JATET
映像・⾳響部会共同研究会 2021
AoIP/MoIPに関わるネットワーク

2021/xx/xxおしながき・おさらい-なぜ、こんなにIP!IP!!⾔われているのか︖- ST2110おさらい-とても⼤事なので、ちょっとPTPについて復習しましょう
・ネットワークスイッチ選定のポイント- PTP⾮対応スイッチの使⽤を推奨しない理由- BoundaryClockとTransparent Clock・対応する機器の⼀例

なぜ、こんなにIP!IP!!⾔われているのか︖■テレビやライブイベントのシステム/ワークフローをIPに移⾏するメリットが⼤きい
・現場に派遣するのスタッフ数、旅費交通費が少なく済む→拠点側のスタッフが複数のイベントに対応できる場合も・システムの実装時間を短縮できる(ケーブルの削減)
・メイン拠点内の設備をそのまま使⽤できる・既存ネットワークインフラの活⽤・リダンダンシーの選択肢が多い
・制作の質が⾼く、より効率的なワークフローを設けることができる

SMPTE ST 2110のおさらい◇メディア伝送、時刻同期、管理制御をまとめた基幹となる規格◇OSI参照モデルのレイヤー3で動作する◇既存のハードウェアで使⽤できる(COTS)→専⽤ハードウェアを必要としないためコストダウンできる◇特に放送制作全体の基準として使⽤できるよう考えられている→オーディオ機器専⽤の共通化規格ではない
・Clock→2110-10
・Video→2110-20/21
・Audio→2110-30/31
・Ancillary Data →2110-40

SMPTE ST 2110のおさらい• 2110-10: システムのタイミングと定義• 2110-20: ⾮圧縮のアクティブなビデオ• 2110-21: トラフィック制御とパケット伝送タイミングの最適化を⾏い、⾮圧縮のビデオを伝送する• 2110-30: PCM(⾮圧縮)デジタルオーディオ• 2110-31: AES3を⽤いたデジタルオーディオの伝送• 2110-40: 補助データ(Ancillary Data)の伝送※この他にも2110-22,23、2110-41,42などアップデートされたり審議中だったりしていますが割愛

Ravennaデバイスの運⽤でAES67,ST2110-30/31すべてに対応可能︕
2010

2013

2017

ST2110-30
・1ストリーム 1〜128ch
・16/24Bit＆AM824 profile(AES3ユーザービット)
・1パケット 1〜64sample
・44.1kHz〜768kHz
・QoSクラス可変・IEEE 1588-2008
・ST2022-7 Redundancy

・1ストリーム 1〜8ch
・16/24Bit(ユーザービットなし)
・1パケット 48sample
・48kHz・2つのQoSクラス
・IEEE 1588-20082018

ST2110-31

・Class A → AES67準拠
・AES3トランスペアレント伝送
・Class B → 1-8ch
・RAVENNA AM824 Profile準拠
・Class B → 1パケット 6sample ・SMPTE ST 337/338定義の・Class C → 1-64ch
⾮PCMオーディオ/データ形式
・Class C → 1パケット 6sample

PTPのおさらい■IEEE 1588: PTP – Precision Time Protocol
ネットワーク内でクロックを同期させる⼿段◇IEEE-1588-2002 or PTPv1• ⾦融取引を同期させるために作られた• 携帯の基地局(アンテナ)間の同期などにも使われる• 基本的には、正確なタイミングを必要とするが、衛星航法信号にアクセスできないネットワーク◇IEEE-1588-2008 (PTPv2)• 精度、精度、堅牢性を向上• PTPv1との下位互換性はありません

PTPのおさらい■BMCA(Best Master Clock Algorithm)
１．Priority1: ⼩さい数字がGMになりやすい

２．Clock Class

︓GPS等に同期しているか

３．Clock Accuracy ︓クロック精度を⽰します
４．Clock Variance５．Priority2

︓クロックのばらつきを⽰します

︓1-4で評価できなかったときに⾒る数字

６．Unique Identifier ︓これまでに判断できなかった時はMACアドレス(UUCI) / ポート等を⾒て判断する■PTPを構成する要素(概要)• GM (GrandMaster)→いわゆるクロックマスター• BC (Boundary Clock)→クロックを再配信する、GMへの集中を防げる• TC (Transparent Clock)→⾃分を経由することで⽣じる遅延量を追加してくれる• OC(Ordinary Clock)→ポートを1つだけ持つノード(終端の機器など)

PTPのおさらい
このほかに、PTPに関してピックアップしても、気にすべき項⽬や決めておくべき項⽬がたくさんあります• PTP Priority• PTP Domain• BMCA (Best Master Clock Algorithm)• PTP Profiles- Default- Media- SMPTE 2059
→ SMPTE 2059-1 and -2

