Zyxel_Tech 27 янв 2021 в 12:01

ATEN и Zyxel: вместе — это больше, чем каждый сам по себе (продолжение)

9 мин

2.2K

Блог компании ITT SolutionsСистемное администрирование*Работа с видео*Сетевые технологии*Сетевое оборудование

Ранее мы писали о тестировании совместных разработок для AV‑over‑IP от ATEN и Zyxel. В этой статье мы продолжим разговор и представим результаты проверки устройств IP KVM-удлинителя 4K от компании ATEN с передачей видео-трафика по LAN коммутаторам Zyxel с поддержкой технологии Networked AV.

Кратко — о чём шла речь в предыдущей главе

Передача видео по IP-сетям давно перестала быть чем-то из ряда вон выходящим. У решений из сегмента AV-over‑IP много преимуществ. В первую очередь они позволяют избавиться от ограничений по длине кабеля.

Есть ещё одно немаловажное важное правило, работающее в случае применения традиционного видеооборудования ProAV: «Чем больше потребителей, тем здоровее «ящик», и тем больше проводов из него выходит», — но AV-over‑IP лишены этих недостатков.

Для передачи трафика AV-over‑IP можно использовать обычное сетевое оборудование. В принципе можно взять любой управляемый коммутатор, поддерживающий multicast, IGMP, QoS и так далее, а потом потратить сколько-то там человеко-часов на его настройку. И так каждый раз, когда нужно передать или размножить видеосигнал.

Для упрощения этих действий ATEN и Zyxel подготовили совместное решение, значительно облегчающее жизнь сетевым администраторам и видеоинженерам — Networked AV.

Но есть и другие «особенности», например, высокие «накладные расходы» на кодирование видеотрафика в процессе передаче его по обычной «компьютерной» сети. Поэтому увидеть процесс «вживую» — это всегда полезно.

Забегая вперед, скажем, что набор: видео-оборудование от ATEN совместно с коммутаторами Zyxel показали себя очень хорошо. Но лучше описать всё по порядку.

В предыдущей главе были описаны более «традиционные» устройства (серия VE), используемые для трансляции динамических видеоизображений, например, спортивных матчей, записей выступлений, создания видео-стен и так далее.
Обо всём об этом и шла речь в первой части ATEN и Zyxel: вместе — это больше, чем каждый сам по себе

Сейчас мы поговорим о довольно своеобразном типе устройств, которое тоже используется для передачи изображений по IP сетям — серии KE, это IP KVM-удлинители способные передавать видео до 4K при 30Hz.

Тестирование систем КE

Отличия систем KE — IP KVM с поддержкой разрешения до 4K от системы трансляции HDMI видео по IP (VE)

Изначально IP KVM предназначались для удалённого управления серверами и рабочими станциями. Возрастающие требования к качеству изображения и необходимость консолидации вычислительных ресурсов привели к тому, что для определённых ситуация стала актуальной передача видео сигнала «как есть» с максимально высоким качеством и в составе большой, управляемой сети таких же устройств (например, любой центр управления или диспетчерская).

Концептуально, такая сеть из устройств (также используется термин «матрица») предназначена для других целей, нежели чем VE. Если сравнивать особенности применения: передача контрольных видео-изображений промышленных объектов носит более статичный характер, чем трансляция футбольного матча. Следовательно, передающее оборудование должно быть устроено иначе.

Ниже перечислены особенности IP KVM-удлинителей 4K и специфические требования к ним.

Система на базе KE позволяет создавать неограниченную матрицу, состоящую из рабочих мест операторов (до 4 мониторов с разрешением до 4К в 4:4:4), и управляемых устройств, а также видео-стен (и всё это в одной сети), между которыми могут работать операторы.
Благодаря системам КЕ операторы могут работать с клавиатурой, мышью на удалённых серверах и стенах, пробрасывать сигнал USB (USB-накопитель, принтер и так далее), пробрасывать и получать сигнал последовательного интерфейса и аудио.
Дополнительно — для работы операторов с разным уровнем доступа, можно реализовать принудительную аутентификацию, управлять пробросом интерфейсов и другие полезные функции, знакомые нам в ИТ, но нетипичные для систем передачи видео.

Несмотря на специфическое название: IP KVM-удлинители, эти устройства могут работать не только в режиме: клиент-сервер. Поскольку это KVM-решение, они могут функционировать во всех типичных для KVM-устройств режимах: «один-к-одному» (точка-точка), «много-к-одному» (один оператор — много серверов), режим совместной работы «один-ко-многим». То есть трансляцию сигнала от передатчика (сервера) к нескольким приемникам (операторам), и управляющих сигналов клавитуры и мыши от операторов к передатчику, подключенному к серверу.

При этом возможно активировать режим разграничений уровней доступа для операторов. То есть возможна совместная работа с одинаковым уровнем доступа (операторы будут мешать друг другу в процессе работы), режим Эксклюзивного пользователя — единоличный доступ к серверу (все остальные сигналы от других операторов перестают приниматься), режим просмотра для оператора (это уже фактически мультивещание в стиле VE) и многое другое.

