イーサネットケーブルでDMXを実行

• DMXをEthernetケーブルで伝送する
  • Ethernetとは何か
  • Ethernet上のDMXの基本
    • Power over Ethernet – PoE
    • Ethernet上のDMXの説明
• Art-Net
• sACN
  • DMXをEthernetネットワークに実装するためのArt-NetとsACNプロトコルの比較と適用
  • 舞台照明制御プロトコル用のEthernetケーブル
  • Ethernet上でのDMX伝送に使用されるものは次のとおり:
• DMXのIP経由での伝送におけるEthernetフレーム構造の理解とその役割
  • DMX用のクラシックとスイッチ式Ethernet
  • EthernetをDMXに変換して照明器具に信号を供給する
  • EthernetをDMXに変換するアダプター – 変換装置
• FAQ
• EthernetでDMX信号を出力する方法

その広範な使用にもかかわらず、DMX512には、現代の照明設置において重要な限界があります：

• 1本のラインに接続できるロードユニットは32台までです;
• それはわずか250キロビット毎秒の速度で動作します;
• コントローラーから最後のフィクスチャまでの1つのDMXチェーンセグメントの最大長は300メートルです;
• DMX512は単方向であるため、フィクスチャの制御、診断、および監視能力が制限されます;
• DMX512信号は電磁干渉を受けやすいです。

今日では、このプロトコルは多数のマルチチャンネルデバイスの制御には不十分です。元々は、主に接続されたランプまたはランプグループの明るさレベルが唯一のパラメータであることが多いACディマラック用に設計されていました。複雑なアドレッシングシステムは必要なく、各ディマーチャンネルは1つのDMXチャンネルに割り当てられていました。

ビルトインディミング回路を持つLEDフィクスチャや、完全な制御のために100以上のDMXチャンネルを消費できる多機能デバイスの出現により、標準の512チャンネルはわずか数台のフィクスチャで急速に使い果たされます。このため、DMXをイーサネットケーブルで実行する必要があります。

これは、ステージ照明制御のための現代的なソリューションであり、前例のないスケーラビリティ、柔軟性、および性能の向上を提供します。既存のネットワークインフラを利用することで、この技術は照明管理を簡素化し、時間を節約し、配線の量を減少させます。DMX over Ethernetをマスターすることで、複雑で動的な照明デザインの作成が可能になります。

イーサネット（「エーテルネット」）は、ローカルエリアネットワークでのパケットデータ伝送のための技術ファミリーです。

1972年末、Xerox PARCのアメリカ人技術者であるロバート・メトカーフは、3 Mbit/sの速度を持つネットワークの開発を完了しました。当初はAlto Aloha Networkと呼ばれていましたが、すぐにEthernetに改名され、その公式文書は1973年5月22日に公開されました。これが歴史上最初のLANでした。

1979年には、メトカーフの参加のもと、Xerox、DEC、IntelがEthernet IIを標準化し、速度を10 Mbit/sに引き上げました。

1982年には公式標準化のためにIEEE 802.3プロジェクトが開始され、1990年代後半までにこの技術はローカルエリアネットワークで主流となりました。

イーサネットは速度を上げながら進化し続けています。最初の10 Mbit/s（802.3）は、「太い」および「細い」同軸ケーブル、ツイストペア、光ファイバーを使用し、その後、ツイストペアと光ファイバーで100 Mbit/sに移行しました。

ギガビット（1 Gbit/s、802.3z、802.3ab）が広く普及しており、高い要求を満たすために5G（2.5および5 Gbit/s、802.3bz）および10G（10 Gbit/s、802.3ae、802.3an）が開発されています。

最速の100G（40および100 Gbit/s、802.3ba）は光ファイバーケーブルを使用します。

上記のすべてのバージョンは単一の原則で動作し、ケーブル接続およびMACアドレス指定を使用してネットワーク内の送信者と受信者を識別します。MACアドレス（個別、グループ、ブロードキャスト）は、製造者または管理者によって割り当てられることがあります。

ツイストペアの標準最大セグメント長は100メートルです。特殊な機器（コンバーター、リピーター、スプリッター）を使用することで、線の長さは数百メートル、さらには数千メートルに延長することができます。

