Architettura di Streaming sACN per il protocollo delle Reti di Controllo – è un metodo per controllare l'illuminazione su una rete

• Caratteristiche e Limitazioni di DMX512
• Protocolli Ethernet – DMX su Cavo di Rete
• Cosa significa sACN nell'illuminazione?
• Versioni del Protocollo Streaming ACN
• Rilascio sACN e Bozza sACN
• Qual è la differenza tra Art-Net e sACN?
• Vantaggi di sACN
• Svantaggi di sACN
• Schema di Connessione
• Esempi di Progetti
• Scambio di Dati tramite Protocollo sACN
• Multicast
• Problemi Potenziali di Multicast
• Unicast
• Streaming DMX
• sACN su WiFi
• Quali sono i tipi di priorità?
• Priorità dell'Universo
• Priorità per Indirizzo
• Caratteristiche di Compatibilità e Capacità Avanzate di sACN

Caratteristiche e Limitazioni di DMX512

Inizialmente, DMX512 è stato sviluppato per controllare rack dimmer AC collegati in serie tramite ingresso DMX e mediante canali. Non era previsto un sistema di indirizzamento complesso.

Con l'avanzamento della tecnologia e l'emergere di dispositivi LED con circuiti dimmer integrati, gli ingressi DMX e i canali di passaggio hanno iniziato ad essere integrati direttamente nei dispositivi stessi. I dispositivi, ad esempio teste mobili, hanno funzionalità estese: dal posizionamento preciso e controllo della luminosità alla selezione gobo, miscelazione colori, zoom, e altri effetti multi-componente. Ogni funzione occupa un canale DMX separato. Di conseguenza, una testa mobile può consumare più di cento canali per il pieno controllo delle sue capacità e i 512 canali standard si esauriscono con solo pochi dispositivi.

DMX512 ha altre limitazioni:

• Non più di 32 unità di carico sono collegate a una linea. 32 unità è il limite consigliato e può essere modificato utilizzando splitter/amplificatori;
• Funziona a una velocità di soli 250 kilobit al secondo;
• La lunghezza massima del cavo è di 300 metri;
• La natura unidirezionale del protocollo limita le capacità di controllo, diagnostica e monitoraggio dello stato del dispositivo;
• Il segnale DMX512 è suscettibile alle interferenze elettromagnetiche.

Tutto questo rende DMX512 insufficiente per controllare una moltitudine di dispositivi di illuminazione moderni. Tuttavia, oggi questo protocollo è utilizzato per controllare quasi tutti i dispositivi di illuminazione ed effetti, compresi quelli che sono apparsi molto più tardi dopo la sua creazione, sebbene siano passati 40 anni.

Protocolli Ethernet – DMX su Cavo di Rete

Ethernet è un insieme di tecnologie standardizzate per la trasmissione di dati a pacchetto su reti locali e metropolitane. Utilizza connessioni via cavo e indirizzamento MAC per identificare i dispositivi, eliminando efficacemente le limitazioni del DMX512.

Ethernet supera di gran lunga le capacità del tradizionale DMX512 nell'illuminazione scenica professionale grazie ai suoi principali vantaggi:

• Ethernet trasmette i dati da 40 a 400 volte più velocemente del DMX512, e le sue velocità sono in costante aumento, eliminando le limitazioni sul numero di canali trasmessi attraverso la rete, offrendo spazio per scalare.
• Ethernet utilizza cavi economici e facilmente installabili, il che semplifica l'installazione e la certificazione dell'intera infrastruttura dei cavi di illuminazione.
• Integrazione facile – molti impianti hanno già un'infrastruttura Ethernet esistente.
• Alta affidabilità – la topologia a stella garantisce una resilienza del sistema significativamente maggiore rispetto alla topologia a bus del DMX512. Una rottura del cavo in una rete a stella interrompe la comunicazione solo tra due oggetti, mentre in una topologia a bus può paralizzare l'intero segmento.
• Resistenza alle interferenze – l'uso della segnalazione differenziale garantisce un'elevata resistenza alle interferenze.
• Alimentazione tramite cavo (PoE) – la possibilità di alimentare nodi a basso consumo direttamente attraverso il cavo secondo lo standard Power over Ethernet (PoE) semplifica l'installazione.

DMX su Ethernet è trasportato su IP e possiede tutti i vantaggi sopra menzionati. Pertanto, il passaggio a Ethernet è guidato dalla necessità di un controllo più flessibile, scalabile e resistente alle interferenze dell'illuminazione moderna.

Cosa significa sACN nell'illuminazione?

Streaming ACN (sACN), o ANSI E1.31, è un protocollo di illuminazione che trasmette dati DMX su reti Ethernet UDP/IP.

sACN, sviluppato da membri dell'associazione americana ESTA (Entertainment Services and Technology Association), fa parte dell'ampia famiglia di protocolli ACN (Architecture for Control Networks), descritta per la prima volta nello standard ANSI E1.17-2006.

ACN definisce un'architettura di rete modulare che include protocolli di rete, un linguaggio di descrizione dei dispositivi (DDL) e profili di interazione. Originariamente progettato per operare su UDP/IP, ACN funziona nelle reti IP, Ethernet e Wi-Fi, garantendo così la sua flessibilità e scalabilità.

Lo standard E1.31 utilizza il Protocollo Datagramma Utente, UDP, per il flusso di dati da più sorgenti a più destinatari. La mancanza di riconoscimenti significa che non vi è alcuna garanzia di consegna per tutti i pacchetti, il che è tipico per i protocolli di streaming in tempo reale.

Versioni del Protocollo Streaming ACN

La prima versione standardizzata di sACN, ANSI E1.31-2009, è stata approvata da ANSI (American National Standards Institute) il 4 maggio 2009. Ha posto le basi per la trasmissione di DMX512 su reti Ethernet/IP utilizzando un sottoinsieme di protocolli ACN, definendo il formato dei dati, il protocollo, l'indirizzamento e i principi di base della gestione della rete.

Una revisione dello standard è avvenuta con il rilascio di ANSI E1.31-2016, approvato l'11 ottobre 2016. Questa versione ha introdotto i frame di sincronizzazione, permettendo a più ricevitori di elaborare dati DMX da un unico controller simultaneamente, e i frame di scoperta dell'universo, semplificando l'impostazione e la gestione di grandi sistemi di rete.

L'ultima edizione a oggi, ANSI E1.31-2018, del 7 novembre 2018, dettaglia il meccanismo per la trasmissione di pacchetti DMX512A su reti TCP/IP, coprendo formato, protocollo, indirizzamento e gestione della rete. L'edizione 2018 supporta IPv6 e IPv4, e descrive anche un metodo di sincronizzazione per garantire un'elaborazione precisa e simultanea dei dati da parte di più ricevitori.

Release sACN si riferisce agli standard ANSI E1.31 ufficialmente approvati e pubblicati. Sono le versioni Release, come ANSI E1.31-2009, ANSI E1.31-2016 e ANSI E1.31-2018, che sono caratterizzate da massima compatibilità e funzionalità. Hanno subito un ciclo completo di sviluppo, revisione e approvazione.

Draft sACN si riferisce a versioni preliminari del protocollo che esistevano prima dell'approvazione finale ANSI. Queste sono versioni che richiedono perfezionamento. A causa della potenziale presenza di errori, lievi differenze o incoerenze con lo standard finale, le versioni Draft generalmente non vengono utilizzate in grandi progetti.

La prevalenza di entrambi i tipi di versioni rende pertinenti i problemi di compatibilità tra Release sACN e Draft sACN. I convertitori delle famiglie ArtGate, GigaJet, PowerGate, DALIGate e i driver LED PixelGate di Sundrax supportano assolutamente sia le versioni Release sia le Draft di sACN, fornendo flessibilità nel lavoro con varie apparecchiature.

Qual è la differenza tra Art-Net e sACN?

Nell'ambiente Ethernet, due protocolli competono per trasmettere i dati DMX512: Art-Net e sACN. Entrambi utilizzano pacchetti UDP per trasportare i dati DMX su reti Ethernet.

Art-Net è diventato lo standard de facto onnipresente. Inizialmente supportava il protocollo Remote Device Management (RDM), che consente il feedback dai dispositivi. Tuttavia, proprio a causa dell'invio di comandi e richieste RDM, Art-Net fino a poco tempo fa utilizzava principalmente la trasmissione in broadcast, che può portare a sovraccarico della rete e perdita di pacchetti. La versione Art-Net IV, rilasciata nel 2016, supporta la trasmissione unicast dei dati RDM.

RDM, come sACN, è stato sviluppato da ESTA e standardizzato come ANSI E1.20.

sACN supera Art-Net in scalabilità, supportando fino a 65.535 universi DMX rispetto ai 32.768 universi di Art-Net IV, mentre le versioni precedenti di Art-Net erano limitate a meno (per esempio, 256 in Art-Net II).

Alex Chomsky
Direttore Tecnico presso Sundrax Electronics

“Per evitare di rendere l'articolo infinitamente lungo, i temi del protocollo Art-Net e del protocollo RDM sono trattati in maggior dettaglio in questi articoli, che consiglio di leggere:”

• Protocollo ArtNet Spiegato
• Cos'è il protocollo RDM per l'illuminazione?

Vantaggi di sACN

sACN è ideale per i moderni sistemi di illuminazione scenica e architettonica, specialmente per grandi installazioni dove la precisione della sincronizzazione e la gestione di un gran numero di dispositivi sono fattori critici, poiché questo protocollo:

• Supporta un numero enorme di universi (65.535).
• Ha un sistema di priorità integrato che consente a più sorgenti di dati DMX di controllare un universo, selezionando automaticamente i dati con la priorità più alta. Questo riduce la probabilità di errori negli spettacoli, poiché il protocollo è progettato pensando alla ridondanza.
• Offre alta resilienza, poiché la trasmissione in multicast non appesantisce la rete tanto quanto il broadcast.
• Sincronizza gli universi DMX512, garantendo l'elaborazione simultanea dei dati da parte di più ricevitori sotto il controllo di un solo controller.

Anche se per piccole installazioni la differenza tra Art-Net e sACN potrebbe non essere evidente, l'assenza di limitazioni delle versioni precedenti di Art-Net (ad esempio, 4 porte in entrata e 4 porte in uscita per indirizzo IP) lo rende la scelta preferita per configurazioni su larga scala con molta attrezzatura e in installazioni permanenti come i parchi tematici.

Svantaggi di sACN

sACN E1.31 ha le sue sfumature. Non include il supporto diretto per RDM. Per trasmettere i dati RDM su sACN, è necessario utilizzare un protocollo separato.

Un lavoro efficace con una rete sACN richiede un livello tecnico di conoscenza più alto (complessità della diagnostica, gestione del traffico), il che può rappresentare una barriera per piccole installazioni o utenti senza un'esperienza di rete estesa.

sACN non è utilizzato così ampiamente come Art-Net.

Schema di Connessione

Per chiarezza, di seguito è riportato un tipico schema di connessione utilizzando sACN:

Controller (per esempio, grandMA2) (IP: 192.168.1.10) → GigaJet20 Pro (IP: 192.168.1.1, 3 porte Ethernet, 1 SFP) → Dispositivi di illuminazione.

GigaJet20 Pro distribuisce dati attraverso 20 porte DMX ai dispositivi, per esempio, Dispositivo 1 (IP: 192.168.1.11, Universo 1) e Dispositivo 2 (IP: 192.168.1.12, Universo 2).

Il multicast è utilizzato per ottimizzare il traffico.

Esempi di Progetto

🎭 Produzione Teatrale: In un teatro con oltre 100 dispositivi di illuminazione, sACN con GigaJet20 Pro ha fornito il controllo tramite un unico controller. La comunicazione in fibra ottica ha minimizzato la perdita di dati.

🎶 Discoteca: Durante un concerto, GigaJet20 Pro ha sincronizzato 50 teste mobili, garantendo l'esecuzione precisa degli effetti di illuminazione.

Tabella Comparativa

Scambio Dati tramite Protocollo sACN

sACN supporta la trasmissione multicast e unicast. GigaJet20 Pro ottimizza il multicast grazie al suo switch gigabit integrato e al supporto per IGMP snooping, che riduce il carico della rete. Il dispositivo fornisce anche un backup dei dati, aumentando l'affidabilità.

Multicast

Il multicast in sACN è un metodo di consegna dei dati in cui i dispositivi si iscrivono a gruppi di distribuzione specifici, e la rete dirige verso di loro il flusso di pacchetti corrispondente. Questo è ideale per il controllo dell'illuminazione, permettendo a un insieme di dati di raggiungere più dispositivi di illuminazione. Protocolli come IGMP (per IPv4) e MLD (per IPv6) sono utilizzati per organizzare questi gruppi.

A differenza della trasmissione broadcast di Art-Net, dove il controller invia un pacchetto completo a ciascun dispositivo sulla rete (richiedendo a ciascuno di decodificare l'intero pacchetto), il multicast sACN funziona in modo più ordinato. Il controller invia comandi in pacchetti sACN divisi per universi DMX. I dispositivi sulla rete “ascoltano” solo gli universi a cui sono iscritti. Questo riduce l'uso di larghezza di banda e ottimizza la gestione della rete Ethernet.

Il multicast sACN semplifica la configurazione per il trasmettitore, eliminando la necessità di specificare manualmente gli indirizzi IP dei destinatari: i dati dell'universo DMX vengono inviati a indirizzi IP multicast. I nodi ricevono i dati senza intoppi, anche se il loro indirizzo IP cambia, poiché la ricezione dipende dall'iscrizione al gruppo multicast.

Problemi Potenziali con Multicast

Quando si utilizza multicast sACN in una rete non gestita (dove non c'è supporto per lo snooping IGMP), gli switch invieranno pacchetti a tutte le porte. Ciò porta a un traffico eccessivo su ciascun dispositivo, costringendoli a utilizzare risorse computazionali per filtrare dati non necessari. Questo non è un problema con il multicast stesso, ma una conseguenza dell'utilizzo in un ambiente di rete non adatto.

Il concetto di “plug & play” per multicast sACN è limitato. Per un funzionamento efficace e stabile in reti di qualsiasi scala, è necessaria una corretta configurazione dello snooping IGMP sugli switch di rete.

Unicast

In una trasmissione unicast, il controller e i ricevitori devono essere nella stessa gamma di indirizzi IP e operare in modalità IP statica. I dispositivi ricevitori in una rete unicast ascolteranno solo il traffico a loro indirizzato direttamente.

Ci sono dispositivi che non supportano il multicast e richiedono la trasmissione unicast, funzionando solo con dati inviati esclusivamente a loro.

Lo standard sACN consente la trasmissione dei dati unicast, specialmente considerando che nelle prime fasi della sua implementazione erano diffusi apparecchiature che funzionavano in modo errato con il multicast. Secondo lo standard ANSI E1.31, i ricevitori devono elaborare sia il traffico multicast che quello unicast, garantendo la massima flessibilità e compatibilità.

Quando l'infrastruttura scala, l'unicast diventa inefficiente, ma può aiutare a ridurre la congestione della rete in ambienti privi di un adeguato supporto multicast.

Streaming DMX

I dati DMX per ciascun universo vengono inviati continuamente, anche in assenza di cambiamenti nei valori dei canali. Ciò significa che un messaggio mancato verrà ripetuto entro 50 millisecondi. A differenza dei protocolli non in streaming, sACN conferma costantemente lo stato attuale dei dispositivi, prevenendo il loro "blocco".

La frequenza di aggiornamento per un universo sACN non supera le 44 volte al secondo (il massimo per DMX è 44 Hz, utilizzato per adattarsi al protocollo DMX512, ma teoricamente sACN è in grado di fare di più in condizioni adatte). Anche se non c'è un tempo minimo di aggiornamento, il dispositivo ricevente stesso determina l'inattività della sorgente (ad esempio, se non ci sono dati per un minuto) e può decidere ulteriori azioni con la luce (spegnimento, impostazione a un certo livello, e altri scenari programmati).

Alex Chomsky
Direttore tecnico presso Sundrax Electronics

“Inoltre, puoi leggere di trasmettere DMX 512 molto lontano tramite cavo ottico in questo articolo” DMX over Fiber

sACN tramite WiFi

sACN funziona in qualsiasi rete IP, incluso il Wi-Fi. Tuttavia, l'Ethernet supera la tecnologia wireless in termini di affidabilità e resistenza alle interferenze. L'opzione ideale è una rete locale dedicata per sACN.

Nelle reti Wi-Fi, la scelta tra multicast e unicast per la trasmissione del traffico sACN dipende dalle caratteristiche della rete, dal numero di ricevitori e dai requisiti di prestazione.

• Il multicast è adatto a un gran numero di ricevitori con IGMP snooping e QoS, nonostante possibili perdite di pacchetti.

• L'unicast è migliore per un numero ridotto di dispositivi ma non è scalabile in installazioni di grandi dimensioni.

Per il controllo delle luci in tempo reale, è importante considerare i ritardi e la sicurezza (soprattutto nel Wi-Fi), oltre a minimizzare le perdite di pacchetti per garantire un funzionamento del sistema fluido e preciso.

Alex Chomsky
Direttore Tecnico presso Sundrax Electronics

“Leggi di più su come trasmettere la luce senza fili qui” Art-Net funziona tramite WiFi?

Quali sono i tipi di priorità?

Nel protocollo sACN (ANSI E1.31), è implementato un sistema complesso di priorità che consente una gestione efficace delle fonti di dati. Ci sono due approcci principali alla prioritizzazione: per porta (Priorità Universo) e per indirizzo/canale (Priorità per Indirizzo).

Questo è un insieme di regole mediante le quali i ricevitori sACN uniscono i dati provenienti da fonti concorrenti basandosi su queste priorità. Ciò consente a più controller di lavorare con gli stessi dispositivi.

Nell'industria dell'illuminazione professionale, tale funzionalità è molto richiesta quando sono coinvolte più console, ed è importante che l'installazione funzioni in modo sincrono.

Priorità dell'Universo

Ogni pacchetto sACN (con start code 0x00), trasmettendo i livelli per tutti i 512 indirizzi di un universo DMX, contiene una priorità comune che varia da 0 (bassa) a 200 (alta), con un valore predefinito di 100. Tutti gli indirizzi dell’universo hanno la stessa priorità. Universi differenti dalla stessa sorgente possono avere priorità diverse.

I ricevitori di traffico sACN non sono obbligati a supportare più sorgenti, ma tipicamente le distinguono per identificatore di componente (CID). Se più sorgenti trasmettono dati per un universo con priorità diverse, il ricevitore utilizzerà sempre i livelli di tutti i 512 indirizzi dalla sorgente con la priorità più alta. Questo avviene anche se i livelli dei singoli canali dalla sorgente con priorità più alta sono inferiori a quelli da una sorgente con priorità più bassa.

Nei casi in cui più sorgenti hanno la stessa priorità, i ricevitori possono usare il meccanismo del Massimo Prevalente (HTP) per unire i livelli dei singoli indirizzi. Il numero di sorgenti parallele supportate dal ricevitore può essere limitato. Se il numero di sorgenti supera il limite, nuove sorgenti, anche con alta priorità, verranno ignorate.

Priorità Per-Indirizzo

Priorità Per-Indirizzo consente di assegnare priorità individuali per ciascun indirizzo DMX separato in un universo. Queste priorità vengono trasmesse insieme ai pacchetti di livello (0x00), ma in un pacchetto separato con un codice di avvio alternativo 0xdd, contenente dati di priorità per tutti i 512 indirizzi. In questo schema, una priorità di 0 significa "ignora i dati di livello per questo indirizzo"

Se più sorgenti trasmettono livelli per un indirizzo con la stessa priorità per indirizzo, vengono applicate le regole di fusion HTP, ma solo per quell'indirizzo specifico

Caratteristiche di Compatibilità e Capacità Avanzate di sACN

Lo standard ANSI E1.31 sACN non obbliga i dispositivi a supportare o comprendere la Priorità Per-Indirizzo. La maggior parte dei dispositivi opera solo con la Priorità Universo, anche se alcuni supportano la Priorità Per-Indirizzo, utilizzando di default la Priorità Universo, mentre altri impostano e applicano la priorità per indirizzo.

Quando i dispositivi con supporti di priorità diversi interagiscono:

Se una sorgente invia dati con Priorità Per-Indirizzo e il ricevente supporta solo la Priorità Universo, quest'ultimo ignora il pacchetto 0xdd (con priorità per-indirizzo) e utilizza esclusivamente la Priorità Universo dal pacchetto 0x00. Se la sorgente è configurata per la Priorità Universo e il ricevente per la Priorità Per-Indirizzo, il sistema funziona come se entrambi i dispositivi operassero in modalità Priorità Universo. In questo caso, il ricevente non ha bisogno di elaborare il pacchetto 0xdd.

Rimozione delle Limitazioni con i Convertitori Sundrax

I convertitori Sundrax, come ArtGate Pro, ampliano significativamente le capacità di lavorare con flussi DMX, offrendo una fusione intelligente. Due console DMX possono essere collegate a un dispositivo, ed è possibile configurare le regole per combinare i loro segnali selezionando le modalità di fusione: HTP (Highest Takes Precedence), LTP (Latest Takes Precedence), AUTO e PRIORITY.

I convertitori supportano anche RDM (Remote Device Management), che consente la configurazione remota dei dispositivi di illuminazione. Se necessario, filtrano il protocollo RDM, riducendo il carico sulla rete e aumentando la compatibilità con dispositivi che non supportano RDM. I convertitori sono compatibili con tutti i protocolli del settore.

Capacità tecniche aggiuntive:

• Backup primario/secondario dell'universo;
• Fusione controllata tramite canale o universo dedicato;
• Indirizzi IP fissi e facile accesso alla configurazione;
• Raffreddamento senza ventole, che previene l'ingresso di particelle nel telaio;
• Mantenimento dell'operatività a tensioni fino a 305 V.

ArtGate Pro è alloggiato in una robusta custodia metallica che pesa solo 1,2 kg. Il collegamento avviene tramite un affidabile connettore PowerCON che supporta il collegamento in cascata. Questa soluzione garantisce durata e facilità di installazione, permettendo al convertitore di essere configurato e immediatamente messo al lavoro senza preoccuparsi della sua affidabilità sotto un uso intensivo.

Fonti

• ESTA – Standard Pubblicati
• Open Lighting Wiki – DMX512-A
• Esempi DMX di Tom Igoe
• Art-Net vs sACN – Springtree
• MA Lighting
• Vixen Lights – Concetto sACN
• Chipkin – Articolo sACN
• AusChristmasLighting – Discussione E1.31
• DMX vs sACN vs Art-Net – Limelight Wired
• Learn Stage Lighting – Art-Net & sACN