索尼 | IP测量探索（六）——传输特性和NMOS控制的测量与检测

　　前面我们用两期讲解了ST2110系统中PTP和数据流的各项测量要点，今天我们来介绍IP系统中传输特性的测量和NMOS控制的检测，这两部分虽然不是流本身，但是却能影响流的状态。本期内容主要涉及的标准是ST 2110-21，ST 2022-7以及NMOS的相关标准，主要内容如下：

　　ST 2110-21的相关测量

　　ST 2022-7的测量

　　NMOS控制的相关检测

　　一

　　ST 2110-21的相关测量

　　首先还是给大家介绍下ST 2110-21，该标准全称是Traffic Shaping and Delivery Timing for Video，视频流量整形和传输时序。该标准主要是为了防止网络丢包，拥塞等问题出现，并简化信号接收器的设计，有必要对数据包发出的大小和持续时间设置一些限制，这些限制在网络术语中通常称为“流量调整”和“传输时序”。ST 2110-21为离开RTP发送器的ST 2110-10视频RTP流指定了时序模型，并定义了用于通知此类流的时序属性发送器的SDP参数。ST 2110-21是针对收发器的，但就像SDI Eye/Jitter一样，也可以用来查看网络的情况。

　　1. 传输时序与包到达间隔

　　所谓“传输时序”指的是ST 2110-21标准定义了三种类型的发送器：N(Narrow)，NL(NarrowLinear)和W(Wide)

　　图73 三种发送器类型

　　Narrow Liner：此类流的SDP必须包含参数“ TP = 2110TPNL”，Narrow Sender的线性版本，数据包平均间隔发送

　　Narrow：此类流的SDP必须包含参数“ TP = 2110TPN”，在对应于传统SDI视频信号的VBI(垂直消隐间隔)或VANC(垂直辅助数据空间)对应的时间内没有发送数据包

　　Wide：此类流的SDP必须包含参数“TP = 2110TPW”，主要为基于软件的视频源使用

　　从图中可以看出，N型与NL型相似，不同之处在于发送方在对应于传统SDI视频信号的VBI(垂直消隐间隔)或VANC(垂直辅助数据空间)对应的时间内没有发送数据包。Sony产品发送器类型为N型，接收器可以接收类型N或NL发送器发送的流，甚至在带宽范围内，W也可以。关于发送器类型我们可以在示波器上的包到达间隔中进行测量。

　　在网络中，ST2110信号需拆解成一个个数据包在网络中传输，而数据包由于网络抖动等原因到达接收端的顺序也不一样，因此需要测量包到达间隔，以判断数据包在网络中传输后是否还能稳定、均匀地到达接收端，同时也能够反映发送端是否符合ST 2110-21标准中规定的发送器类型。

　　包到达间隔在不同示波器命名也不一样，如Telestream示波器测量菜单被称为PIT：

　　图74 Telestream 示波器测量包到达间隔

　　如图75所示，Leader示波器该选项被称为PacketArrival Interval Time：

　　图75 Leader 示波器测量包到达间隔

　　图76 LVB-440上的包到达间隔

　　直接测试源设备的PIT可以看到一个标准的包间隔模型，但是经过网络后测量的PIT往往不是标准的，这是由于网络抖动引起的。

　　以下，我们列举了常见的PIT测量的结果类型，供大家参考。

　　图77 Narrow Linear发送器的PIT测量截图

　　在Narrow Linear模式下，由于数据包以均匀的时间间隔发出，所以PIT中一般会有一个单一的主波柱，偶尔会有一些微小的网络波动，导致在主波柱旁边有一些小波柱。

　　图78 Narrow发送器的PIT测量截图

　　在Narrow模式中，由于没有VBI(垂直消隐间隔)或VANC(垂直辅助数据空间)对应的数据包，所以接收数据包时，也会有两种不同的时间间隔，在PIT中会有两个有一定间隔的波柱。

　　图79 Wide发送器的PIT测量截图

　　对于一个使用wide模型的发送器，数据包间隔时间会很不规律，这就导致了波柱多且分布不均匀。

　　图80 网络中存在一个环路时PIT测量截图

　　我们还可以利用PIT检查网络的情况，例如图80中，当网络中存在一个环路，这就会导致相同的流量一次又一次地穿过网络，在PIT中我们就能看到这样的情况。

　　图81 当网络环境存在波动时narrow类型的PIT截图

　　在图81中，我们可以看到这个发送器模型应该是遵守narrow模式进行发送数据包的，但是在左侧的波柱旁还有一些小的波柱，这很有可能是网络中出现了波动，导致部分数据包到达接收端的时间变长，才会出现图中这样的结果。

　　虽然暂未有标准规定该数值的取值范围，但是在实际系统中测量此数值应当是均匀且稳定的，除去在IP流切换时有可能发生跳变之外，此数据不应频繁发生跳变。

　　2. 流量调整与缓冲区的测量

　　ST 2110-21中还有关于“流量调整”的规定，这部分内容指的是在数据流的收发两端，发送器不能同时发出所有数据，接收器也不能及时处理完所有数据，所以发送端需要遵守一定的时序传输的模型，接收端需要遵守一定的数据缓冲模型，这样才能在实际的网络环境中应对一定程度的网络波动。而这两种模型，分别是网络兼容性模型(Network Compatibility Model)和虚拟接收器缓冲区模型(VirtualReceiver Buffer Model)

　　图82 网络兼容性模型（左）和虚拟接收器缓冲区模型（右）

　　网络兼容性模型主要规定了发送器的突发特性，以促进与各种具有不同缓冲区大小的交换机的兼容性，同时确保流不会溢出网络设备内部的缓冲区。当每个数据包准备好时，缓冲器会以每TDrain秒发送一个数据包，CINST表示缓冲器中任何时间的瞬时数据包数量，CINST的值不得超过特定发送器类型的CMAX值。如果CINST>CMAX，数据包可能会丢失。

　　虚拟接收器缓冲区模型则主要规定了数据包从发送器离开后进入容量为VRXFULL的缓冲区。数据包在缓冲区中进入和离开是瞬时的，VRXFULL缓冲区以TPRj为周期发出数据包j，发送器应确保缓冲区不要数据溢出也不能下溢。

　　流量整形的特性在IP示波器中也可以进行测量，如Telestream示波器测量菜单被称为IP Graphs：

　　图83 Telestream 示波器测量CMAX/VRXFULL

　　如图84所示，Leader示波器该选项被称为PACKET BUFFER：

　　图84 Leader 示波器测量CMAX/VRXFULL

　　图85 EBU IO list测试结果截图

　　根据《JT-NM Tested Catalog ST2110 Full-Online》，根据不同的发送器类型，其对ST 2110-21的CMAX/VRX的建议范围如图86所示：

　　图86  ST2110-21对于缓冲区的参数定义

　　当前系统中绝大部分设备均为均匀发包的N型发送器，Leader示波器在Ver5.9对这部分的测量算法有更新，能够提供更准确的结果，如果发现测试结果不对的情况，还请联系厂家进行版本更新。同时在实际的测量中，我们还注意到系统中的CMAX以及VRXFULL与JT-NM的建议值有一些不符的情况，后续我们会继续研究出现这种现象的原因。

　　二

　　ST 2022-7检测

　　ST 2022-7定义了在两个独立的链路上传输相同数据包流的标准。因此，如果丢失了一个路由中的数据包，则可以使用第二个数据流中的数据包来重建数据。之所以称为“无缝”，是因为两个独立信号是具有相同的数据包时间戳、序列号，接收器通过缓冲区对齐数据包，保障流之间的切换是即时的，这样不会影响传输内容。其传输时间等于最长路径的延时。

　　图87 2022-7传输原理示意

　　2022-7作为主备系统中主备冗余的检查，在示波器中我们可以通过比较主备信号的path delay来对冗余情况进行了解，根据EBU tech 3371的建议，系统中接收器应支持Class D类型，接收设备至少应该可以处理主备冗余信号的延时在150us之内的信号，才可认为接收设备符合2022-7。

　　图88  tech 3371部分截图

　　表5  ST 2022-7接收器类别

　　如Telestream示波器测量菜单被称为Path1-Path2 Differential：

　　图89 Telestream 示波器测量path delay

　　Leader示波器该选项被称为path delay：

　　图90 Leader 示波器测量path delay

　　图91  LVB440中2022-7的检测

　　图92 EBU IO list上2022-7的检测

　　需要注意的是，2022-7的系统在测量时，要确认接收端能否主备还原信号，否则会没有意义。另外有一种情况就是可能最终图像没有问题，但是其中的一个流可能已经出现了问题，需要对两个流分别进行检查。

　　三

　　NMOS控制的相关检测

　　NMOS即Networked Media Open Specifications(网络媒体开放规范)，它是高级媒体工作流程协会(AMWA)制定的，用来支持专业视音频媒体行业向“全网络”架构过渡的一个系列协议。NMOS规范目的是提供控制和管理层来补充ST 2110提供的传输层，带来了即插即用的效果和基于AV信号的IP路由管理。

　　随着NMOS在ST 2110系统中的持续应用，设备NMOS功能能否测量也成为了一个注意点。由于NMOS更偏重实用性的设备管理和配置，因此在检测时需更多依据设备实际操作和实践。

　　此外，目前阶段NMOS大多只应用了IS-04设备发现、IS-05设备连接管理，所以在检测时也主要侧重这两点

　　1. IS-04检测

　　IS-04(NMOS Discoveryand Registration Specification)的功能是使应用程序可以查找和注册网络上的资源。主要是实现两个目标：一是使NMOS系统中的各个实体变得可发现;二是在建立网络系统时实现自动化并减少手动配置的工作量。

　　当设备开启NMOS功能，并且连接到NMOS控制网络中，检测设备能否自动发现到RDS服务器上来，是用来判断IS-04是否成功的关键因素。在索尼IP系统中，LSM一般来承担RDS的角色，在LSM上就可以查看到NMOS设备的连接状态，如图93所示：

　　图93 NMOS设备自动发现到Sony LSM中

　　当发现设备无法自动注册到LSM中，需要检查NMOS设备中的信息是否完整，如果一些信息不完整，是无法注册到LSM中的。这里可以借助LSM查看NMOS设备的信息。

　　图94 LSM中NMOS设备的Node API

　　打开NMOS设备的NodeAPI中的链接，可以跳转到如下的网页。

　　图95  IS-04的版本

　　打开设备使用的IS-04版本，这里我们使用的是1.2版本，之后可以看到如下信息。

　　图96 IS-04中携带的信息

　　如果红框中的链接无内容，那么这个设备是无法注册到LSM中的，此时需要联系NMOS设备厂家进行处理。

　　设备仅仅自动发现到系统中并不足够，还需要检测设备发现上来的IP流格式信息，组播地址等关键要素是否正确。在LSM中可以将NMOS设备的SDP文件导出进行检查。

　　图97 LSM中将NMOS设备的SDP文件导出

　　图98 SDP文件内容示例

　　确认SDP 中的信息与需求一致，否则我们收不到这个流，或者无法打点。

　　2. IS-05检测

　　IS-05(Device Connection Management)的主要功能是提供连接媒体节点的独立传输方式，并且支持单一或批量连接，即时或延迟连接。主要是用来补全ST 2110中没有说明如何控制媒体流的传输的不足，同时解决各设备厂家多种专有接入方法带来的危险，也为其他类型的IP传输提供可扩展性。

　　在系统中，设备正常发现上线后，即需要利用IS-05对设备进行连接管理，因此需要在连接矩阵中对设备的SOURCE与DEST进行打点控制，以判断设备能否正常受控。

　　图99 NMOS设备利用IS-05打点控制

　　如果出现无法打点或者打点报错的情况，可以利用前面介绍的方法检查SDP文件，确认数据流的格式是否和需求一致。我们在项目中偶尔还遇见过NMOS设备灰掉无法打点或打点不生效的情况，此时大概率是NMOS设备掉线了，需要在该设备上重启NMOS功能即可解决。

　　3. AMWA NMOS Testing Tool

　　若现场没有如Sony LSM这样的RDS服务器，还可以利用AWMA的NMOS测试工具进行设备测试，如图97所示，此工具可以在本地创建一个简单的 Web 服务，用于测试设备对 NMOS API 的支持情况。输入需要检测的设备IP地址和端口号，选择需要的检测类型和版本，就可以进行检测了。

　　图100  AMWA NMOS Testing Tool界面

　　图101  NMOS测试结果部分截图

　　AMWA NMOS的检测目前只针对其相关标准内容的有无进行检测，实际系统中还需要根据上文的情况进行测试，来验证使用中NMOS设备工作正常。

　　总结

　　ST2110-21是针对收发器的，但就像SDI Eye/Jitter一样，也可以用来查看网络的情况。Sony产品发送器类型为N型，接收器可以接收类型N或NL发送器发送的流，W也可以。虽然暂未有标准规定包到达间隔的取值范围，但是在实际系统中测量此数值应当是均匀且稳定的，除去在IP流切换时有可能发生跳变之外，此数据不应频繁发生跳变。2022-7的测量中，主备流的path delay应该≤150us，同时虽然看到的最终图像没有问题，但是有可能其中的一个流已经有问题了，需要对两个流分别进行检查。NMOS的检查需要结合AMWA的测试工具，以及系统中RDS服务器的情况来进行验证。

　　以上是在学习标准和实践过程中的一些总结，肯定有所疏漏，还请大家对这部分内容了解之余多多指正。

　　下 期我们会分享一下我们在实际的项目中，使用交换机来对网络内的一些状态来进行检查的经验，敬请期待。