조명 표준 프로토콜(2) Ethernet

조명 표준 프로토콜(2) Ethernet

조명 표준 프로토콜(2) Ethernet

조명 표준 프로토콜(1)DMX-512편에 이어 Ethernet에 대해 알아보겠습니다.

대부분의 현장에서 가장 많이 사용하는 표준 프로토콜은 역시 DMX512입니다. 간편하고 익숙하면서 쉽게 사용할 수 있기 때문입니다. 하지만 조명장비의 기능이 다양해지고 장비의 수가 많아지면서 DMX만으로 감당하기 어려워지고 있는 것이 현실입니다. 조명 네트워크 시스템을 구성하거나 규모가 큰 공연을 위해서는 Ethernet을 사용하는 것이 보다 편리하고 비용적으로 유리한 점이 많습니다.

많은 조명관계자들이 Ethernet을 통해서 많은 Universe를 전달할 수 있는 효율성과 편리성에 공감하면서 몇몇 회사에서 Ethernet 방식을 만들어냈습니다. 처음 제안한 방식으로 Strand는 ShowNet, ETC는 EtcNet, 그리고 Artistic Licence에서는 Art-Net을 만들었습니다. 그 이후에도 DMX와 같이 통일된 표준의 형태가 아니라 대부분의 회사에서 각자의 네트워크 방식을 만들기 시작했습니다. 대표적인 것이 GrnandMA의 MA-Net, Color Kinetics의 KiNet, 그리고 PLASA에서 표준으로 제안한 ACN과 sACN이 있습니다.
이들 중에서 가장 많이 사용하고 있는 것은 Art-Net과 sACN입니다. 2000년 초반 Artistic Licence는 Art-Net을 저작권 상관없이 누구나 사용할 수 있게 만들었습니다. 그래서 지금 현재 가장 많은 제조사에서 네트워크와 조명장비에 사용하고 있는 프로토콜이 되었습니다. 네트워크를 통해서 DMX신호 뿐만 아니라 RDM을 지원하고 있습니다. 최대 32,768 Universe를 지원하고 Unicast를 주로 사용합니다.
또다른 프로토콜은 2009년 PLASA에서 조명제어 표준으로 발표한 sACN입니다. sACN의 전체 명칭을 보면 특성을 쉽게 알 수 있습니다. 아주 긴 정식 명칭속에 주요한 특징들이 다 들어있습니다. 우선 sACN은 ACN의 가벼운 버전이라 할 수 있습니다. 스트리밍 방식으로 데이터를 전달하고 주로 Multicast를 사용합니다. 최대 63,999 Universe를 지원하고 RDM을 지원하지 않습니다.
PLASA에서 표준으로 발표하면서 점점 많은 업체에서 sACN을 사용하고 있습니다. Multicast를 사용하고 Art-Net보다 넓은 대역폭을 사용하는 장점을 가지고 있기 때문입니다. 하지만 10여년간 대부분의 업체가 Art-Net 기반의 네트워크와 장비를 만들고 있을 뿐 아니라 sACN이 RDM을 지원하지 않기 때문에 쉽게 표준으로 자리잡기는 힘들거 같습니다.

What is Ethernet?
Ethernet은 LAN(Local Area Network)을 위해서 개발된 근거리 유선 통신망 기술입니다. 1970년대에 처음 개발되어 현재 IEEE802.3의 표준과 규격을 따라 가장 널리 사용되고 있는 표준 기술입니다. 우리가 일상생활에서 사용하는 대부분의 유선 인터넷은 Ethernet을 사용하고 있다고 생각하면 됩니다. 아주 가까이에서 항상 접하고 있는 기술이지만 이것이 어떻게 작동하고 연결되는지 관심을 기울이지 않으면 알기가 힘듭니다.

자세한 내용은 알고 싶은 분들은 아래 링크를 통해서 좀더 알아볼 수 있습니다.
Ethernet 나무위키
Ethernet 위키피디아

여기에서는 조명분야에서 사용하는 Ethernet에 대한 몇가지 궁금증에 대해 알아보겠습니다.

