解析Art-Net控制协议

2010-09-08韦恩豪厄尔编译

演艺科技 2010年11期

关键词：单播数据链以太网

文/[美]韦恩·豪厄尔编译/施端

解析Art-Net控制协议

文/[美]韦恩·豪厄尔编译/施端

介绍灯光控制简史，解析Art-Net控制协议的创建原因、优势、工作原理等相关问题。

Art-Net；DMX；灯光控制

Art-Net是灯光行业中第一个独立的、免版权使用费的、基于以太网的控制协议，它在建筑及相关设备行业引发了一场控制方式的革命。本文从灯光控制简史开始，介绍Art-Net的创建原因、优势、对灯光行业的影响等一系列问题。

灯光控制简史

模拟传输

30多年前，第一台远程灯光控制台是通过多芯导线与调光器相连接。一根导线控制一个通道。这种方式使得控制台与调光器之间需要大量导线，并且各制造商会采用不同的电压、导线与接口，使用起来十分复杂。

解决这个问题的第一步就是要采用利用了时分复用技术（Time Division Multiplexing）的模拟多路传输，实现在单根导线上传输多路通道。其实质是把信号拆分并把它们分时中转到多路传输盒。这样就产生了模拟多路传输协议，比如：AMX192、D54、S20。

虽然，模拟多路传输协议使得在单根导线上可以传输多路通道，但是它们会带来许多问题，比如：传输距离短、噪声上升等问题。

DMX512

其后的改进就是采用时分复用的概念并对其数字化。这样一来，传输距离更远、通道数量更多、抗噪声性能更好——所有这些都使得系统更加可靠。

但是与模拟多路传输的情况相似，各制造商都有各自的专用协议，DMX512（由USITT制定、ESTA管理）的引入意味着这个行业有了一个所有制造商都可以遵守的标准。

DMX512的主要规格：每路传输512个通道；最远传输距离为300 m；每路最多可驱动32台灯具；更新速率达到44数据帧/秒；数字信号的抗噪声性能更好；免费使用。

DMX512的局限性与网络的出现

DMX512在本行业表现一直很优良，但LED点阵控制的出现使得所需要的通道数量超过了预期。到网络开始出现时，控制台的后部已带有8个DMX接口。

本行业再次面临同样的问题，如同模拟多芯导线引发了对DMX多芯信号线方式的需求，采用网络来控制灯光的整体观念出现了，一些制造商开发了他们各自的解决方案。为了克服DMX的局限性以及制造商之间无法共享控制协议（尽管它们都是基于以太网的），Artistic Licence公司决定自行开发基于标准以太网技术的控制协议。这使得在单根网线上可以传输多个DMX数据链。同时，该公司还决定向本行业免费开放Art-Net协议。

Art-Net的创建及发布

Artistic Licence不是惟一一家感到有必要通过网络来扩展DMX链路数的公司。他们免费发布Art-Net协议，希望有助于消除发展壁垒，以避免行业再遇到由不同的协议引发的障碍。这在行业内得到了广泛的响应：ADB公司（ADB Lighting Technologies）首先把它应用到其产品中，而且，到目前为止已有超过100家制造商采用了Art-Net协议。

当然，Art-Net协议还没有被任何一家行业组织或标准化组织评定为行业标准，也没有经过任何认证。其发布目的是让灯光从业人员无需支付任何费用就可以在产品中应用Art-Net。

如何把Art-Net直接嵌入到一台灯具中去，就像嵌入式的Net-Lynx O/P那样？

最初，要把Art-Net应用到一台灯具中需要具备许多电子学以及专业技术方面的知识。然而，最近Artistic Licence公司开发出了一块电路板（和可选的测试板），如图所示，由它负责把Art-Net转换成DMX，外加少量元件就可以把它嵌入到产品中去。

Art-Net有何优势？

从概念上说，Art-Net依然采用了一根多芯线传送多个DMX数据链：一个DMX数据链添加到网络后就给它分配一个地址（理论上地址可以是256个中的一个）。然而Art-Net的妙处在于它可以远程重新分配地址，因此，它完全重新定向了数据通信。