従来のDMXと比較して、イーサネットは以下を提供します：

• パフォーマンスを損なうことなく、より多くのデバイス；
• 大規模またはオープンな会場に便利な、ネットワークのどの地点からでもフレキシブルな管理；
• 簡素化されたインストールと単一のケーブルでの複数のDMXユニバース；
• 干渉に対する耐性と照明セットアップの安定性；
• コスト効率の良さ - ツイストペアはDMXケーブルよりも安価なことが多い。

要約すると、イーサネットを介したDMXの使用は、照明システムの効率を向上させ、ユーザーが2000年代初頭に廃れた基本標準の制限を超えることを可能にします。

Power over Ethernet – PoE

イーサネットは、Power over Ethernet (PoE) 技術を使用して同じツイストペアケーブルを介してクライアントデバイスに電力を供給します。PoEは送信に影響を与えません - これはイーサネット経由でDMXを送信する際の大きな利点です。

別々の電力ケーブルを排除することで、機器のメンテナンスが簡素化され、低電圧電力により電気の安全性が向上します - PoEの最大電圧は57Vです。

プロフェッショナルな照明制御機器には高電圧保護があります - 当社のデバイスは最大310Vに耐え、不安定な電源供給条件下でも安全性を確保します。

イーサネット経由のDMXの説明

イーサネット経由のDMXは、イーサネットを輸送媒体として使用する業界標準のネットワークプロトコルであるArt-NetとsACNを通じて動作します。

Art-Netは、1998年にArtistic Licenseによってリリースされ、IPパケット内でDMX512を送信するための実質的な標準です。UDPを使用し、最小限のレイテンシーを保証します:

• リモートデバイス管理（RDM、ANSI E1.20）プロトコルをサポートし、デバイスのフィードバックとリモートコントロールを可能にします。2016年にリリースされたArt-Net IVバージョンは、以前のバージョンで問題となっていたRDMデータのブロードキャスト送信を解決し、ユニキャスト送信をサポートしています;
• 最優先または最高値に基づくDMX512ストリームのマージを許可します;
• 広範なサポートを得ており、サンドラックスを含む500以上の舞台照明制御機器の世界的なメーカーによって使用されています。

各Art-NetノードはIPアドレスあたり最大1024 DMXチャンネル（2ユニバース）をサポートします。システムは理論的には512 DMXチャンネルを持つ最大32,768ノードをサポートできます。ユニバースの実際の数（Art-Net IVの場合最大32,768）はネットワークの帯域幅によって制限されます。

Streaming ACN、またはANSI E1.31は、ESTAによって開発されたACN（Architecture for Control Networks）プロトコルファミリーの一部です。これは、UDP/IP Ethernetネットワーク上でDMXデータを送信します。sACNは、ストリーミングプロトコルに典型的な、確認応答なしで複数の受信者にUDPストリーミングを使用します:

• 内蔵の優先システムにより、複数のDMXデータソースが1つのユニバースを制御し、最も優先度の高いデータを自動的に選択します。これにより、システムの耐障害性が向上し、エラーの可能性が減少します;
• DMX512ユニバースを同期し、1つのコントローラーの下で複数の受信者による同時データ処理を保証します;
• sACNでのマルチキャスト送信は、ブロードキャスト送信よりもネットワーク負荷が少なくなります。

さらに、sACNは拡張性においてArt-Netを上回り、最大65,535のDMXユニバースをサポートすることで、より多くの照明機器を使用するセットアップに適しています。

Alex Chomsky
CTO Sundrax Electronics

どちらのプロトコルもUDPパケットを使用してDMX512送信のためにイーサネット環境で競合しています。ただし、両方のプロトコルの利用可能性と、Art-NetおよびsACNに互換性のあるDMXコンバーターにより、技術専門家と照明デザイナーの能力が大幅に拡張されます。

重要な違いは、Art-NetにはRDMのサポートが組み込まれているのに対し、sACNはRDMデータ送信用に別のプロトコルを必要とすることです。sACNネットワークで効果的に動作するためには、各DMXユニバースのマルチキャストグループの使用と、ネットワークの過負荷を防ぐためのスイッチ上でのIGMPスヌーピングの設定が必要なため、ネットワークトラフィック管理における技術的知識のより高いレベルが必要です。

Art-NetやsACNプロトコルの場合、DMXデータ伝送にEthernetを使用するため、さまざまなカテゴリのネットワークケーブルが適しています。選択は速度要件、ラインの長さ、および動作条件によります。

一般原則:

• ツイストペアは主なケーブルタイプです。ペアをねじることで、クロストークと外部干渉が軽減されます;
• RJ-45 (8P8C)コネクタはツイストペアケーブルの標準であり、オフィスや家庭のEthernetネットワークで広く使用されています。ただし、エンターテインメント業界では、機器が絶えず機械的なストレス、振動、ほこり、湿気にさらされるため、RJ45の脆弱性と信頼性の低さをNeutrikのetherCONを使用することで軽減します – 頑丈で保護されたRJ45コネクタが丸い堅固な金属ハウジングと安全なロッキングラッチを備えています;
• 速度と性能 – ケーブルのカテゴリが高いほど、帯域幅が大きくなり、多数のDMXユニバースを遅延なく送信するためにはこれが重要です;
• ホイルまたは編組シールド（F/UTP、U/FTP、S/FTP）の存在は干渉に対する耐性を高めます – 舞台照明の条件では、多くの電磁干渉源が存在する可能性があるため、シールドは必須です。

マルチストランドツイストペアは柔軟性が高く、パッチコードに適しています。これは、ケーブルが頻繁に移動される場所で使用されます（例：モバイルインストールでスイッチやエンドデバイスに接続する場合）。シングルストランドツイストペアは強固ですが柔軟性が低く、壁や床下での固定設置に最適で、ケーブルが頻繁に動かされない場所で使用されます。長距離での性能が向上します。

ケーブルカテゴリ – DMXデータをEthernet経由で送信するためのツイストペアの選び方

Cat-1、Cat-2、Cat-3、Cat-4は、速度が低く周波数特性が不十分（Cat-4で16 Mbit/sまで、最大20 MHz）であるため、Art-Net/sACNには適していません。

Cat-5はテレコミュニケーション産業協会（TIA/EIA-568-B）ではもはや認識されておらず、最新のインストールには推奨されていません。これには、高速での潜在的な安定性の問題があります。Cat-5は物理的には100 Mbit/s (100Base-T)のデータを伝送することができ、理論的には短距離であれば1000 Mbit/s (1000Base-T)さえも可能ですが、干渉やクロストークに対する厳格な許容誤差で設計・テストされていません。このため、実際には、特に遅延やパケット損失が重要なDMXのEthernetによる伝送のような要求の厳しいアプリケーションで、安定性の問題が発生する可能性があります。

• Cat-5e – Art-NetおよびsACNのために最低限推奨される標準です。TIA/EIAにより認識され、高い仕様でテストされており、125 MHzの帯域幅で動作します。2ペアを使用する場合は100Base-Tをサポートし、4ペアを使用する場合は1000Base-T（ギガビットイーサネット）をサポートします。最大セグメント長は100メートルです。特にユニバースの数が多くなく、超高帯域幅が必要ない場合、ほとんどの標準アプリケーションに対して優れた価格対性能比を提供します
• Cat-6 – Cat-5eに比べて大幅な性能向上を提供します。よりタイトに巻かれており、しばしば外部シールドがあります。250 MHzで動作し、技術的には最大10 Gbit/s（10GBASE-T）をサポートします。最大長は100メートルです。帯域幅の余裕が必要なより要求の厳しいインスタレーションに推奨されます
• Cat-6a（Augmented Category 6） – 500 MHzまでの倍の帯域幅と10GBASE-Tを100メートルまでサポートできます。シールドはCat-6aでは必須であり、クロストークをほぼ排除しますが、ケーブルを柔軟性の低いものにします。最大の性能と干渉保護が必要なプロの固定インスタレーションに推奨されます。Cat-6aはCat-5およびCat-6と完全に下位互換性があります。ただし、いかなるケーブルラインにおいても、データ伝送速度はそのラインに設置された最低カテゴリのケーブルまたはコネクタの速度によって常に制限されます。

Cat-7（ISO/IEC 11801によるクラスF）は、一般的なイーサネットカテゴリとは異なり、従来RJ-45コネクタを使用しない、プロプライエタリな標準です。600 MHzまでの周波数での動作が設計されています。Cat-7はその高性能にもかかわらず、周波数特性に関する非常に特定の要件がない限り、ほとんどの標準的なArt-Net/sACNアプリケーションではしばしば余分となります。カテゴリー7ケーブルは普遍的に受け入れられた標準ではなく、その性能は一般的に広くサポートされているCat-6aで達成されることができます。

Cat-8はデータセンターと非常に短い距離（25GBASE-T/40GBASE-Tで30メートルまで）を対象としています。技術的には使用できますが、その能力は非常に過剰であり、コストと長さの制限があるため、ほとんどのArt-Net/sACNインスタレーションには非実用的です。

結論として、プロフェッショナルな環境でのDMX over Ethernetシステム（Art-Net、sACN）の信頼性のある動作のために、Cat-5e以上のカテゴリケーブルを使用することが推奨されます。ミッションクリティカルで大規模なプロジェクトには、シールドされたCat-6またはCat-6aケーブル（F/UTP、S/FTP）が推奨されます。

イーサネットプロトコルのデータユニットはフレームと呼ばれ、ネットワーク伝送の基礎を形成します。デバイスはこのフレームを形成し、それをネットワークアダプターが対応する電気または光信号に変換します。この信号はローカルネットワーク内のスイッチまたはルーターに送られます。ここで、受信者のMACアドレスが確認されます。最終受信デバイスはフレームを受け取り、チェックサム（FCS）を使用して整合性をチェックし、それに含まれるデータの処理を続けます。

イーサネットフレームは、ヘッダー、ペイロード、およびトレーラーで構成されます。ヘッダー（14バイト）には送信元および宛先のアドレス、ならびにペイロードの種類または長さに関する情報が含まれています。ペイロードは送信されたデータであり、トレーラーには整合性を確認するためのチェックサムが含まれています。

さまざまなフレーム形式の中で、Ethernet IIが最も一般的です。これは固定の14バイトのヘッダーと最大1500バイトの可変ペイロードを持ち、タイプフィールドがペイロードプロトコル（IPv4、IPv6、またはARP）を示します。

さらに、IEEE 802.3標準（14バイトのヘッダー、最大1492バイトのペイロード、長さフィールド、および4バイトのCRCトレーラー）、その拡張であるIEEE 802.2（16バイトのヘッダー、最大1490バイトのペイロード、DSAP/SSAPフィールド）、およびIEEE 802.2 SNAP（22バイトのヘッダー、最大1484バイトのペイロード、トレーラーにOUIとタイプフィールドを含む）があります。形式の違いは、ヘッダー/トレーラーのサイズと内容、およびペイロードプロトコルを決定する方法にあります。

イーサネット標準は、OSIモデルの物理層（有線接続と電気信号）とデータリンク層（フレーム形式およびメディアアクセスプロトコル）を規制しています。一方、Art-NetおよびsACNプロトコルはネットワークモデルのより高いレベルで動作し、トランスポート層およびアプリケーション層で動作し、データ伝送にIP（IPv4またはIPv6）およびUDPを使用します。対応するIP/UDPパケットは、ネットワーク上での物理的な伝送のために、その後1つのイーサネットフレーム形式にカプセル化されます。

古典的なイーサネットはハブを使用し、物理的な「スター」トポロジーと論理的な「バス」トポロジーを作成しました。このモデルでは、LLCとMACのサブレイヤーが一緒に存在し、CSMA/CDアクセス方法が衝突（フレームの重複）を制御していました。しかし、古典的なイーサネットは、頻繁な衝突のため、50％前後で機能しなくなります。これは、Art-Net/sACNを介したDMXデータの送信には望ましくありません。なぜなら、遅延やパケット損失に敏感なデータは、照明器具の予測できない動作を引き起こす可能性があるからです。何百、何千ものノードを持つ大規模なネットワークは、高速なギガビットでも、古典的なイーサネット技術の単一の共有メディアに基づいて信頼性を持って構築することはできません。

今日、プロフェッショナルな照明制御システム（および10G以上）にとって唯一許容される標準は、各接続に専用帯域幅を持つスイッチドイーサネットです。ハブの代わりにスイッチが使用され、ポイントツーポイント技術を使用して直接ポート間接続を提供します。フレームは透過的ブリッジアルゴリズムを通じて受信者に向けられ、衝突を完全に排除し、ネットワーク効率を大幅に向上させます。

Art-NetとsACNプロトコルは、形式的には共有メディアを持つクラシックイーサネットと互換性がありますが、舞台照明の信頼性の高い効率的な動作のためには必ずスイッチを使用します。

Art-NetおよびsACNプロトコルは、1本のイーサネットケーブルで数千のDMXユニバースを送信でき、設置にかかる時間とリソースを節約します。これには、Art-NetまたはsACNを標準のDMXに変換するDMX-イーサネットノード（コンバータ）が必要です。最新の照明制御システムは、輸送媒体としてイーサネットを使用しており、別々のプロトコルが必要です。しかし、照明機器はDMX512で動作します。Art-NetからDMXやsACNからDMXへのコンバータは、デジタルイーサネットデータを照明機器が理解できるDMX信号に変換します。

すべてのSundraxコンバータは、高性能、信頼性、使いやすさで際立っています。プロフェッショナルコネクタ、可動部品なしの設計、効率的な冷却、および最適化されたアーキテクチャが、瞬時の応答と長い寿命を保証します。内蔵のWatchdogと冗長性機能は、途切れのない動作を保証し、直感的なインターフェースとArtGate設定/ARISTOのサポートにより、設定が簡単になります。

ArtGateは、Sundraxによるデータマージおよび冗長化機能を備えたインテリジェントな DMX-Ethernetコンバータ のラインです。電源、DMX、Ethernet用のデイジーチェーン接続をサポートし、システムの簡単なスケーリングを可能にします。すべてのXLRポートは双方向で、柔軟な構成を可能にします。

ArtGateファミリーにはいくつかのモデルがあります：

• Pro – 4または8つのDMXポート（オプションでetherCON付き）、拡張/冗長化/カスケード用の2つのEthernetポート、2つのトリガーポート、PowerCONによる電力供給、および1.2 kgの頑丈な金属ハウジングを備えたフル機能コンバータ;
• Solid – 2または4つのDMXポート（XLR MまたはF）と2つのEthernetポートを備えた耐衝撃コンバータ、重量1.2 kg;
• DIN – DINレール取り付け用のコンパクトコンバータで、4または8つのDMXポート（端子台）、2つのトリガーポート、およびEthernetコネクタを備え、重量0.85 kg、12モジュールを占有;
• Arma – 2または4つのDMXポート（端子台）、2つのEthernetポート、および2つのプロフェッショナルEthernetコネクタを備えたモデル;
• Compact – 2つのDMXポートを持つ小型コンバータで、1つのEthernetポートを通じてPoEで電力供給され、重量わずか100グラムで、標準の10センチメートルの壁ボックスに設置するのに最適;
• Board – 基板の形をした強力なコンバータで、重量50グラム、1つのDMXコネクタ、1つのEthernetポート、および1つのEthernetコネクタ（オプションでetherCON）を装備。

イーサネット経由でDMX信号を出力する方法

イーサネット経由でのDMX設定は複雑に思えるかもしれませんが、小さなステップに分けることで管理可能になります。以下は簡単なガイドです：

1. 機器を集める – 必要なものは、イーサネットノード、ネットワークスイッチ、イーサネットケーブル、DMX対応の照明器具です。ノードが選択したプロトコル（Art-NetまたはsACN）に対応していることを確認してください
2. ノードを接続する – イーサネットケーブルを使用して、イーサネットノードをネットワークスイッチに接続します。これらのノードはDMX信号をイーサネットに、またその逆に変換します
3. ネットワークを設定する – 各ノードにIPアドレスを割り当て、シームレスな通信のためにネットワークを構成します。すべてのデバイスが同じサブネットにあることを確認して、接続の問題を避けましょう
4. 照明器具に接続する – DMXケーブルを使用して、照明器具をイーサネットノードに接続します。このセットアップにより、ノードがネットワーク上で照明を制御可能になります
5. 制御ソフトウェアを構成する – コンピュータにDMX制御ソフトウェアをインストールします。このソフトウェアは、イーサネットネットワークを介して照明器具にコマンドを送信します。ネットワーク設定に合わせてソフトウェアを設定してください
6. セットアップをテストする – イベント前に、すべてが正しく動作することを確認するためのテストを実行します。各器具が制御ソフトウェアのコマンドに正しく応答するかを確認してください

ソース:

• https://www.linkedin.com/advice/1/how-do-you-compare-contrast-ethernet-frame
• https://www.sundrax.com/
• https://www.linkedin.com/in/aleksandar-nikolic-203375312/
• https://www.linkedin.com/in/alex-chomsky-2a37b6311/
• https://en.wikipedia.org/wiki/User_Datagram_Protocol
• https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet