sACNストリーミングアーキテクチャによるコントロールネットワークプロトコル - ネットワークを介して照明を制御する方法

GigaJet20 Pro is a powerful 1 Gbps Ethernet node for stable sACN/Art-Net lighting control in large venues.
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DMX512の特性と制限

当初、DMX512は、DMX入力とチャネルを通じて直列接続されたACディマラックを制御するために開発されました。複雑なアドレッシングシステムは想定されていませんでした。

技術の進歩と内蔵ディミング回路を持つLED器具の出現に伴い、DMX入力とチャネルを通じた制御が機器自体に直接統合され始めました。たとえばムービングヘッドのようなデバイスは、精密な位置決めと明るさの制御から、ゴボの選択、色の混合、ズーム、他の複合効果まで、広範な機能を備えています。各機能は別々のDMXチャネルを占有します。その結果、1つのムービングヘッドでその能力を完全に制御するために100以上のチャネルを消費することがあり、標準の512チャネルはほんの数台のデバイスで使い果たされます。

DMX512には他の制約があります:

  • 1つのラインに接続される負荷ユニットは32を超えません。32ユニットが推奨限界であり、スプリッター/ブースターを使用することで変更可能です;
  • 速度はわずか250キロビット毎秒で動作します;
  • 最大ケーブル長は300メートルです;
  • プロトコルの単方向性は、デバイスの状態の制御、診断、および監視機能を制限します;
  • DMX512信号は電磁干渉に敏感です。

これらすべてが、DMX512を多くの現代の照明機器を制御するうえで不十分にしています。それにもかかわらず、今日ではこのプロトコルが、創造から40年が経過した現在でも登場したほぼすべての照明器具やエフェクトを制御するために使用されています。

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イーサネットプロトコル – ネットワークケーブルでのDMX

イーサネットは、ローカルネットワークやメトロポリタンネットワーク上でのパケットデータ伝送のための標準化された技術群です。ケーブル接続とMACアドレッシングを使用してデバイスを識別し、DMX512の制限を効果的に取り除きます

イーサネットは、その主要な利点により、プロの舞台照明において従来のDMX512の能力を大幅に上回ります:

  • イーサネットはDMX512よりも40~400倍速くデータを送信し、その速度は常に増加しているため、ネットワーク上で送信されるチャンネル数の制限を取り除き、スケーリングの余地を提供します
  • イーサネットは安価で簡単に設置できるケーブルを使用し、照明ケーブルインフラ全体の設置と認証を簡素化します
  • 簡単な統合 – 多くの施設には既に既存のイーサネットインフラがあります
  • 高信頼性 – スタートポロジーにより、DMX512のバストポロジーと比較してシステムの回復力が大幅に向上します。スターネットワークでのケーブル破損は2つのオブジェクト間の通信のみを妨げますが、バストポロジーではセグメント全体を麻痺させる可能性があります
  • 干渉耐性 – 差動信号を使用することで、高い干渉耐性を確保します
  • ケーブル越しの電力供給 (PoE) – Power over Ethernet (PoE) 標準に従い、ケーブルを介して低消費電力ノードを直接給電する機能が設置を簡素化します

イーサネット上のDMXは、IP経由で転送され、上述のすべての利点を持っています。したがって、イーサネットへの移行は、現代の照明をより柔軟に、スケーラブルに、そして干渉に強くするための必要性によって促進されます

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照明においてsACNとは何の略ですか?

ストリーミングACN (sACN) またはANSI E1.31は、DMXデータをUDP/IPイーサネットネットワーク上で送信する照明プロトコルです

sACNは、アメリカの団体ESTA (Entertainment Services and Technology Association) のメンバーによって開発され、ACN (Architecture for Control Networks) プロトコルの広範な家族の一部であり、ANSI E1.17-2006標準で初めて説明されました

ACNはモジュラー型のネットワークアーキテクチャを定義しており、ネットワークプロトコル、デバイス記述言語 (DDL)、およびインタラクションプロファイルを含みます。元々UDP/IP上で動作するように設計されており、IP、イーサネット、Wi-Fiネットワーク内で機能します。これにより、その柔軟性と拡張性が保証されます