Нюансы, которые было интересно проверить в данном тестировании:

передача 4К в полном цвете 4:4:4 с использованием технологий сжатия без потерь по витой паре — это особенно важно для отображения статической информации (таблицы с цифрами, графики и т. д.);
оба режима предварительных настроек отображения — текст и видео, для них используются разные алгоритмы компрессии без потерь;
более быстрое переключение источников при использовании функции Fast Switching (основное предназначение которой — оптимизация системы с парком разномастных мониторов и, как, следствие различными разрешениями экранов).

Для устройств KE с разрешением FullHD, основанными на подключении DVI, изначально всё более или менее понятно — в гигабитный поток, передаваемый сетевым коммутатором, даже 2 сигнала DVI + USB 2.0 «помещаются» без особых проблем. Гораздо интереснее проверить передачу видео 4К через HDMI (DisplayPort) на новом поколении этих устройств.

На практике, если для проброса видео такого качества не хватает мощности сетевого оборудования — приходится использовать сжатие, то есть понижать качество картинки в обмен на высвобождение сетевых ресурсов. (ATEN, как вендор, предусмотрел данный вариант— можно использовать 5 степеней компрессии.) Разумеется, при использовании сжатия будут потери, на первый взгляд незаметные, но вполне различимые в некоторых фрагментах.

Другой вариант — на самом устройстве принудительно выставить ограничение канала, например, 100Mb/s, в таком случае будет наблюдаться заметное снижение трафика через канал, что повлияет на качество выводимого контента.

При тестировании проверялись следующие ключевые моменты:

нагрузка на коммутатор при всех операциях;
работа multicast;
использование клавиатуры, мыши, USB;
поддержка звука.

Используемое оборудование

В роли HDMI IP KVM с доступом по IP и поддержкой 4K использовалась модель ATEN KE8950. Штатный режим работы этих устройств позволяет передавать изображение до 3840x2160@30 Гц.

Рисунок 1. Набор HDMI KVM-удлинителя с доступом по IP ATEN KE8950 (серверная и клиентская часть).

В качестве сетевого оборудования передачи данных выступил всё тот же Zyxel GS2220-28HP, уже знакомый нам по первой части.

Сетевые кабели — патчкорды Cat. 5.E

Рисунок 2. Коммутатор Zyxel GS2220-28HP.

Итоговый вариант стенда показан на рисунке 13. Слева расположены передатчики (серверная часть KVM), справа приёмники (клиентская часть).

Рисунок 3. Стенд в сборе для тестирования систем VE (мониторы не показаны). Подключён коммутатор Zyxel GS2220-28HP.

Для контроля видео использовались настольные мониторы Samsung (см. рисунок 4).

Программа тестирования

Что требовалось проверить и проанализировать (аналогично устройствам VE из первой части):

Заметна ли задержка видеосигнала относительно оригинала при передаче по IP.
Насколько синхронно работают все 4 IP приёмника от одного IP передатчика.
Подрыв и скорость переключения.
Загрузки канала IP в зависимости от контента (видео, статика) с помощью средств контроля для коммутаторов Zyxel.
Что будет, если подключить в коммутатор стороннее сетевое устройство, допустим, FastEthernet (100Mb/s).
Сравнение качество картинки в динамике и проверочная таблица.
Какие модели коммутаторов Zyxel можно рекомендовать и в каких случаях.
Как настроить коммутаторы, и когда нужен VLAN.

Полученные результаты для устройств KE

1. Задержка при передаче показала примерно одинаковый результат около 31мс.

Рисунок 4. Задержка при передаче графики для устройств ATEN KE8950.

Видео с задержкой можно посмотреть по ссылке на канале Youtube:

Видео с задержкой

2. Синхронность передачи — в пределах ожидаемых значений.

Однако, как уже говорилось выше, серия КЕ служит в первую очередь для передачи статического трафика и этот показатель в данном случае не так интересен (в отличие от VE).

3. С подрывом и скорость переключения дело обстоит примерно так же, как и c VE — значения лежат в пределах допустимых величин.

Видео скорость переключения также можно увидеть по ссылке на канале Youtube:

Видео скорость переключения

4. Загрузка канала IP в зависимости от контента (видео, статика) с помощью средств контроля для коммутаторов Zyxel.

Несмотря на то, что для передачи изображения максимального качества канал утилизируется по максимуму, и загрузка превышает 90%, — коммутатор Gigabit Ethernet вполне справляется с такой задачей.

При ограничении используемой полосы со 100% до 10% (100Mbs/s вместо 1Gb/s) или при сжатии c с потерями — нагрузка на коммутатор падает до ожидаемых значений около 10% и 50% соответственно. Это говорит о том, что система видеопередачи ведёт себя предсказуемо. Предсказуемость поведения — важнейшее условие при реализации больших проектов. Ниже приводится информация о загрузке, полученная с непосредственно с коммутатора стенда — Zyxel GS2220-28HP.

При добавлении в поток проброса USB сигнала, потоковая загрузка мало менялась выше 90%, на 1-2 %. В том числе при попытке пробросить USB с флеш-накопителя. Причина — невысокая скорость передачи USB 2.0 (в данном случае — до 12Mb/s), что фактически составляет малую часть гигабитного канала.

