Distributionsnetzwerk für Veranstaltungen

Das Netzwerk besteht aus zentralen Aggregationsswitchen und Switchpositionen mit 48 oder 24 Ports, die überall in der Versammlungsstätte strategisch verteilt werden können. Die sternförmige Topologie sorgt für eine hohe Ausfallsicherheit und hohen Datendurchsatz von 20 Gbit/s an 48-Port Switchpositionen und 10GBit/s an 24-Port Switchpositionen.

Der Netzwerkkern wird mit einem primären und einem sekundären Aggregation Switch ausgeführt, die jeweils einen redundanten Downlink zu allen Edge-Switchen haben. Diese „Triangle Core“ Topologie sorgt für hohe Redundanz beim Ausfall von Linkkabeln oder eines ganzen Aggregation Switches und ermöglicht schnelle Konvergenzzeiten bei einem solchen Fehler.

Trunk-Links werden mit je zwei Glasfaserkabeln mit je 4 Fasern pro Switchposition in Form einer Link-Aggregation ausgeführt. Bei korrektem Systemdesign hinsichtlich der notwendigen Datenraten, sind damit auch die einzelnen SFP-Module auf beiden Seiten der Verbindung redundant ausgeführt.

Alle Gewerke werden in eigene Broadcast-Domains organisiert und mit optionalem Layer 3 Routing miteinander verbunden, um das Netzwerk übersichtlich und aufgeräumt zu halten. Nützliche Layer 3 Funktionen wie ein DHCP-Server sowie Internetzugang kann optional in allen VLANs etabliert werden.

Das Gesamtsystem wird zentral von einem Operator betreut, was flexible und kurzfristige Anpassungen und dauerhaftes Monitoring ermöglicht.

Gängige Quality of Service Konfigurationen für Echtzeitanwendungen sorgen für hohe Zuverlässigkeit und Netzwerkstabilität.

Alle Switchpositionen verfügen über PoE++ Ports und alle VLANs können bei Bedarf auch als WiFi ausgestrahlt werden, um Technikerinnen und Technikern auch mobilen Zugang zu allen Systemen zu gewähren.

Anwendung des seit 2020 etablierten Standards Dante AV Ultra für die Übertragung von Videosignalen bis 4K DCI bei 60 Hz über 1Gbit/s Ethernetverbindungen. Durch die Verwendung des visuell verlustfreien Codecs JPEG 2000 im Vergleich zu unkomprimierter Videoübertragung wie z.B. bei SMPTE 2110 verringert sich die Netzwerklast um den Faktor 10.

Die Latenz zwischen Sender und Empfänger beträgt im Ultra Low Latency Mode ca. 8 ms und wird deshalb als „sub frame latency“ bezeichnet. Dadurch eignet sich Dante AV Ultra auch für Echtzeitanwendungen wie die Übertragung von Livebildern auf LED-Walls oder Projektoren.

Jeder Transceiver stellt HDMI 2.0 und 12G SDI Anschlüsse zur Verfügung, sodass keine weitere Signalwandlung erforderlich wird und praktisch jedes videotechnische System unmittelbar angeschlossen werden kann. An Empfängern steht Scaling zur Verfügung, was es ermöglicht UHD-Signale auch auf Full-HD Senken zu routen.

Durch die stark reduzierten Datenraten können an 48-Port Switchpositionen 25 Signale mit 4K DCI mit 60 Hz gleichzeitig empfangen und versendet werden. Werden geringere Auflösungen verwendet, steigt die Anzahl gleichzeitig möglicher Videoverbindungen pro Switchposition weiter an.

Die Konfiguration und das Routing der Transceiver und deren Signale erfolgt über den bereits weit verbreiteten Dante Controller.

Alle Transceiver können über PoE+ betrieben werden, sodass kein zusätzliches Netzteil verbaut werden muss, was an abgesetzten Positionen von Senken (z.B. Bildschirmen im Publikumsbereich) von Vorteil sein kann.

Zusätzlich zu Videosignalen können gleichzeitig noch USB-, Infrarot- und serielle Verbindungen bidirektional zwischen Encoder und Decoder im Netzwerk hergestellt werden, um z.B. abgesetzte Geräte mit Maus und Tastatur, Fernbedienung oder seriellen Signalen zu steuern.

Ziel des Distributionsnetzwerks ist hohe Flexibilität bei maximaler Verfügbarkeit („High Availability„). Die Verfügbarkeitsklassen werden häufig in Dezimal-Neunen angegeben (99% bis 99,9999%) und steigen damit verständlicherweise auch in Komplexität und Preisklasse. 100% High Availability ist ein theoretisches Ideal und wird in der Praxis aufgrund physikalischer, menschlicher und logischer Grenzen nicht erreicht.

Für Liveveranstaltungen, bei denen Echtzeitanwendungen über Ethernet-Netzwerke betrieben werden, sollte mindestens eine HA-Klasse von 99,99% („four nines“) angestrebt werden. Die drei primären Eigenschaften von High Availability lassen sich folgendermaßen beschreiben:

• Redundanz
• Resilienz
• Konvergenz

Redundanz

Bereits das Systemkonzept muss auf Redundanz ausgerichtet sein, mit dem Ziel Single Points of Failure zu vermeiden. Redundanz bezeichnet das Vorhandensein zusätzlicher, doppelter oder mehrfacher Komponenten (z. B. Leitungen, Geräte, Pfade), die nicht unmittelbar notwendig sind, aber im Falle eines Ausfalls einspringen können. Dies können redundante Netzteile in Switches, die Vorhaltung von Reserve-Switchen oder anderweitige Komponenten sein und reichen bis hin zu organisatorischen Maßnahmen wie der Konfigurationsspiegelung auf Ersatzhardware zum Zeitpunkt von Anpassungen am Live-System.

Für alle Komponenten im System steht mindestens eine Backupkomponente zur Verfügung oder ist, wo das technisch möglich ist, bereits im System integriert, um unterbrechungsfrei die Funktion einer ausgefallenen Komponente zu übernehmen.

Resilienz

Resilienz ist die Fähigkeit eines Netzwerks, Störungen, Ausfällen oder Angriffen standzuhalten und sich davon zu erholen, ohne die Verfügbarkeit wesentlich zu beeinträchtigen. Ziel ist, die Auswirkungen von Ausfällen oder Fehlern zu minimieren und eine schnelle Wiederherstellung zu ermöglichen.

Die häufigste Fehlerursache in komplexen Systemen ist der Mensch, der durch Fehler in der Anwendung oder Unachtsamkeit bei der Bedienung des Systems fehlerhafte Zustände herbeiführt. Durch Antizipation möglicher Fehler können Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz bereits systemseitig implementiert werden. In Netzwerken stehen dafür eine Reihe von Protokollen zur Verfügung.

Konvergenz

Konvergenz beschreibt die Zeit, die ein Netzwerk benötigt, um nach einer Änderung (z. B. Ausfall einer Route) wieder in einen stabilen Betriebszustand zu gelangen. Beim Ausfall von Netzwerkkomponenten können Datenverbindungen temporär unterbrochen werden, bis durch Automatismen wieder eine funktionierende Netzwerkumgebung hergestellt wurde.

In vielen Fällen kann in modernen Netzwerken bei korrekter Konfiguration und durchdachtem Systemdesign eine Konvergenzzeit von weniger als 5 Sekunden, oft schon unter einer Sekunde, erreicht werden. Dies kann zwar zu hör- und sichtbaren Datenverlusten führen, da eine unterbrochene Dante-Verbindung unweigerlich dazu führt, dass selbst Gäste den technischen Defekt bemerken; bei unter 5 Sekunden Konvergenzzeit wird aber für gewöhnlich die Störung nicht als kritisch wahrgenommen und sie sorgt nicht für eine Unterbrechung oder gar einen Abbruch einer Veranstaltung.