E1.31標準は、マルチソースからマルチ受信者へデータをストリーミングするためにユーザーデータグラムプロトコル、UDPを使用します。確認応答がないため、リアルタイムストリーミングプロトコルにおいて、すべてのパケットの配信保証はありません

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ストリーミングACNプロトコルのバージョン

sACNの最初の標準化されたバージョンであるANSI E1.31-2009は、2009年5月4日にANSI(アメリカ国家規格協会)によって承認されました。これは、ACNプロトコルのサブセットを使用して、Ethernet/IPネットワーク上でDMX512を送信するための基盤を築き、データ形式、プロトコル、アドレス指定、基本的なネットワーク管理の原則を定義しました

標準の改訂版は、2016年10月11日に承認されたANSI E1.31-2016のリリースで行われました。このバージョンでは、複数の受信機が1つのコントローラーからのDMXデータを同時に処理できるようにする同期フレームと、大規模ネットワークシステムの設定と管理を簡素化するユニバースディスカバリーフレームが導入されました

最新のエディションであるANSI E1.31-2018は、2018年11月7日に発表され、TCP/IPネットワークを介してDMX512Aパケットを送信するメカニズムを詳述し、形式、プロトコル、アドレス指定、ネットワーク管理をカバーしています。2018年版はIPv6とIPv4をサポートし、複数受信機による正確な同時データ処理のための同期方法も記述しています

リリースsACNおよびドラフトsACN

リリースsACNは、正式に承認され公開されたANSI E1.31標準を指します。これは、ANSI E1.31-2009、ANSI E1.31-2016、ANSI E1.31-2018のようなリリースバージョンであり、最大の互換性と機能性を特徴としています。これらは開発、レビュー、承認の完全なサイクルを経ています。

ドラフトsACNは、最終的なANSI承認前に存在したプロトコルの暫定バージョンを指します。これらは改良が必要なバージョンです。エラーの存在、わずかな違い、または最終標準との不整合の可能性があるため、ドラフトバージョンは一般的に大規模プロジェクトでは使用されません。

両タイプのバージョンの普及は、リリースsACNとドラフトsACN間の互換性の問題を関連付けています。SundraxのArtGate、GigaJet、PowerGate、DALIGateファミリーのコンバーターやPixelGate LEDドライバーは、リリースとドラフトの両バージョンのsACNを完全にサポートし、さまざまな機器での作業に柔軟性を提供します。

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Art-NetとsACNの違いは何ですか?

Ethernet環境では、DMX512データを伝送するために、Art-NetとsACNの2つのプロトコルが競合しています。どちらもUDPパケットを使用してDMXデータをEthernetネットワーク上で転送します。

Art-Netは事実上の標準として普及しています。もともとRemote Device Management(RDM)プロトコルをサポートしており、デバイスからのフィードバックを可能にしています。しかし、RDMコマンドやリクエストを送信するため、主にブロードキャスト送信を使用しており、これはネットワークの過負荷やパケットロスにつながる可能性があります。2016年にリリースされたArt-Net IVバージョンでは、RDMデータのユニキャスト送信をサポートしています。

RDMは、sACNと同様にESTAによって開発され、ANSI E1.20として標準化されました。

sACNはArt-Netをスケーラビリティで上回り、65,535のDMXユニバースをサポートします。これはArt-Net IVの32,768ユニバースと比べても優れています。Art-Netの初期バージョンではさらに少なく(例えば、Art-Net IIでは256)、制限されていました。


Alex Chomsky
Sundrax Electronicsの技術ディレクター

「記事を無限に長くするのを避けるために、Art-NetプロトコルとRDMプロトコルのトピックは、このテーマで詳しく説明されている記事を読むことをお勧めします。」

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ArtGate Pro enables reliable DMX to Art-Net/sACN signal conversion for professional lighting networks.

sACNの利点

sACNは現代のステージおよび建築照明システムに理想的であり、特に同期精度と多数のデバイス管理が重要な大規模なインストールに最適です。このプロトコルは以下の理由からです:

  • 膨大な数のユニバース(65,535)をサポートします。
  • 複数のDMXデータソースが1つのユニバースを制御するのを可能にする内蔵の優先順位システムがあり、最優先のデータを自動的に選択します。プロトコルは冗長性を考慮して設計されているため、ショーでのエラーの可能性が減少します。
  • マルチキャスト伝送がブロードキャストほどネットワークに負担をかけないため、高い耐障害性を提供します。
  • DMX512ユニバースを同期し、1つのコントローラの下で複数の受信機による同時データ処理を保証します。

