CobraNet音频网络Word下载.docx
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多点传输可以支持一点到多点的信号分配，数据包将占用整个网络的带宽。
这意味这如果用多点传输数据包向网络上某个设备定向传输信号，网络上其他本不同接受这一信号的设备也都能看到这个数据包。
在一个CobraNet网络中建议使用不超过4个多点传输数据包。
单点传输数据包支持点对点的数据传输。
单点数据包实际上利用了以太网交换机的读取数据包的目地地址，并把该数据包定向发送到该地址的功能。
可以有效防止带宽的浪费。
单点传输数据包只有在接收端提出要求时才被发送。
Cobranet设备是通过CobraNet接口与其他音频设备连接的。
CobraNet接口是一个集成电路。
功能：
连接ADC、DAC和DSP的音频同步I/O信号，
数字音频设备同步的时钟I/O信号，
主机接口用于连接某些产品的控制数据I/O信号
异步串行接口，
用于使CobraNet设备处于冗余工作状态的接口。
最为常见的网络拓扑结构是星型连接。
在这样的网络结构中，所有的网络节点都连接到中央的交换机上。
在图1中，标有CobraNet字样的方框代表眼镜蛇设备。
眼镜蛇设备与交换机之间用5类双绞线连接，最远传输距离为100米。
在这样的网络结构下，如果把眼镜蛇设备换成交换机，再向外连接眼镜蛇设备，就能够形成更大的星型结构，也可以叫做星云结构。
图1：
星型拓扑结构
在星云结构中，交换机之间的5类双绞线长度也必须控制在100米以内。
如果超出这个范围，则应该选用光缆传输。
用于快速以太网的多模光缆最远可以传输2公里。
如果使用单模光缆，传输距离可以进一步增加，这时影响传输距离的主要是光发射接收装置的功率和灵敏度，这一数值根据各个厂商的技术标准有很大出入。
通过不断向外层连接以太网交换机，可以建成更大的星云结构网络。
如果设计合理的话，眼镜蛇网络的大小是没有局限的。
图2：
星云拓扑结构
1CobraNet技术的关键优势
⑴提供无损、高清晰、多通道音频信息。
⑵使用的标准以太网设备是世界上最普通的、廉价的基本数字网络设备。
⑶音频信息的流向可以在音源与目标之间进行实时的构建和连接。
⑷数字音频能沿着局域网进行传输，省了不少附加基本结构费用。
⑸采用了简单的网络管理协议，使网络与网络设备的监控极其简易且有效。
⑹实际构建的音频网络随时都能在网络节点上进行音频信息传输、控制和检测，与网络物理层无关
⑺诸多的容错特性确保了网络在关键时刻应用的可靠性。
⑻CobraNet技术的广泛应用使之形成了强大的CobraNet共同体。
2CobraNet常用的设备
⑴音频装置分配板
⑵功率放大器
⑶页面布局和内部通信硬、软件
⑷媒体服务器
⑸信号处理器
⑹调音台
⑺语音记录、归档及播放设备
⑻传声器预放器
⑼音响周边设备
⑽独立的模/数（A/D）和数/模（D/A）转换接口
⑾吸顶扬声器
⑿有源音箱
⒀套装音响设备
⒁网络安全设施与监视系统
3CobraNet部件
（数字音频网络接口、音响系统处理器和网络接口模块）
⑴CS1810xx数字音频网络接口：
CS1810xx硅片模块系列具有3种集成电路模式，即在可调变的网络采样率48kHz和96kHz、可调变的量化大小16bit、20bit、24bit的情况下提供2路、8路、16路全双工的音频输入和输出通道。
这种集成的CobraNet接口管理着跨接在快速的交换以太网上的音频信息实时传输。
采用外加压控振荡器VCXO，使CS1810xx硅片模块能传输广播级低抖幌钟脉冲源信号，并且支持监督机构的双向以太网连接。
依靠并接的高速主机处理器接口或以太网，运用简单网络管理协议实现监控管理。
这种固化软件可在以太网上升级，也可以利用创新的、内装的异步桥接信息包功能，通过主机接口实现附加的监控。
⑵CS4961xxCobraNet音响系统处理器：
这种硅片模块系列用于强化CS1810xx模块的系列特性，它具备处理32bit、每秒120M条指令的音频处理器的潜能，能处理局部音响设备部件的音频流的进与出。
这种集成优化一方面给用户增添了不少效益，另一方面节省了终端产品中高昂的费用。
