解析Art-Net控制協(xié)議

文/[美]韋恩·豪厄爾 編譯/施 端

解析Art-Net控制協(xié)議

文/[美]韋恩·豪厄爾 編譯/施 端

介紹燈光控制簡史，解析Art-Net控制協(xié)議的創(chuàng)建原因、優(yōu)勢、工作原理等相關問題。

Art-Net；DMX；燈光控制

Art-Net是燈光行業(yè)中第一個獨立的、免版權使用費的、基于以太網(wǎng)的控制協(xié)議，它在建筑及相關設備行業(yè)引發(fā)了一場控制方式的革命。本文從燈光控制簡史開始，介紹Art-Net的創(chuàng)建原因、優(yōu)勢、對燈光行業(yè)的影響等一系列問題。

燈光控制簡史

模擬傳輸

30多年前，第一臺遠程燈光控制臺是通過多芯導線與調(diào)光器相連接。一根導線控制一個通道。這種方式使得控制臺與調(diào)光器之間需要大量導線，并且各制造商會采用不同的電壓、導線與接口，使用起來十分復雜。

解決這個問題的第一步就是要采用利用了時分復用技術（Time Division Multiplexing）的模擬多路傳輸，實現(xiàn)在單根導線上傳輸多路通道。其實質(zhì)是把信號拆分并把它們分時中轉到多路傳輸盒。這樣就產(chǎn)生了模擬多路傳輸協(xié)議，比如：AMX192、D54、S20。

雖然，模擬多路傳輸協(xié)議使得在單根導線上可以傳輸多路通道，但是它們會帶來許多問題，比如：傳輸距離短、噪聲上升等問題。

DMX512

其后的改進就是采用時分復用的概念并對其數(shù)字化。這樣一來，傳輸距離更遠、通道數(shù)量更多、抗噪聲性能更好——所有這些都使得系統(tǒng)更加可靠。

但是與模擬多路傳輸?shù)那闆r相似，各制造商都有各自的專用協(xié)議，DMX512（由USITT制定、ESTA管理）的引入意味著這個行業(yè)有了一個所有制造商都可以遵守的標準。

DMX512的主要規(guī)格：每路傳輸512個通道；最遠傳輸距離為300 m；每路最多可驅動32臺燈具；更新速率達到44數(shù)據(jù)幀/秒；數(shù)字信號的抗噪聲性能更好；免費使用。

DMX512的局限性與網(wǎng)絡的出現(xiàn)

DMX512在本行業(yè)表現(xiàn)一直很優(yōu)良，但LED點陣控制的出現(xiàn)使得所需要的通道數(shù)量超過了預期。到網(wǎng)絡開始出現(xiàn)時，控制臺的后部已帶有8個DMX接口。

本行業(yè)再次面臨同樣的問題，如同模擬多芯導線引發(fā)了對DMX多芯信號線方式的需求，采用網(wǎng)絡來控制燈光的整體觀念出現(xiàn)了，一些制造商開發(fā)了他們各自的解決方案。為了克服DMX的局限性以及制造商之間無法共享控制協(xié)議（盡管它們都是基于以太網(wǎng)的），Artistic Licence公司決定自行開發(fā)基于標準以太網(wǎng)技術的控制協(xié)議。這使得在單根網(wǎng)線上可以傳輸多個DMX數(shù)據(jù)鏈。同時，該公司還決定向本行業(yè)免費開放Art-Net協(xié)議。

Art-Net的創(chuàng)建及發(fā)布

Artistic Licence不是惟一一家感到有必要通過網(wǎng)絡來擴展DMX鏈路數(shù)的公司。他們免費發(fā)布Art-Net協(xié)議，希望有助于消除發(fā)展壁壘，以避免行業(yè)再遇到由不同的協(xié)議引發(fā)的障礙。這在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛的響應：ADB公司（ADB Lighting Technologies）首先把它應用到其產(chǎn)品中，而且，到目前為止已有超過100家制造商采用了Art-Net協(xié)議。