Ethernet은 DMX를 대체할 수 있는가?
우리는 흔히 Ethernet이 DMX보다 발전된 형태의 프로토콜이라고 말합니다. 앞으로 조명 데이터 프로토콜의 표준은 결국 Ethernet으로 바뀔 것이라고 말하는 사람도 있습니다. 하지만 아직 현장에서 Ethernet보다 DMX를 휠씬 많이 사용하고 있습니다.
왜 그럴까요?
여기에는 몇 가지 이유가 있습니다.
기본적으로 조명에서 사용하는 10BaseT, 100BaseT 그리고 Gigabit 네트워크는 ‘Star Topology’로 연결을 해야 합니다. 그래서 DMX와 같이 ‘Loop Through’ 방식으로 연결을 하기 위해서는 장비마다 2 포트 Ethernet Switch을 설치해야합니다. 그만큼 생산 비용이 많이 발생합니다.
또한, 2 포트 Ethernet Switch가 설치가 되어 ‘Loop Through’ 방식으로 연결을 해도 또다른 한계가 있습니다. 바로 Switch의 또다른 특성인 ‘Fail Mode’와 ‘Insertion Delay’가 걸림돌이 됩니다. ‘Fail Mode’는 Ethernet을 통해 ‘Loop Through’방식으로 연결된 조명장비 중 1대가 전원에 문제를 생기면 연결된 나머지 모든 장비로 데이터를 전달할 수 없게 되는 상황을 말합니다. DMX는 별도의 전원이 필요가 없기 때문에 장비의 전원과는 상관없이 끊김없이 데이터를 전달할 수 있지만 Ethernet은 전원이 공급되지 않으면 작동하지 않습니다. 두번째 제약조건인 ‘Insertion Delay’는 네트워크 상에서 Switch를 거칠 때마다 생기는 Delay를 말합니다. 장비 내에 Switch를 장착하여 Ethernet을 통해 ‘Loop Through’방식으로 여러 대의 조명장비를 연결하게 되면 무시할 수 없는 ‘Insertion Delay’가 발생하게 됩니다.
이런 이유로 아직 Ethernet만으로 모든 장비를 연결하는 방식이 현장에서 환영받지 못하고 있습니다. 콘솔과 같은 제어장비와 네트워크 장비들은 Ethernet을 통해 연결하고 Node를 통해 DMX로 변환하여 조명장비는 ‘Loop Through’ 방식으로 연결하는 것이 가장 효율적인 방법으로 사용되고 있습니다.

Ethernet은 어떻게 동작하는가?
Ethernet을 이해하기 위해서는 네트워크에서 사용하는 몇 가지 용어에 대한 이해가 필요합니다. 깊게 들어가지는 못하더라고 기본적인 개념을 알아보겠습니다.
네트워크의 도메인에서 여러 개의 노드로 정보를 전달하려고 하면 충돌이 일어납니다. 이것을 ‘Collision’이라고 하고 이것이 일어나는 영역을 ‘Collision Domain’이라고 합니다. ‘Collision Domain’이 커지면 그만큼 네트워크의 성능이 저하됩니다. 이 Collision Domain’을 방지하기 위한 방법이 2가지 있습니다.

CSMA/CD
Ethernet을 사용하는 네트워크는 대부분 데이터를 전송하는데 CSMA/CD 방식을 사용합니다. 하나씩 살펴보자면 CS(Carrier Sense)는 네트워크가 사용 중인지 확인하고, MA(Multiple Access)는 네트워크가 비어있으면 누구나 사용이 가능할 수 있다는 것입니다. CD(Collision Detect)는 데이터를 전송하여 충돌여부를 확인하고 데이터를 전달합니다.
CSMA/CD방식은 장비가 데이터를 보내기 전에 네트워크가 사용 중인지 먼저 확인합니다. 사용 중이 아니면 데이터를 보냅니다. 이때 충돌이 일어나면 모든 호스트에 신호를 보내 알려주어 일정시간 전송을 중지하여 충돌을 방지합니다.