小規模なインストールでは、Art-NetとsACNの違いは明らかではないかもしれませんが、古いバージョンのArt-Netの制限(例えば、1つのIPアドレスあたり4つの入力ポートと4つの出力ポート)がないため、多くの機器を持つ大規模なセットアップやテーマパークのような常設インストールにおいて、sACNが好まれます。

sACNの欠点

sACN E1.31には特有のニュアンスがあります。直接的なRDMのサポートは含まれていません。sACNでRDMデータを送信するには、別のプロトコルを使用する必要があります。

sACNネットワークで効果的に作業するには、高度な技術知識(診断の複雑さ、トラフィック管理)が必要であり、小規模なインストールや広範なネットワーク経験のないユーザーにとって障壁となる可能性があります。

sACNはArt-Netほど広く使用されていません。

Visual diagram showing how to connect lighting equipment in theaters using sACN and Art-Net protocols.
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接続スキーム

明確にするために、以下はsACNを使用した典型的な接続スキームです:

コントローラー(例えば、grandMA2)(IP: 192.168.1.10) → GigaJet20 Pro (IP: 192.168.1.1, 3つのイーサネットポート、1つのSFP) → 照明デバイス。

GigaJet20 Proは、例えばデバイス1 (IP: 192.168.1.11, ユニバース1) およびデバイス2 (IP: 192.168.1.12, ユニバース2) などのデバイスに20のDMXポートを通じてデータを分配します。

トラフィックを最適化するためにマルチキャストが使用されます。

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プロジェクトの例

🎭 演劇制作: 100以上の照明デバイスがある劇場で、sACNとGigaJet20 Proにより、1つのコントローラーで制御を提供しました。光ファイバー通信によりデータ損失が最小限に抑えられました。

🎶 ナイトクラブ: コンサートで、GigaJet20 Proは50のムービングヘッドを同期し、ライティングエフェクトの正確な実行を確保しました。

比較表

パラメータ GigaJet20 Proなし(DMX512) GigaJet20 Proあり(sACN)
デバイスの数 1ラインにつき最大32 最大20の分離されたポート
最大ユニバース 1 最大65,535
伝送速度 250 kbit/s 最大1000 Mbit/s(Ethernet)
妨害耐性 低(RS-485) 高(光/Ethernet)
ケーブルの長さ 最大300メートル 最大100 km(光ファイバー使用時)
電源供給 別ユニット PoE(Power over Ethernet)
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sACNプロトコルによるデータ交換

sACNはマルチキャストとユニキャスト送信をサポートします。GigaJet20 Proは、ネットワーク負荷を軽減するIGMPスヌーピングのサポートと内蔵ギガビットスイッチのおかげで、マルチキャストを最適化します。このデバイスはデータバックアップも提供し、信頼性を向上させます。

マルチキャスト

sACNにおけるマルチキャストはデータ配信方法であり、デバイスが特定の配信グループに加入し、ネットワークが対応するパケットストリームを送り届けます。これは照明制御に最適で、一つのデータセットを複数の照明デバイスに届けることができます。IPv4用のIGMPやIPv6用のMLDといったプロトコルがこれらのグループの整理に使われます。

Art-Netのブロードキャスト送信とは異なり、コントローラがネットワーク上の各デバイスに完全なパケットを送信する(各デバイスが全てのパケットをデコードする必要がある)方法とは違い、マルチキャストsACNはよりきれいに機能します。コントローラはDMXユニバースごとに分けられたsACNパケットでコマンドを送信します。ネットワーク上のデバイスはそれらが加入しているユニバースのみに“リッスン”します。これにより帯域幅の使用が減り、イーサネットのネットワーク管理が最適化されます。

マルチキャストsACNは送信者のセットアップを簡素化し、受信者のIPアドレスを手動で指定する必要をなくします。DMXユニバースデータはマルチキャストIPアドレスに送られます。ノードは、それらのIPアドレスが変更されたとしてもシームレスにデータを受信します。受信はマルチキャストグループへの加入に依存するためです。