Art-Net支持由ESTA制定的一个新的协议——RDM（远程设备管理）协议。DMX通过2#和3#引脚发送数据，RDM则反方向传送数据，以便它可以接收来自支持RDM协议的灯具（该灯具采用了DMX协议）所发出的数据。因此，DMX实现了数据的双向传输，由此不仅可以远程设置起始地址码，而且更重要的是，这意味着由灯具发出的诸如温度与光源寿命等信息可以反馈到控制台。这种对灯具的精确控制使得DMX设备及其技术可以应用于建筑照明行业。

另外，Art-Net可以采用包括DMX-Workshop、Net-View（可从Artistic Licence公司网站上获得）与Wireshark（免费使用的以太网数据包分析软件）在内的其他一些资源，Art-Net软件开发工具包（SDK）也可以从Artistic Licence公司的网站上获得。

这是否意味着DMX将会退出历史舞台？

不会！DMX仍然是网络系统中的一个重要组成部分。DMX非常强大，它可以很容易地连接多台灯具，而Art-Net不行。

Art-Net通过以太网把控制台发出的多路信号传输到网络节点，再用DMX信号线覆盖外围区域并与实际灯具相连。

Art-Net的工作原理

Art-Net中一个关键的数据包叫做ArtDMX，由它负责在以太网上传输DMX数据。它由实际的控制台产生或由一个DMX信号源转换而来。

ArtDMX数据包包含三个主要信息：

（1） 512个通道的DMX值；

（2）包括DMX数据链号在内的5个控制字段（数据链号用以区分网络上的其他数据）；

（3）顺序号。可能会有一些数据包没能按时到达目的地，因此，顺序号至关重要，这样接收端就会知道是否丢失没按顺序到达的数据包。

广播、单播与组播

可以采用三种方式来发送数据：广播是指有一个发送端，它向网络内的所有设备都发送数据；单播类似一对一的关系，数据只发送到指定的IP地址；组播是一对多的关系。

例如，假如有20台设备，它们需要相同的数据，可以采用广播，但是这意味着不属于该组的其他设备也会“看到”那个数据。也可以采用单播，但是数据要发送20次。若选择采用组播，则数据只需发送一次，且数据只发送到指定设备的地址。

一开始制定Art-Net的时候，Artistic Licence公司采用了广播，以确保终端用户使用方便：只需接上信号线，它就可以接收到发送过来的所有数据。

随着时代的变迁Art-Net如何发展？

当今对于灯具通道数的迫切需求意味着采用广播会带来一个问题，因为它占用了太多的带宽。因此，Artistic Licence公司开发了Art-Net II以利用网络中更智能的系统。当需要在组播与单播之间做选择时，公司经过深思熟虑之后决定采用单播。

这种方式的好处是人们可以选择他们想要的复杂程度。如果采用组播，由于它在编组与用户管理方面需要更多的智能技术，控制台的造价会令大家难以接受。

Art-Net II与Art-Net I有何不同？

从本质上说，Art-Net-II先采用广播方式发送数据——控制台一开始总是采用广播方式发送数据，因此，100%向下兼容——但是随后它会在网络上发送一个简易数据包来查询接收设备的响应，了解其需要哪一个DMX数据链。

例如，有一台连接到网络的灯光控制台，在网络上有一个设备需要第200号DMX数据链。该控制台发送一个ArtPoll巡查数据包，查询接收设备需要哪一个DMX数据链。网络节点（比如Art-Net—DMX转换器）返回ArtPollReply数据包，报告它们的状态。如报告：“正在使用第200号DMX数据链”。这时采用了Art-Net II协议的控制台就会从广播方式切换到单播，并且直接把ArtDMX数据包发送到那个网络节点，这样就大大节约了带宽。当有超过40个DMX数据链需要传输时，这一点至关重要。

如果控制台接收到有5～6个接收设备都发回需要第200号DMX数据链的响应，那么，它不会采用单播而会回到广播方式，从网络带宽的角度来看，广播的传输效率更高。Art-Net II的所有其他功能都与Art-Net I相同，当然，Art-Net II也兼容RDM，因此，RDM设备所具有的能反馈设备状态诊断信息的优点Art-Net II也具备，而且，Art-Net II 完全兼容Art-Net I。