CS4961xx获得了数字信号处理传导器、图表数字信号处理编程工具的支持（该编程工具是用于快速处理音频信号和补充终端设备的）。
⑶CobraNet接口模块CM-1和CM-2：
这些模块是嵌入式的模块，很容易嵌入到音响设备中去，它们看起来像双端以太网络接口卡，带有嵌入系统的连接插口，能统计各CobraNet的通道数，并且能调配数字信号处理资源。
这些可以根据特殊需要与生产厂方协商。
4CobraNet开发工具
①CobraNetDiscoveryTM：
它是一种CobraNet维修专用工具，能构建、询问和报告CobraNet及节点的工作运营状况，并能提供CobraNet固化软件升级功能。
②CobraCADTM：
它是一种图形工具，用于模拟和验证CobraNet的各种设计，是承包商和终端用户用于实施安装CobraNet系统的理想工具。
③数字信号处理（DSP）传导器：
它是一种功能强大的图形工具，在CS4961xx操作平台上能进行快速拖放固化软件开发的音频信号处理。
在绘制数字处理功能综合库时，可以在以太局域网的任何一个CS4961xx的节点上用计算机作实时编程，汇编程序/链接程序对绘制未来信号处理的设计都是有用的。
④CobraNet对象工具：
它是一个微软通用对象库，可以提供低级别的功能，为用户建立简易的控制，并能开发CobraNet设备各种其他功能。
⑤EV-2测评和开发工具
它是评估CM-2CobraNet模块极为方便的工具，可以当作CobraNet设备产品的研发平台，并可用于CobraNet接口设计。
1.2CobraNet技术原理
CobrNet与MediaMatrix一样是综合硬件、软件和通信协议为一体的网络音频实时传输技术。
开发CobraNet的目地就是在高速发展的计算机网络平台上找到一种实时的、稳定的专业音频数据传输方法。
一、CobraNet技术的应用范围
不是所有的音频工程都需要使用音响网络技术，例如：
对于那些独立使用音响器材的歌厅、舞厅、中小型会议室和多功能厅等场合，目前不适合采用网络型设计，因为这样做可能增加设计难度和提高成本。
但是，对于像运动场、主题公园、歌舞剧院、广播电台、大型现场演出、大规模智能会议系统和楼宇智能音频系统等大型音响工程则比较适合。
二、CobraNet硬件设施要求
使用全双工的网络交换机Switch。
半双工的Hub通信可能会给音响系统带来丢失数据、传输时延过长等问题。
如果使用MediaMatrix的CobraNet产品，则根本不能使用Hub。
目前版本的CobraNet网卡在音频采样速率上支持48kHz和96kHz，量化分辨率支持16bit、20bit和24bit3种，默认是48kHz、20bit。
三、CobraNet设备的类型。
PeakAudio开发并推广CobraNet技术，但不生产产品，其他厂家向PeakAudio购买技术专利和CobraNetCODEC（即CobraNet的编码解码器，就是一组芯片，也称为CobraNetCore）。
按照设备的使用方法，可以将CobraNet产品分为以下两类：
①只用做信号传送。
由于CobraNet技术本来就是用来解决音频信号的传输问题的，所以针对信号的传输问题设计的信号接口箱应用就比较广泛，例如QSC的RAVE、SymNet、Biamp的CobraNet接口箱等，经过固化编码的PeaveyCAB也可以作这样的应用。
由于CobraNet的基本信号传输单元Bundle是以8个音频通道为一个数据包的，所以我们上面提及的这些产品都是8个音频通道为一组的（有的设备是16个通道一组，但是里面包含了两个Bundle）。
在实际应用中，输送到功率放大器的往往是2个通道信号，所以一些功率放大器的制造厂家就制造了一些2个通道的CobraNet终端产品，将CobraNet信号直接引入功率放大器，例如CrestAudio（高峰）的CKi系列、Crown（皇冠）的IQPIP2插件和RH的有源音箱系列等。
②信号输入——信号处理——信号输出。
这就要求设备不仅仅能完成数字与模拟信号之间的D/A、A/D变换，还要有相配套的音频处理设备。
这其中最为成熟和成功的就是我们熟知的Peavey公司的MediaMatrix（媒体矩阵）。
目前，其他公司也在加快开发这类的产品，比如Biamp已经有这种带CobraNet接口的小型处理机了。
四、CobraNet为什么使用以太网？
这也是网络音频设备开发初期设计师们争论和讨论的最多的问题，上世纪八十年代末期，各种网络技术相继出现，具有代表性的就是Xerox公司1973年提出的EtherNet（以太网）、IBM公司1970年提出的Token-Ring（令牌网）和苹果（Apple）公司在八十年代开发的AppleTalk。
这些网络都有各自的优点和缺点。
例如以太网应用软件的种类很多，开放性能好，成本低，但是存在网络冲突等问题；
令牌网虽然有效的避免了网络的冲突，稳定性得以增强，带宽利用率高，但是由于开放性差，导致支持这一技术的厂家甚少；
AppleTalk造价是很低，但是其低效率和低速的数据传递已经不能适应现代化的网络发展，所以必定会倍淘汰。
这些都是当时的一些实际情况，随着网络技术在九十年代的飞速发展，特别是中小型局域网和Internet的广泛应用，使得以太网得到了前所未有的高速发展。
目前全世界的应用的已经超过了2亿个以太网节点，快速的普及带来的就是技术的发展和成本的下降，而其灵活的开放特性使得以太网的传输速度呈对数的速度增长，从10M的标准以太网到百兆快速以太网甚至千兆、十千兆和百千兆以太网都已经开始运行……这些都已经证明CobraNet选择以太网作为媒介是正确的。
采用这种网络设备以后，在以太网络上可以传输上千个无压缩的音频数据通道，而价格却象日用品一样便宜。
IBM宣布放弃令牌网的开发也证明了以太网的强大优势。
五、为什么建议使用Switch作为CobraNet的网络交换设备
这里讲的网络交换设备一般指的是网络集线器HUB、网络交换机Switch和路由器。
提到路由器可能读者朋友会立即联想到TCP/IP协议集，联想到Internet。
但是很可惜，CobraNet是建立在标准以太网构架下的网络传输协议，是工作在数据层的低层传输协议，所以涉及不到网络层以上的高级协议，也就是说CobraNet不属于TCP/IP，也不能穿过路由器进入Internet，它只能在局域网中传递。
这还是因为现在全球的Internet的网络带宽还远远不能达到CobraNet的要求，同样IEEE802.11的无线局域网带宽也是不够的，所以目前能传输CobraNet的物理介质只有双绞线和光纤。
我们知道在网络中的设备进行相互通信的时候，数据要经过操作系统、通信程序、网卡、网络交换设备等各个环节，而为这些环节生产相应设备的厂家也不计其数，如何能让这些产品能“相互沟通”和“相互协作”呢？
那就必须有一套规则，只要大家都遵守这个通信规则，则无论是买谁生产的产品都能保证通信的正常进行。
由于网络连接涉及到软件和硬件以及通信协议的问题，所以国际标准化组织ISO专门为网络传输定义了一个模型，让大家共同遵守，这个模型称为OSI（即OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系统互联参考模型）。
该模型由下向上共分为七层，从一到七层分别称为物理层、数据层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，参见表1：
具体7层
数据格式
功能与连接方式
协议
典型设备
应用层
Application
网络服务与使用者应用程序间的一个接口
Word、Excel
（文字处理、应用）
应用组
表示层
Presentation
数据表示、数据安全、数据压缩
HTTP、Telnet、SNMP
（超文本传输、远程通信、简单网络管理）
会话层
Session
建立、管理和终止会话
POP3
（电子邮件协议）
传输层
Transport
数据组织成数据段Segment）
用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号）
UDP、TCP
用户数据包协议
传输组
网络层
Network
分割和重新组合数据包Packet
基于网络层地址（IP地址）进行不同网络系统间的路径选择
IP
路由器
数据链路层
DataLink
将比特信息封装成数据帧Frame
在物理层上建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用以及差错校验等功能。
通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址
IEEE802、SLIP、PPP
网桥、交换机
物理层
Physical
传输比特（bit）流
建立、维护和取消物理连接
ISDN、ADSL、UTP、Coax
网卡、中继器和集线器
表1：
OSI参考模型
上表1中的第一层物理层完全是针对网络硬件设备提出的，层数越高越向软件方面发展，到第七层已经完全是高级应用软件了，例如我们熟悉的WindowsOffice软件。
从上图我们也能看出网络集线器HUB是工作在最底层，也就是物理层，它是直接和物理传输硬件例如光纤、同轴电缆定义在一起的。
而第二层数据层则是定义网卡通信的，网络交换机Switch也是工作在这一层的，所以网卡和网络交换机是可以互相通信的，这就是Switch和HUB的本质区别。
在应用上HUB只是一个网络信号的“放大器”，它是不能识别信号的“来龙去脉”的，如图2所示：
HUB的工作原理
当信号从任一端口进入HUB以后，HUB则将这个信号进行放大后传输到其它的所有端口。
也就是说从Port1进入的数据，HUB是不关心它要去哪里，只是将信号放大后传输到Port2和Port3就算完成任务了。
这样对于100M带宽的HUB来说，某一时刻整个网络只有一个信号在传输，而且这个端口只要是接受数据的时候就不能发送数据，也就是我们所说的半双工共享100M带宽。
而网络交换机Switch就不同了，可以将它理解为“智能化的集线器”。
因为交换机内部是有CPU和内存的，存储器中有逻辑单元列表（LUL），列表保存着所有和这台交换机连接的网络设备的MAC地址，当某个通道有数据输入时，CPU会打开这个数据包的第一层确认这个数据包的去向，然后按照目的地的MAC地址将这个数据包送到指定的端口，参见图3：
图3：
Switch的工作原理
这样，Switch就具备的智能的条件，它只是将需要相互沟通的两个端口之间建立了数据连接，而其它通道的数据传输也在同步进行而不相交叉。
所以交换机的端口是“独享带宽”而且是全双工的工作的。
说道这里我们就知道了由于CobraNet协议是工作在数据层的，所以和上层网络层的IP以及更高级的TCP无关，同样也就和工作在网络层的路由器无关了。
虽然我们推荐大家还是使用Switch作为CobraNet的网络交换设备，但是某些CobraNet设备依然是可以和HUB连接在一起的，例如QSC的CobraNet产品RAVE，它就是使用HUB作为网络设备的，但是要注意，并非所有CobraNet设备都支持良好的HUB通信，比如MediaMatrix系统就不能使用HUB进行网络搭建，这会造成通信不畅或无法通信。
当使用HUB搭建CobraNet网络时必须避免出现以下的网络设计问题：
①网络中不能存在其它非CobraNet设备：
如PC机等，这就意味着不能在这种网络上进行其它数据交换，甚至SNMP的巡查。
这是由于CobraNet在网络数据层使用了O-Persistent机制，使得所有CobraNet设备并不遵循CMSA/CD协议而由网络中的Conductor进行管理，如果在这样的网络中加入其它类型网络设备——如普通的PC机——则电脑网络数据就会在总线上与CobraNet数据包发生冲突，导致数据丢失或连接中断。
这里提到的CSMA/CD是以太网为了避免数据冲突而采用的一种监听机制，请读者朋友们自行查阅相关的网络知识。
而SNMP和Conductor会在后面的文章讲述。
②网络可传输的最大音频通道将不能超过64个。
这是由HUB以太网的特性决定的，由于HUB是“广播”所有信息的，所有端口在同一时刻只能共享100M的带宽，这就把CobraNet数据包Bundle的数量限制到了8个（每个Bundle包含8个20bit48kHz的PCM音频通道）。
③关于网络直径（NetworkDiameter）。