ネットワークスイッチ選定のポイント・マネージドスイッチであること
・必要⼗分なインターフェースを持っていること →RJ45、SFP、QSFP等
・連続運転での⼗分な実績があること・スイッチが⼗分な性能を持っていること(帯域、スループット、マルチキャストグループ数等)
・PTP対応スイッチであること→Boundary Crock/Transparent Crock対応
スイッチ⾃体がパケット処理を⾏うことによって可変⻑のディレイを発⽣させてしまうことを意識してくださいネットワークスイッチ選定のポイント– PTP⾮対応SWの使⽤を推奨しない理由
ST2110-20/30の伝送にPTP⾮対応のSWを使⽤した場合

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PTPv2

*native

PTPv1

Simple Switch

PTPv2

シンプルなスイッチは、両⽅の PTP バージョンで動作しますが…
PTP に準拠していないスイッチを使⽤すると、PTP パケットのジッター値が⼤幅に増加する可能性があります。これにより、デバイスのタイミングの品質や信頼性が低下します。
ネットワークのトラフィックが増加するため、スイッチのホップ数が⼤幅に削減され、ネットワークのスケーラビリティと柔軟性が低下します。

PTPv1

ネットワークスイッチ選定のポイント– PTP⾮対応SWの使⽤を推奨しない理由
PTP Grandmaster
Sync
Delay Request
Delay Response
Bridge / Switch

Slave #1

Slave #2

Slave #3

ネットワークスイッチ選定のポイント– PTP⾮対応SWの使⽤を推奨しない理由• 遅延リクエスト/レスポンスメッセージの繰り返しによるトラフィックの増加• スイッチホップごとに遅延が増加 (PTPを認識していないスイッチではネットワークサイズが制限される)• PTPオフセットの制御なし• ジッタの増加• スレーブデバイスの信頼性が低下ネットワークスイッチ選定のポイント– BC / TC の選択

ネットワークスイッチ選定のポイント– BoundaryClockとTransparent Clock■Boundary Clock
・BCは、GMからのPTP情報を再構成し、スレーブ/クライアントに対して新しいPTP接続を開始できる→GMへPTPのメッセージリクエストが集中することを避ける
・⾃分⾃⾝とアップストリームクロック間のパケット遅延変動を除去する
・実質的にネットワークサイズを無制限に増やせる
つまり、⼤規模ネットワークや各拠点のスパインスイッチに最適︕

ネットワークスイッチ選定のポイント– BoundaryClockとTransparent Clock■Transparent Clock・TCは⾃⾝を通過することによるパケット遅延変動を考慮し、PTP情報に”⾃⾝のパケット遅延分”を負荷して送信する
・BCのように、PTPの再送信/縁切りができるわけではない→マスタークロックの負荷を軽減できるわけではない
・多くの場合、BC対応のSWより安価である
つまり、中⼩規模のネットワークに最適︕
BCスイッチの下段に置く(エッジスイッチ)⽤途にも適しているネットワークスイッチ選定のポイント– GrandMaster/Boundary Clock選定のポイント■1秒間に扱える最⼤PTPメッセージ数を調べておく
メーカーにもよるが、「メッセージレート」や「number of message supported by master」といった表記
例:Tektronix(telestream)社 SPG-8000Aの場合、この値が8192/秒
SMPTE2059-2では8/秒のレートでmaster – slave間をやり取りするため、最⼤1024nodeまで対応可能︕
・・・ここまでの端末数にならなくても、端末数と通信の中⾝を意識したネットワーク設計を⾏うことが重要です
⼩規模システムであれば、専⽤のPTP GMを⽤意しなくても良い場合がありますネットワークスイッチ選定のポイント– BC / TC の選択(例)
PTP Master
PTP Slave
PTP Master

PTP Slave

PTP BC/TC対応スイッチの⼀例■BC対応スイッチ・Arista 7280Rシリーズ、7100シリーズ
・NVIDIA(Mellanox) SN2410、SN2100
・Cisco Nexus 9000シリーズ■TC対応スイッチ・ALAXALA Networks AX4600Sシリーズ
・Luminex Gigacoreシリーズ
・YAMAHA SWX2320シリーズ、SWX3220シリーズ※あくまで⼀例です。詳細な仕様等は各メーカー様/代理店様へお問い合わせください
参考：https://www.seiko-sol.co.jp/ip_live_production/vv

SMPTE ST 2110に対応する機器の例
JT-NM(Joint Taskforce on Networked Media)グループでは相互接続検証情報を公開しています
https://www.jt-nm.org/jt-nm-tested

https://www.jt-nm.org/

ありがとうございました