當然，Art-Net協(xié)議還沒有被任何一家行業(yè)組織或標準化組織評定為行業(yè)標準，也沒有經(jīng)過任何認證。其發(fā)布目的是讓燈光從業(yè)人員無需支付任何費用就可以在產(chǎn)品中應用Art-Net。

如何把Art-Net直接嵌入到一臺燈具中去，就像嵌入式的Net-Lynx O/P那樣？

最初，要把Art-Net應用到一臺燈具中需要具備許多電子學以及專業(yè)技術方面的知識。然而，最近Artistic Licence公司開發(fā)出了一塊電路板（和可選的測試板），如圖所示，由它負責把Art-Net轉換成DMX，外加少量元件就可以把它嵌入到產(chǎn)品中去。

Art-Net有何優(yōu)勢？

從概念上說，Art-Net依然采用了一根多芯線傳送多個DMX數(shù)據(jù)鏈：一個DMX數(shù)據(jù)鏈添加到網(wǎng)絡后就給它分配一個地址（理論上地址可以是256個中的一個）。然而Art-Net的妙處在于它可以遠程重新分配地址，因此，它完全重新定向了數(shù)據(jù)通信。

Art-Net支持由ESTA制定的一個新的協(xié)議——RDM（遠程設備管理）協(xié)議。DMX通過2#和3#引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，RDM則反方向傳送數(shù)據(jù)，以便它可以接收來自支持RDM協(xié)議的燈具（該燈具采用了DMX協(xié)議）所發(fā)出的數(shù)據(jù)。因此，DMX實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向傳輸，由此不僅可以遠程設置起始地址碼，而且更重要的是，這意味著由燈具發(fā)出的諸如溫度與光源壽命等信息可以反饋到控制臺。這種對燈具的精確控制使得DMX設備及其技術可以應用于建筑照明行業(yè)。

另外，Art-Net可以采用包括DMX-Workshop、Net-View（可從Artistic Licence公司網(wǎng)站上獲得）與Wireshark（免費使用的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分析軟件）在內(nèi)的其他一些資源，Art-Net軟件開發(fā)工具包（SDK）也可以從Artistic Licence公司的網(wǎng)站上獲得。

這是否意味著DMX將會退出歷史舞臺？

不會！DMX仍然是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的一個重要組成部分。DMX非常強大，它可以很容易地連接多臺燈具，而Art-Net不行。

Art-Net通過以太網(wǎng)把控制臺發(fā)出的多路信號傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點，再用DMX信號線覆蓋外圍區(qū)域并與實際燈具相連。

Art-Net的工作原理

Art-Net中一個關鍵的數(shù)據(jù)包叫做ArtDMX，由它負責在以太網(wǎng)上傳輸DMX數(shù)據(jù)。它由實際的控制臺產(chǎn)生或由一個DMX信號源轉換而來。

ArtDMX數(shù)據(jù)包包含三個主要信息：

（1） 512個通道的DMX值；

（2）包括DMX數(shù)據(jù)鏈號在內(nèi)的5個控制字段（數(shù)據(jù)鏈號用以區(qū)分網(wǎng)絡上的其他數(shù)據(jù)）；

（3）順序號。可能會有一些數(shù)據(jù)包沒能按時到達目的地，因此，順序號至關重要，這樣接收端就會知道是否丟失沒按順序到達的數(shù)據(jù)包。

廣播、單播與組播

可以采用三種方式來發(fā)送數(shù)據(jù)：廣播是指有一個發(fā)送端，它向網(wǎng)絡內(nèi)的所有設備都發(fā)送數(shù)據(jù)；單播類似一對一的關系，數(shù)據(jù)只發(fā)送到指定的IP地址；組播是一對多的關系。

例如，假如有20臺設備，它們需要相同的數(shù)據(jù)，可以采用廣播，但是這意味著不屬于該組的其他設備也會“看到”那個數(shù)據(jù)。也可以采用單播，但是數(shù)據(jù)要發(fā)送20次。若選擇采用組播，則數(shù)據(jù)只需發(fā)送一次，且數(shù)據(jù)只發(fā)送到指定設備的地址。