CS(Carrier Sense)

MA(Multiple Acess)

Collision

CS(Collision Detect)

5-4-3 규칙
네트워크 상에서 최대 5개의 Segment를, 4개의 Hub나 Repeater로 연결했을 때 3개의 혼합 Segment만을 연결할 것을 권장하는 규칙입니다. 하지만 이 규칙은 Switch를 사용하면 적용이 되지 않습니다. Switch는 각 포트마다 독립된 ‘Collision Domain’을 가지기 때문입니다.

네트워크에서 발생하는 ‘Collision Domain’을 최소화해서 네트워크의 성능을 향상시키기 위해서 Switch를 사용합니다. 기존의 Hub는 네트워크 내에서 데이터를 보내면 모든 호스트에게 전송하게 됩니다. 그러면 데이터의 해당 호스트만 데이터를 받아들이고 나머지는 무시하게 됩니다. 이런 방식은 심플하기는 하지만 매우 비효율적인 방식입니다. 이를 개선하기 위해서 등장한 Switch는 데이터를 보내면 먼저 MAC( media access control) Adress를 확인하고 보냅니다. 하나의  ‘Collision Domain’에 두 개의 호스트뿐 입니다. 이것을 ‘Collision Domain’을 나눈다고 합니다.

Casting
네트워크에서 데이터가 전달되는 3가지 Csating 방식이 있습니다. Broadcast, Unicast 그리고 Multicast입니다. Broadcast는 하나의 노드에서 모든 노드로 데이터를 보내는 단순한 구조이며 가장 유용한 데이터 전달 방식입니다. 하지만 네트워크 트래픽을 사용하는데 효율적인 방법은 아닙니다. 크지 않은 규모의 공연에서 10여개의 universe를 사용한다면 손쉽게 사용할 수 있는 방식입니다. Unicast는 하나의 노드에서 다른 하나로 보내는 방식으로 이론적으로네트워크 트래픽을 가장 효율적을 사용할 수 있는 방식입니다. 하지만 univerce의 수가 정가하면 효율성이 줄어듭니다. Art-Net이 Unicast를 주로 사용하고 있습니다. Multicast는 하나로 다수에게 전달하는 방식입니다. 이 방식은 인터넷의 비디오나 음악 ‘스트리밍 서비스’와 같은 기술을 사용합니다. sACN이 Multicast를 주로 사용하고 있으며 현재 조명표준방식(ANSI E1.31)으로 채택이 되어있습니다.

케이블
Ethernet에서는 대부분 Cat5e나 Cat6 UTP케이블을 사용합니다. 4개의 꼬임선(8가닥)으로 구성이 되어있고 각 선은 색상과 모양으로 구분이 되어 있어 정확하게 결선하여야 합니다. Cat5e 케이블은 100MHz까지 동작하도록 디자인이 되어있어 10BaseT나 100BaseT에서 원할하게 동작합니다. 1000BaseT(Gigabit)에서도 사용할 수는 있지만 Cat6을 사용하는 것을 권장하고 있습니다.

Ethernet에서 RJ45 컨넥트를 사용합니다. 일상생활에서 인터넷을 연결하기 위해서 흔히 볼 수 있는 컨넥트입니다. RJ45의 기본 컨넥트는 현장에서 사용할 수 있을만큼 튼튼하지 못합니다. 그래서 Neutrik에서 XLR 컨넥트의 외관을 사용하여 ‘Ethercon’을 개발했습니다. 내구성을 보장할 뿐만 아니라 기본 컨넥트에 바로 장착할 수 있는 편리성을 갖추어서 조명현장에서 표준 컨넥트로 사용되고 있습니다.

Ethercon

Ethernet을 설명하려다 보니 네트워크의 기본적인 용어의 설명이 되어버린 것 같습니다.
깊이있는 내용은 아니지만 Ethernet을 이해하는데 조금이라도 도움이 되었으면 좋겠네요.
다음 편에는 많은 사람들이 관심을 가지고 있는 조명 표준 프로토콜(3) RDM으로 이어가겠습니다.