マルチキャストの潜在的な問題

非管理ネットワークでマルチキャストsACNを使用する場合(IGMPスヌーピングのサポートがない場合)、スイッチはすべてのポートにパケットを送信します。これにより各デバイスに過剰なトラフィックが発生し、不要なデータをフィルタリングするために計算資源を消費することになります。これはマルチキャスト自体の問題ではなく、不適切なネットワーク環境で使用した結果です。

マルチキャストsACNの「プラグ&プレイ」コンセプトには限界があります。あらゆる規模のネットワークで効果的かつ安定した動作を実現するためには、ネットワークスイッチでIGMPスヌーピングの正しい設定が必要です。

ユニキャスト

ユニキャスト送信では、コントローラーと受信機が同じIPアドレス範囲内にあり、静的IPモードで動作している必要があります。ユニキャストネットワークの受信デバイスは、自分に直接アドレスされたトラフィックのみを受信します。

マルチキャストをサポートせず、ユニキャスト送信が必要で、自分専用に送信されたデータのみと動作するデバイスがあります。

sACN標準はユニキャストデータ送信を許可しており、特に実装の初期段階で、マルチキャストで正しく動作しない機器が多く存在したことを考慮しています。ANSI E1.31標準によれば、受信者はマルチキャストとユニキャストの両方のトラフィックを処理し、最大限の柔軟性と互換性を確保する必要があります。

スケーリング時には、ユニキャストは非効率になりますが、適切なマルチキャストサポートがない環境ではネットワークの輻輳を軽減するのに役立ちます。

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ストリーミングDMX

各ユニバースのDMXデータは、チャンネル値に変化がなくても継続的に送信されます。これにより、メッセージを見逃しても50ミリ秒以内に再送されます。非ストリーミングプロトコルとは異なり、sACNはデバイスの現在の状態を常に確認するため、デバイスが「フリーズ」することを防ぎます。

sACNユニバースの更新頻度は1秒間に44回を超えることはありません(DMXの最大は44 Hzで、DMX512プロトコルに合わせて使用されますが、適切な条件下ではsACNはそれ以上が可能です)。最小更新時間はありませんが、受信デバイス自体がソースの非活動を判断します(例えば、1分間データがない場合)そして、光に関する次のアクション(オフにする、特定のレベルに設定する、他のプログラムされたシナリオなど)について決定できるようになります。

Alex Chomsky
Sundrax Electronicsの技術ディレクター

「さらに、光ファイバーを介してDMX 512を非常に遠くに伝送する方法については、この記事をお読みください」 ファイバー経由のDMX

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WiFi上のsACN

sACNはWi-Fiを含むあらゆるIPネットワークで動作します。しかし、イーサネットは信頼性と干渉に対する耐性において無線技術を上回ります。理想的な選択肢は、sACN用の専用ローカルネットワークです。

Wi-Fiネットワークでは、sACNトラフィックを送信する際のマルチキャストとユニキャストの選択は、ネットワークの特性、受信機の数、および性能要件に依存します。

• マルチキャストは、可能なパケットロスがあるものの、IGMPスヌーピングとQoSを使用する多数の受信機に適しています。

• ユニキャストは、少数のデバイスに対しては良いですが、大規模なインスタレーションにはスケールしません。

リアルタイムの照明制御のためには、遅延とセキュリティ(特にWi-Fiにおいて)を考慮し、スムーズで正確なシステム動作を保証するためにパケットロスを最小限に抑えることが重要です。

アレックス・チョムスキー
Sundrax Electronics 技術ディレクター

「ここで無線で光を送信する方法についてもっと読む」Art-NetはWiFi上で動作しますか?

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優先順位の種類とは?

sACNプロトコル(ANSI E1.31)では、データソースの効果的な管理を可能にする複雑な優先順位システムが実装されています。優先順位付けには、ポート(ユニバース優先度)による方法とアドレス/チャンネル(アドレスごとの優先度)による2つの主要なアプローチがあります。

これは、sACN受信機がこれらの優先順位に基づいて競合するソースからデータをマージするためのルールのセットです。これにより、複数のコントローラーが同じデバイスと連携することが可能になります。

プロフェッショナルな照明業界では、このような機能は非常に重要視されています。特に複数のコンソールが関与している場合、インストールが同期的に動作することが重要です。

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ユニバースの優先順位

すべてのDMXユニバースの512アドレスのレベルを送信する各sACNパケット(スタートコード0x00)は、0(最低)から200(最高)までの共通の優先順位を含み、デフォルト値は100です。ユニバース内のすべてのアドレスは同じ優先順位を持ちます。同じソースからの異なるユニバースは異なる優先順位を持つことができます。

sACNトラフィックの受信機は複数のソースをサポートする必要はありませんが、通常はコンポーネント識別子(CID)によって区別します。異なる優先順位で同じユニバースに対しデータを送信する複数のソースがある場合、受信機は常に最も高い優先順位を持つソースからの512アドレスすべてのレベルを使用します。これは、より高い優先順位を持つソースからの個々のチャンネルのレベルが、低い優先順位を持つソースからのものより低い場合でも発生します。

複数のソースが同じ優先順位を持つ場合、受信機は個々のアドレスのレベルをマージするためにHighest Takes Precedence (HTP)メカニズムを使用することがあります。受信機がサポートする並列ソースの数は制限があるかもしれません。ソースの数が制限を超えた場合、新しいソースは、たとえ優先順位が高くても無視されます。

アドレスごとの優先順位

アドレスごとの優先順位は、ユニバース内の各DMXアドレスに個別の優先順位を割り当てることができます。これらの優先順位はレベルパケット(0x00)と共に送信されますが、0xddの代替開始コードを使用した別のパケットで512のすべてのアドレスの優先順位データが含まれています。このスキームでは、優先順位が0の場合、「このアドレスのレベルデータを無視する」ことを意味します。

複数のソースが同じアドレスに同じアドレスごとの優先順位でレベルを送信する場合、HTPマージルールが適用されますが、その特定のアドレスにのみ適用されます。

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sACNの互換性機能と高度な機能

ANSI E1.31 sACN標準では、デバイスがアドレスごとの優先度をサポートしたり理解したりすることを義務付けていません。ほとんどのデバイスはユニバース優先度でのみ動作しますが、一部はアドレスごとの優先度をサポートし、デフォルトでユニバース優先度を使用し、一部はアドレスごとに優先度を設定して適用します。

異なる優先度サポートを持つデバイスが相互に作用する場合:

送信元がアドレスごとの優先度を持つデータを送信し、受信側がユニバース優先度のみをサポートしている場合、後者は0xddパケット(アドレスごとの優先度付き)を無視し、0x00パケットから専らユニバース優先度を使用します。送信元がユニバース優先度に設定され、受信側がアドレスごとの優先度に設定されている場合、システムは両方のデバイスがユニバース優先度モードで動作しているかのように機能します。この場合、受信側は0xddパケットを処理する必要はありません。

Sundraxコンバータでの制限の削除

Sundraxコンバータ(例えばArtGate Pro)は、DMXストリームで作業するための機能を大幅に拡張し、インテリジェントなマージを提供します。2つのDMXコンソールを1台のデバイスに接続し、信号を組み合わせる規則を選択してマージモード(HTP(Highest Takes Precedence)、LTP(Latest Takes Precedence)、AUTO、PRIORITY)を設定できます。

コンバータはRDM(Remote Device Management)もサポートしており、照明デバイスのリモート設定が可能です。必要に応じてRDMプロトコルをフィルタリングし、ネットワーク負荷を軽減し、RDMをサポートしていないデバイスとの互換性を向上させます。コンバータはすべての業界プロトコルに対応しています。

追加の技術的機能:

  • プライマリ/セカンダリユニバースのバックアップ;
  • 特定のチャンネルまたはユニバースによる制御されたマージ;
  • 固定IPアドレスと簡単な設定アクセス;
  • ファンレス冷却、これにより筐体への粒子侵入を防止;
  • 305 Vまでの電圧での動作維持。

ArtGate Proはわずか1.2 kgの耐久性のある金属ケースに収められています。接続は信頼性の高い PowerCONコネクタを介して行われ、デイジーチェーン接続をサポートしています。このソリューションは耐久性と設置の容易さを保証し、コンバータをセットアップしてすぐに作業に取り掛かることができ、その信頼性を集中的な使用時でも安心して使用できます。

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エンターテインメント照明カタログ

Sundrax Entertainment Lighting Catalogs