Рисунок 5. Загрузка при передаче трафика в штатный режим работы 3840x2160 при 30 Гц без каких-либо ограничений (загрузка 93%).

Рисунок 6. Загрузка канала при сжатии с потерями (загрузка 57%).

Рисунок 7. Загрузка канала при сжатии с потерями (загрузка 57%).

5. Что будет, если подключить в коммутатор стороннее сетевое устройство?

Как и в случае с VE ничего ужасного не произошло. Стенд продолжил работать в штатном режиме, подключение «лишних» устройств не влияет на его работу. Однако настоятельно рекомендуется использовать VLAN для изоляции передачи видео от остальных видов трафика. Как говорится, «бережёного бог бережёт».

6. Сравнение качество картинки в динамике и проверочная таблица.

Ниже мы приводим по 2 картинки: с текстом и с таблицами.

Как следует из примеров, разницы на них не видно, в этом главное отличие устройств KE (IP KVM) от VE. (Фотографии сделаны обычным фотоаппаратом, поэтому возможны некоторые искажения при фотосъёмке).

Рисунок 8. Картинка с текстом (оригинал).

Рисунок 9. Картинка с текстом при передаче через IP KVM ATEN KE8950.

Рисунок 10. Цветовая таблица (оригинал).

Рисунок 11. Цветовая таблица при передаче через IP KVM ATEN KE8950.

Пришло время ответить на общие вопросы нашего тестирования

7. Какие коммутаторы Zyxel подходят для тех или иных систем передачи видеонаблюдения?

Для простых случаев хватит коммутатора Zyxel GS2220.

Когда необходимо использовать каскадирование\стэкирование коммутаторов подойдёт Zyxel L2+ серии XGS2210 — таким образом можно увеличить количество портов и обеспечить диверсификацию. Также эти модели коммутаторов имеют возможности для питания оборудования видеопередачи (VE или KE) через PoE.

Рисунок 12. Коммутатор Zyxel XGS2210.

Для больших инсталляций с топологиями звезда подойдёт коммутатор Zyxel XS3800-28 SFP+LAN 10Gb.

Рисунок 13. Коммутатор Zyxel XS3800-28 SFP+LAN 10Gb.

8. О функциях в коммутаторах Zyxel, добавленных в результате партнёрства с ATEN.

Последние доступные на сайте Zyxel прошивки включают режим Networked AV, облегчающий настройку оптимизации коммутаторов для передачи IP‑video трафика. В режиме Networked AV упрощено создание VLAN, присутствует Dashboard с информацией о загрузке портов со временем обновления от 1 до 60 секунд. Проще говоря, это такая кнопка «Сделать Всё Хорошо», активизация которой облегчает жизнь при работе с AV‑over‑IP.

Также во всех устройствах присутствует возможность создания VLAN для разделения трафика AV‑over‑IP от любого другого, когда нет возможности использовать коммутатор исключительно для устройств VE.

Не только Networked AV

Ниже перечислены полезные сервисы, которые реализованы в вышеупомянутых коммутаторах и могут пригодиться при работе с AV‑over‑IP:

L2 multicast

IGMP snooping (v1, v2, v3)
IGMP snooping fast leave
Configurable IGMP snooping timer and priority
IGMP snooping statistics
IGMP throttling
MVR support
IGMP filtering
IGMP snooping immediate leave
IGMP proxy mode & snooping mode selection
MLD snooping

Управление трафиком

802.1Q Статические VLAN / Динамические VLAN: 1K/4K
Port-based VLAN
Protocol-based VLAN
IP subnet-based VLAN
MAC-based VLAN
Private VLAN
Voice VLAN
Vendor ID based VLAN
VLAN ingress filtering
GVRP
L2PT

Качество сервиса (QoS)

Storm control and event log: Broadcast, multicast, unknown unicast (DLF)
Port-based rate limiting (ingress/ egress)
Rate limiting per IP/TCP/UDP per port
Policy-based rate limiting
802.3x flow control
802.1p Class of Service (SPQ, WFQ, WRR, hybrid-SPQ combination capable)
DiffServ (DSCP)

Что в итоге?

Технология AV‑over‑IP позволяет решить много задач: масштабируемость, передача на большие расстояния, использование существующей инфраструктуры и самое главное — данный сервис из разряда «только для богатых организаций» переходит в разряд «доступно для всех».

Этому способствует совместная работа различных вендоров, результатом которой является улучшение оборудования для передачи AV‑over‑IP трафика.

Такой подход продемонстрировали компании Zyxel и ATEN, итогом которого стал режим Networked AV.

Несмотря на то, что технология HDBaseT не спешит сдавать позиции, оставляя за собой нишу там, где крайне критично передача картинки без малейших искажений, возможности AV‑over‑IP дают основание надеяться, что при соответствующих усилиях со стороны вендоров AV‑over‑IP будет развиваться и повсеместно заменять более старые стандарты передачи видео-трафика.

Полезные ссылки

Ссылки Youtube на видеоматериалы:

Часть 1

Часть 2

Теги:

Хабы: