intrecciate utilizzando la tecnologia Power over Ethernet (PoE). Il PoE non influisce sulla trasmissione – questo è un vantaggio significativo della trasmissione DMX su Ethernet.

Eliminare cavi di alimentazione separati semplifica la manutenzione dei dispositivi e aumenta la sicurezza elettrica grazie all'alimentazione a bassa tensione – la tensione massima per il PoE è di 57V.

L'attrezzatura professionale per il controllo dell'illuminazione ha protezioni ad alta tensione – i nostri dispositivi resistono fino a 310V, garantendo sicurezza anche in condizioni di alimentazione instabile.

Spiegazione di DMX su Ethernet

DMX su Ethernet funziona attraverso i protocolli di rete standard del settore Art-Net e sACN, che utilizzano Ethernet come mezzo di trasporto.

Art-Net, rilasciato da Artistic License nel 1998, è lo standard de facto per trasmettere DMX512 in pacchetti IP. Utilizza UDP, garantendo una latenza minima:

• Supporta il protocollo Remote Device Management (RDM, ANSI E1.20), permettendo feedback e controllo remoto dei dispositivi. La versione Art-Net IV, rilasciata nel 2016, supporta la trasmissione Unicast dei dati RDM, risolvendo i problemi della trasmissione Broadcast nelle versioni precedenti;
• Permette la fusione di flussi DMX512 in base alla priorità più alta o al valore più alto;
• Ha ottenuto un ampio supporto – è utilizzato da oltre 500 produttori globali di attrezzature per il controllo dell'illuminazione scenica, incluso Sundrax.

Ogni nodo Art-Net supporta fino a 1024 canali DMX (due universi) per indirizzo IP. Il sistema può teoricamente supportare fino a 32.768 nodi con 512 canali DMX ciascuno. Il numero effettivo di universi (fino a 32.768 per Art-Net IV) è limitato dalla larghezza di banda della rete.

Streaming ACN, o ANSI E1.31, sviluppato da ESTA, fa parte della famiglia di protocolli ACN (Architecture for Control Networks). Trasmette dati DMX su reti Ethernet UDP/IP. sACN utilizza lo streaming UDP verso più destinatari senza conferma, caratteristica tipica dei protocolli di streaming:

• Il sistema di priorità integrato consente a più sorgenti di dati DMX di controllare un universo, selezionando automaticamente i dati con la priorità più alta. Ciò aumenta la resilienza del sistema e riduce la probabilità di errori;
• Sincronizza gli universi DMX512, garantendo l'elaborazione simultanea dei dati da parte di più ricevitori sotto un unico controller;
• La trasmissione multicast in sACN crea un carico di rete inferiore rispetto alla trasmissione Broadcast.

Inoltre, sACN supera Art-Net in scalabilità, supportando fino a 65.535 universi DMX, rendendolo più applicabile per configurazioni con un grande numero di apparecchiature di illuminazione.

Alex Chomsky
CTO Sundrax Electronics

Entrambi i protocolli competono nell'ambiente Ethernet per la trasmissione DMX512, utilizzando pacchetti UDP. Tuttavia, la disponibilità di entrambi i protocolli, così come i convertitori DMX compatibili sia con Art-Net che con sACN, espande significativamente le capacità degli specialisti tecnici e dei progettisti d'illuminazione.

Una differenza chiave è che Art-Net ha un supporto integrato per RDM, mentre sACN richiede un protocollo separato per la trasmissione dei dati RDM. Per un funzionamento efficace con una rete sACN, è necessario un livello superiore di conoscenze tecniche nella gestione del traffico di rete, a causa dell'uso dei gruppi multicast per ogni universo DMX e la necessità di configurare IGMP Snooping sugli switch per prevenire il sovraccarico della rete.

Per i protocolli Art-Net e sACN, che utilizzano Ethernet per la trasmissione dei dati DMX, sono adatte varie categorie di cavi di rete. La scelta dipende dai requisiti di velocità, dalla lunghezza della linea e dalle condizioni operative.

Principi generali:

• La coppia ritorta è il tipo principale di cavo. L'intreccio delle coppie riduce il disturbo tra i cavi e le interferenze esterne;
• Il connettore RJ-45 (8P8C) è lo standard per i cavi a coppia ritorta, ampiamente utilizzato nelle reti Ethernet domestiche e aziendali. Tuttavia, nell'industria dell'intrattenimento, dove l'attrezzatura è sottoposta a stress meccanico costante, vibrazioni, polvere e umidità, la fragilità e l'affidabilità limitata dell'RJ45 sono mitigate dall'uso di etherCON di Neutrik – connettori RJ45 robusti e protetti con una carcassa circolare rigida in metallo e una sicura chiusura a scatto;
• Velocità e prestazioni – più alta è la categoria del cavo, maggiore è la larghezza di banda che fornisce, fondamentale per la trasmissione di un grande numero di universi DMX senza ritardi;
• La presenza di una schermatura in foglio o intrecciata (F/UTP, U/FTP, S/FTP) aumenta la resistenza alle interferenze – nelle condizioni di illuminazione scenica, possono esserci numerose fonti di interferenze elettromagnetiche, rendendo la schermatura obbligatoria.

La coppia ritorta a più fili è più flessibile. È adatta per cavi patch dove il cavo viene spostato frequentemente (ad esempio, per collegare a switch o dispositivi terminali in installazioni mobili). La coppia ritorta a filo singolo è più resistente ma meno flessibile; è ottimale per l'installazione fissa in pareti, sotto pavimenti, dove il cavo non verrà spostato frequentemente. Offre migliori prestazioni su lunghe distanze.

Categorie di cavo – come scegliere la coppia ritorta per trasmettere dati DMX su Ethernet

Cat-1, Cat-2, Cat-3, Cat-4 non sono adatti per Art-Net/sACN a causa della bassa velocità e delle caratteristiche di frequenza insufficienti (16 Mbit/s e fino a 20 MHz per Cat-4).

Cat-5 non è più riconosciuto dalla Telecommunications Industry Association (TIA/EIA-568-B) e non è raccomandato per installazioni moderne a causa di potenziali problemi di stabilità alle alte velocità. Sebbene Cat-5 possa fisicamente trasmettere dati a 100 Mbit/s (100Base-T) e persino, teoricamente, a brevi distanze, 1000 Mbit/s (1000Base-T), non è stato progettato e testato con le stesse tolleranze rigorose per interferenze e diafonia come Cat-5e o Cat-6. Di conseguenza, in pratica, possono sorgere problemi di stabilità, soprattutto in applicazioni impegnative come la trasmissione di DMX su Ethernet, dove ritardi e perdita di pacchetti sono critici.

• Cat-5e – lo standard minimo raccomandato per Art-Net e sACN. Riconosciuto da TIA/EIA e testato a specifiche superiori, opera a una larghezza di banda di 125 MHz. Utilizzando due coppie, supporta 100Base-T; con quattro coppie, supporta 1000Base-T (Gigabit Ethernet). La lunghezza massima del segmento è di 100 metri. Offre un eccellente rapporto qualità-prezzo per la maggior parte delle applicazioni standard, soprattutto se il numero di universi non è troppo grande e non è richiesta un'ultra-alta larghezza di banda;
• Cat-6 – fornisce un notevole miglioramento delle prestazioni rispetto al Cat-5e. È avvolto più strettamente e spesso ha una schermatura esterna. Opera a 250 MHz e tecnicamente supporta fino a 10 Gbit/s (10GBASE-T). La lunghezza massima è di 100 metri. Raccomandato per installazioni più esigenti dove è necessario un margine di larghezza di banda;
• Cat-6a (Categoria 6 aumentata) – in grado di supportare il doppio della larghezza di banda fino a 500 MHz e 10GBASE-T a distanze fino a 100 metri. La schermatura è obbligatoria per Cat-6a, il che elimina virtualmente la diafonia ma rende il cavo meno flessibile. Raccomandato per installazioni stazionarie professionali dove sono richieste massime prestazioni e protezione dalle interferenze. Il Cat-6a è pienamente compatibile con le versioni precedenti Cat-5 e Cat-6. Tuttavia, in qualsiasi linea di cavo, la velocità di trasmissione dati sarà sempre limitata dalla velocità del cavo o connettore di categoria più bassa installato in quella linea.

Cat-7 (classe F secondo ISO/IEC 11801) è uno standard proprietario che si differenzia dalle categorie Ethernet comuni in quanto tradizionalmente non utilizza il connettore RJ-45. È progettato per funzionare a frequenze fino a 600 MHz. Nonostante le sue alte prestazioni, il Cat-7 è spesso ridondante per la maggior parte delle applicazioni standard Art-Net/sACN a meno che non ci siano requisiti estremamente specifici per le caratteristiche di frequenza. I cavi di categoria 7 non sono uno standard universalmente accettato e le loro prestazioni possono generalmente essere raggiunte con il Cat-6a ampiamente supportato.