一開始制定Art-Net的時候，Artistic Licence公司采用了廣播，以確保終端用戶使用方便：只需接上信號線，它就可以接收到發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)。

隨著時代的變遷Art-Net如何發(fā)展？

當今對于燈具通道數(shù)的迫切需求意味著采用廣播會帶來一個問題，因為它占用了太多的帶寬。因此，Artistic Licence公司開發(fā)了Art-Net II以利用網(wǎng)絡中更智能的系統(tǒng)。當需要在組播與單播之間做選擇時，公司經(jīng)過深思熟慮之后決定采用單播。

這種方式的好處是人們可以選擇他們想要的復雜程度。如果采用組播，由于它在編組與用戶管理方面需要更多的智能技術，控制臺的造價會令大家難以接受。

Art-Net II與Art-Net I有何不同？

從本質(zhì)上說，Art-Net-II先采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)——控制臺一開始總是采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，100%向下兼容——但是隨后它會在網(wǎng)絡上發(fā)送一個簡易數(shù)據(jù)包來查詢接收設備的響應，了解其需要哪一個DMX數(shù)據(jù)鏈。

例如，有一臺連接到網(wǎng)絡的燈光控制臺，在網(wǎng)絡上有一個設備需要第200號DMX數(shù)據(jù)鏈。該控制臺發(fā)送一個ArtPoll巡查數(shù)據(jù)包，查詢接收設備需要哪一個DMX數(shù)據(jù)鏈。網(wǎng)絡節(jié)點（比如Art-Net—DMX轉換器）返回ArtPollReply數(shù)據(jù)包，報告它們的狀態(tài)。如報告：“正在使用第200號DMX數(shù)據(jù)鏈”。這時采用了Art-Net II協(xié)議的控制臺就會從廣播方式切換到單播，并且直接把ArtDMX數(shù)據(jù)包發(fā)送到那個網(wǎng)絡節(jié)點，這樣就大大節(jié)約了帶寬。當有超過40個DMX數(shù)據(jù)鏈需要傳輸時，這一點至關重要。

如果控制臺接收到有5～6個接收設備都發(fā)回需要第200號DMX數(shù)據(jù)鏈的響應，那么，它不會采用單播而會回到廣播方式，從網(wǎng)絡帶寬的角度來看，廣播的傳輸效率更高。Art-Net II的所有其他功能都與Art-Net I相同，當然，Art-Net II也兼容RDM，因此，RDM設備所具有的能反饋設備狀態(tài)診斷信息的優(yōu)點Art-Net II也具備，而且，Art-Net II 完全兼容Art-Net I。

ACN與Art-Net之間有何關系？

兩個協(xié)議之間沒有關系。

ACN是一個非常復雜的協(xié)議，與數(shù)據(jù)流協(xié)議（比如Art-Net）相比，ACN需要非常強大的處理能力，這就是為什么ESTA啟動了一個研究項目來制定一個與ACN相兼容的標準數(shù)據(jù)流協(xié)議的理由之一，這個新的“標準協(xié)議”的通用名稱叫做ACN Lite，有兩個作了相應變化的標準，它們是：

E1.31——該標準制定了一個以數(shù)據(jù)流方式在網(wǎng)絡上傳輸標準DMX數(shù)據(jù)包的協(xié)議，并且與完整的ACN協(xié)議相兼容。

E1.33——該標準把RDM協(xié)議添加到ACN協(xié)議上。

（本文根據(jù)《Lighting & Sound International》2010年4月刊《Art-Net Explained》一文編譯。）

（編輯 張 翔）

Art-Net Explained

Original/[USA] Wayne Howell Translate/SHI Duan

The paper introduced the brief history of lighting control, analyzed the creation, advantage of Art-Net and how it works.

Art-Net；DMX；lighting control

10.3969/j.issn.1674-8239.2010.11.003