尽管随着目前的以太网络设备和电缆技术的提高，很多电缆（包括CAT5和光纤）都可以传递很远的距离而保持较低的误码率。
例如高性能单模光纤甚至已经能够传递超过50kM的距离，但是这些优势还不能应用到HUB连接的CobraNet上来。
这是受到数据冲突（Collisions）和传播时间（PropagationTime）的限制，为了Conductor发送的同步码能同步达到终端设备，并且不造成信号冲突，必须限制网络直径：
CAT5搭建的100MHUB网络最大直径是200米，而多模光纤不能超过2000米。
在实际设计中，网络直径可以按照下面的原则进行设计：
1Bit数据在网络的上传输延时+HUB延时≤2560个Bit周期（或2.56μs@100M以太网）可能有的读者朋友觉得现在的Internet上连实时的视频信号都能传输，怎么这个只传输音频信号的CobraNet会要求这么大的数据带宽呢？
这就是因为CobraNet是不压缩的音频数据流，而我们几乎所有的其它网络媒体数据流都是压缩传输的。
这里的压缩和不压缩就相差的相当多了。
例如我们熟悉的CD唱片信号是不压缩的，每张唱片能容纳10几首立体声歌曲，而同样容量的使用MP3格式却可以装近两百首歌曲，所以这个差别还是很大的。
CobraNet的音频PCM数据量在一个通道时是48kHz×
20Bit=0.96MBit/s，再加上通道的控制数据和其它公共数据，使得每个Bundle（包含8个音频通道）的实际数据流接近9Mbit/s左右，而使用100M快速以太网交换机时，每个端口最大吞吐量为单向8个Bundle，也就是72Mbit的带宽，这已经接近了交换机的最大吞吐量极限。
当多口交换机的数据叠加时，则更是要求交换机的主板有足够的带宽，并且CPU的速度也要够快才行。
所以在大数据量的CobraNet系统中我们建议使用经PeakAudio测试过的品牌和型号的交换机（请查阅），否则在通信时可能会出现数据溢出甚至不同步的严重后果。
前面我们提到了以太网的数据结构和MAC地址问题，其中的很多概念比较抽象，不少读者感觉到学习起来有一定的困难，而且还是没有和音频信号的知识结合起来。
这里我想说明的是CobraNet技术虽然是为专业音频信号的传输服务的，但是其全部的理论和技术基础几乎都是以局域网络为平台建立的，而这些理论知识对于网络产品的最终用户来说是没有很大的价值。
总体来说学习CobraNet还只是针对大型工程的工程设计师有意义的。
以太网络的基础知识几乎涉及网络平台的绝大多数底层技术。
从多年的设计经验来看，正确的理解以太网的MAC帧结构和相互连接、传输机制，就能在接触这种大型扩声工程之前全面、细致的作好每个环节的工作，以确保后期的调试工作顺利的完成。
作为工程设计人员，决不能在网络音响的设计中保留旧的模拟线路的思想，因为模拟设备只须考虑接口而不必考虑协议问题，而现在的网络系统接口简单了（只有RJ45的水晶头），但协议的问题却出来了，这边发射了信号，对方却不一定收的到；
有时侯即使收到了也不能正确的还原。
这些协议是看不见摸不着的，而且是固化到接口中又不让我们随便更改的，所以我们必须在设计之前就必须考虑到它可能出现的种种问题和相应对策，才能做到万无一失。
注意：
在本文中出现“※”的地方是为具有一定网络技术基础的读者参考的，初学者可以不必深入研究它。
六、以太网与CobraNet的数据帧结构
前面我们谈到了国际标准化组织ISO（InternationalOrganizationforStandardization）制订的网络互联模型OSI（OpenSystemInterfaceReferenceModel）中，以太网帧结构归属于数据层，而我们关心的CobraNet也是面向这个层面的协议。
数据层是属于低层的通信协议，所以CobraNet是无法穿透到网络层的，这就意味着CobraNet会被路由器隔断在局域网内部，而无法进入到互联网（Internet）上去。
在以太网构建的局域网中，MAC帧则是最大的一个数据包了，其它所有的同步或非同步信
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