Cat-8 è destinato ai data center e alle distanze molto brevi (fino a 30 metri per 25GBASE-T/40GBASE-T). Tecnicamente, può essere utilizzato, ma le sue capacità sono altamente ridondanti e i costi e le limitazioni di lunghezza lo rendono impraticabile per la maggior parte delle installazioni Art-Net/sACN.

In conclusione, per un funzionamento affidabile dei sistemi DMX su Ethernet (Art-Net, sACN) in contesti professionali, è consigliato utilizzare cavi di categoria Cat-5e e superiori. Per progetti critici e su larga scala, sono preferiti cavi schermati Cat-6 o Cat-6a (F/UTP, S/FTP).

L'unità di dati del protocollo Ethernet è chiamata frame, che forma la base della trasmissione di rete. Un dispositivo forma questo frame, che viene quindi convertito dal suo adattatore di rete nel corrispondente segnale elettrico o ottico. Questo segnale è poi indirizzato a uno switch o router all'interno della rete locale. Qui viene controllato l'indirizzo MAC del destinatario. Il dispositivo destinatario finale accetta il frame, esegue un controllo di integrità utilizzando il checksum (FCS) e procede a elaborare i dati in esso contenuti.

Un frame Ethernet è composto da un header, payload e trailer. L'header (14 byte) contiene gli indirizzi di origine e destinazione, nonché informazioni sul tipo o sulla lunghezza del payload. Il payload è il dato trasmesso, e il trailer include un checksum per la verifica dell'integrità.

Tra i vari formati di frame, Ethernet II è il più comune. Ha un header fisso di 14 byte e un payload variabile fino a 1500 byte, dove il campo tipo indica il protocollo del payload (IPv4, IPv6 o ARP).

Inoltre, ci sono gli standard IEEE 802.3 (header di 14 byte, payload fino a 1492 byte, campo lunghezza e trailer CRC di 4 byte), così come le sue estensioni IEEE 802.2 (header di 16 byte, payload fino a 1490 byte, campi DSAP/SSAP) e IEEE 802.2 SNAP (header di 22 byte, payload fino a 1484 byte, con campi OUI e tipo nel trailer). Le differenze tra i formati risiedono nella dimensione e nel contenuto degli header/trailer, nonché nel metodo di determinazione del protocollo del payload.

Gli standard Ethernet regolano il livello fisico (collegamenti cablati e segnali elettrici) e il livello di collegamento dati del modello OSI (formato dei frame e protocolli di accesso al mezzo). Intanto, i protocolli Art-Net e sACN operano a livelli più alti del modello di rete – livelli di trasporto e applicazione, utilizzando IP (IPv4 o IPv6) e UDP per la trasmissione dei dati. I corrispondenti pacchetti IP/UDP con informazioni Art-Net o sACN sono poi incapsulati in uno dei formati di frame Ethernet per la successiva trasmissione fisica sulla rete.

Ethernet classico utilizzava hub, creando una topologia fisica a "stella" con una topologia logica "bus". In questo modello, i sottolivelli LLC e MAC erano presenti insieme e il metodo di accesso CSMA/CD controllava le collisioni (sovrapposizioni di frame). Tuttavia, Ethernet classico diventa inutilizzabile con carichi intorno al 50% a causa delle frequenti collisioni. Ciò lo rende indesiderabile per la trasmissione di dati DMX tramite Art-Net/sACN, poiché dati sensibili a ritardi e perdita di pacchetti possono portare a un funzionamento imprevedibile degli apparecchi di illuminazione. Grandi reti con centinaia o migliaia di nodi non possono essere costruite in modo affidabile basandosi su un singolo mezzo condiviso della tecnologia Ethernet classica, anche con Gigabit ad alta velocità.

Oggi, l'unico standard accettabile per sistemi di controllo dell'illuminazione professionale (così come per 10G e superiori) è Ethernet commutata con larghezza di banda dedicata per ciascun collegamento. Invece di un hub, si utilizza uno switch, che fornisce connessioni dirette da porta a porta utilizzando la tecnologia punto a punto. I frame vengono indirizzati al destinatario tramite un algoritmo di ponte trasparente, eliminando completamente le collisioni e aumentando significativamente l'efficienza della rete.

Sebbene i protocolli Art-Net e sACN siano formalmente compatibili con Ethernet classica con un mezzo condiviso, per un funzionamento affidabile ed efficiente nell'illuminazione scenica, essi necessariamente utilizzano commutazione.

I protocolli Art-Net e sACN permettono di trasmettere migliaia di universi DMX su un singolo cavo Ethernet, risparmiando tempo e risorse nelle installazioni. Questo richiede un nodo DMX-Ethernet (convertitore) che converta Art-Net o sACN in DMX standard. I moderni sistemi di controllo dell'illuminazione utilizzano Ethernet come mezzo di trasporto, il che richiede protocolli separati; tuttavia, i dispositivi di illuminazione funzionano con DMX512. I convertitori da Art-Net a DMX e da sACN a DMX traducono i dati Ethernet digitali nel segnale DMX comprensibile dai dispositivi di illuminazione.

Tutti i convertitori Sundrax si distinguono per alte prestazioni, affidabilità e facilità d'uso. Connettori professionali, nessuna parte mobile, raffreddamento efficiente e architettura ottimizzata garantiscono una risposta immediata e una lunga durata. Le capacità integrate di Watchdog e ridondanza garantiscono un funzionamento ininterrotto, mentre un'interfaccia intuitiva e il supporto per ArtGate Setting / ARISTO semplificano la configurazione.

ArtGate è una linea di convertitori DMX-Ethernet intelligenti di Sundrax con funzioni di merging dei dati e ridondanza. Supportano il collegamento a cascata per l'alimentazione, DMX ed Ethernet, consentendo una facile espansione del sistema. Tutte le porte XLR sono bidirezionali per una configurazione flessibile.

La famiglia ArtGate include diversi modelli:

• Pro – un convertitore completo con 4 o 8 porte DMX (opzionalmente con etherCON), 2 porte Ethernet per espansione/ridondanza/cascata, 2 porte trigger, alimentazione tramite PowerCON e un robusto involucro metallico di 1,2 kg;
• Solid – un convertitore resistente al vandalismo con 2 o 4 porte DMX (XLR M o F) e 2 porte Ethernet, con un peso di 1,2 kg;
• DIN – un convertitore compatto per montaggio su guida DIN con 4 o 8 porte DMX (morsetti), 2 porte trigger e connettori Ethernet, con un peso di 0,85 kg e occupante 12 moduli;
• Arma – un modello con 2 o 4 porte DMX (morsetti), 2 porte Ethernet e 2 connettori Ethernet professionali;
• Compact – un convertitore in miniatura con 2 porte DMX, alimentato tramite PoE attraverso 1 porta Ethernet, con un peso di soli 100 grammi, ideale per l'installazione in scatole da parete standard da 10 centimetri;
• Board – un potente convertitore in forma di scheda con un peso di 50 grammi, dotato di 1 connettore DMX, 1 porta Ethernet e 1 connettore Ethernet (opzionalmente etherCON).

Come trasmettere il segnale DMX tramite Ethernet

Configurare il DMX su Ethernet può sembrare complesso, ma suddividerlo in passaggi più piccoli lo rende gestibile. Ecco una guida semplice:

1. Raccogli la tua attrezzatura – avrai bisogno di nodi Ethernet, uno switch di rete, cavi Ethernet e apparecchi di illuminazione compatibili con DMX. Assicurati che i tuoi nodi siano compatibili con il protocollo scelto (Art-Net o sACN)
2. Collega i nodi – collega i tuoi nodi Ethernet allo switch di rete utilizzando cavi Ethernet. Questi nodi convertiranno i segnali DMX in Ethernet e viceversa
3. Configura la rete – assegna indirizzi IP a ciascun nodo e configura la rete per una comunicazione senza interruzioni. Assicurati che tutti i dispositivi siano sulla stessa subnet per evitare problemi di connettività
4. Collega gli apparecchi di illuminazione – usa cavi DMX per collegare i tuoi apparecchi di illuminazione ai nodi Ethernet. Questa configurazione consente ai nodi di controllare le luci attraverso la rete
5. Configura il software di controllo – installa un software di controllo DMX sul tuo computer. Questo software invierà comandi alla rete Ethernet verso i tuoi apparecchi di illuminazione. Configura il software in base alle impostazioni di rete
6. Testa la configurazione – prima dell'evento, esegui test per assicurarti che tutto funzioni correttamente. Controlla ogni apparecchio per assicurarti che risponda correttamente ai comandi del software di controllo

Fonti:

• https://www.linkedin.com/advice/1/how-do-you-compare-contrast-ethernet-frame
• https://www.sundrax.com/
• https://www.linkedin.com/in/aleksandar-nikolic-203375312/
• https://www.linkedin.com/in/alex-chomsky-2a37b6311/
• https://en.wikipedia.org/wiki/User_Datagram_Protocol
• https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet