ST 2110 ile Bir Televizyon Kampüsüne Genel Bakış

Özet

• Kampüs mimarisi: PTP, medya ve kontrol düzlemleriyle tek fabric tasarımı
• Kaynaklar ve hedefler: Kameralar, encoder’lar, playout kaynak; monitörler, decoder’lar, kayıt cihazları hedef
• Medya akışları: ST 2110-20 (video), ST 2110-30 (ses), ST 2110-40 (ANC/veri), hepsi RTP multicast üzerinden
• PTP: IEEE 1588-2008 PTPv2, grandmaster, boundary clock’lar ve tüm cihazlarda senkron
• Switch orkestrasyonu: Akış sağlama için NMOS IS-06 / SDN; switch’lerde IGMP, PIM, QoS
• Switch tasarımı: VLAN’lar, DSCP eşlemesi, PTP-duyarlı portlar ve tam konfigürasyon örnekleri

Not: Bu makale tam bir uçtan uca ST 2110 televizyon kampüsünü anlatır: zamanlama (PTP), kaynak/hedefler, switch orkestrasyonu ve somut switch yapıları ile konfigürasyonlar. SMPTE ST 2110 temelleri, yönlendirme ve switch konfigürasyonu, NMOS kontrol düzlemi ve izleme yazılarıyla tamamlayıcıdır.

1. Giriş: ST 2110 Televizyon Kampüsü Nedir?

ST 2110 televizyon kampüsü, canlı video, ses ve yardımcı verinin SMPTE ST 2110 ailesi ile IP üzerinden taşındığı bir tesisidir. Kamera, vision mixer, monitör, kayıt cihazı dahil her cihaz bir IP uç noktasıdır. Zamanlama PTP (IEEE 1588) ile sağlanır. Switch’ler multicast RTP akışlarını iletir; orkestrasyon (örn. NMOS IS-06 veya SDN) hangi akışların nereye gideceğine karar verir.

Bu yazı, SMPTE ST 2110’a ve multicast/VLAN/PTP kavramlarına zaten temel seviyede hakim olan broadcast IT / ağ mühendislerini hedefler. Sıfırdan “ST 2110 nedir?” anlatmak yerine, kampüs seviyesinde mimari ve akış diyagramlarına odaklanır.

Doğru kurmak için:

1. PTP her yerde olmalı; tüm akışlar ortak saat (ST 2110-10) kullanmalı.
2. Kaynaklar ST 2110-20 (video), 2110-30 (ses), 2110-40 (ANC/veri) göndermeli.
3. Hedefler bu akışları alıp isteğe göre birleştirmeli.
4. Switch’ler multicast (IGMP/PIM), QoS ve PTP desteklemeli.
5. Orkestrasyon ile kaynak–hedef bağlantıları mantıksal olarak kurulup kaldırılmalı (IS-06 veya SDN).

Bu makale bunları tek bir tasarımda toplar ve somut switch konfigürasyonları ile Mermaid diyagramları verir.

2. Kampüs Mimarisi (Üst Seviye)

2.1 Üç Düzlem Görünümü

Kampüsü aynı fiziksel ağı paylaşan üç mantıksal düzlem olarak düşünebilirsiniz:

• Kontrol düzlemi: Keşif ve bağlantılar için NMOS (IS-04/IS-05); switch orkestrasyonu için IS-06 veya SDN (hangi multicast gruplarının hangi portlara açılacağı).
• Zamanlama düzlemi: Tek PTP grandmaster; fabric içinde boundary clock’lar (ST 2110 için gerekli).
• Medya düzlemi: Kaynaklar RTP multicast gönderir; switch’ler hedeflere kopyalar; tek darboğaz yok.

2.2 Uçtan Uca Blok Diyagramı

Kaynaklar ve hedefler access katmanında; core switch’ler multicast yönlendirme yapar ve boundary clock barındırabilir. Orkestrasyon, sadece istenen akışların doğru portlara ulaşması için core/access’i yapılandırır.

3. PTP (Zamanlama) Mimarisi

ST 2110, her gönderici ve alıcıda senkron zaman (ST 2110-10) gerektirir. Bu IEEE 1588 PTPv2 ile yapılır.

3.1 PTP Rolleri ve Hiyerarşi

• Grandmaster: Ağacın tepesi; genelde GPS veya yedekli PTP kaynağı.
• Boundary clock: GM’e bakan upstream port ve diğer BC’lere/cihazlara bakan downstream port’ları olan switch (veya özel cihaz). Upstream’de PTP’yi sonlandırır, downstream’de master gibi davranır.
• Uç cihazlar: Kamera, ND, monitör vb. PTP slave çalışır ve en yakın BC’ye (veya küçük kurulumlarda GM’e) kilitlenir.

3.2 PTP ve Switch Fabric

PTP çalıştıran switch’ler:

• Boundary clock (BC): Aggregation/core’da önerilir; her downstream segment yerel master alır, hop sayısı düşük kalır.
• Transparent clock (TC): PTP mesajlarındaki residence time’ı düzeltir; isteğe bağlı.

Televizyon kampüsünde genelde core/aggregation’da BC kullanılır.

PTP genelde ayrı bir VLAN’da (örn. VLAN 2) taşınır ve DSCP 46 ile en yüksek öncelik verilir.

4. Kaynaklar ve Hedefler

4.1 Kaynak Türleri

Her flow tek bir RTP multicast akışıdır (tek hedef IP + port). Kontrol düzleminde (örn. NMOS) “kaynak” genelde birden fazla böyle akış gönderebilen bir cihazı temsil eder.

4.2 Hedef Türleri

4.3 Medya Akış Türleri (Video, Ses, ANC)

• ST 2110-20: Sıkıştırılmamış video (örn. 1080p50 ≈ akış başına 1,2 Gbit/s). Her video akışı bir multicast grubu.
• ST 2110-30: Sıkıştırılmamış PCM ses (AES67 uyumlu). Birden fazla ses kanalı bir veya daha fazla flow’da olabilir.
• ST 2110-40: Yardımcı veri (altyazı, VANC). Ayrı flow(lar); genelde video veya kanal başına bir tane.

Hepsi aynı PTP saatini (ST 2110-10) kullanır; alıcılar RTP zaman damgaları ve PTP ile video/ses/ANC’yi senkron sunar.

4.4 Bant Genişliği Planlaması (Kabaca)

Kampüs tasarımında çoğu zaman kabaca değerler uplink boyutlandırması için yeterlidir:

*Kesin değer; piksel formatı, bit derinliği ve koruma şemasına göre değişir.
Ses (2110-30) bant genişliği olarak küçük, ama multicast grup sayısı olarak büyük olduğu için switch kapasitesi açısından önemlidir.

Peki bu değerler neden klasik SDI hesaplarından farklı görünüyor?

• SDI sinyali, aktif görüntüye ek olarak blanking aralıklarını (yatay/dikey blanking) ve çoğu zaman gömülü ses ile ANC verisini de aynı taşıyıcı içinde barındırır.
• ST 2110-20 ise yalnızca aktif video piksel alanını taşır; ses ve ANC akışları ayrı 2110-30 ve 2110-40 stream’lerine bölünür.
• Dolayısıyla “2110-20 HD video akışı” için verdiğimiz bitrate, tam bir SDI hattının tamamına değil, SDI içindeki aktif görüntü kısmının eşdeğerine karşılık gelir.

Bu yüzden doğrudan “SDI line‑rate” tablolarıyla kıyaslarsan rakamlar bire bir örtüşmeyebilir; burada kullanılan değerler özellikle 2110 bakış açısından (active video only) kampüs bant genişliği planlamasını kolaylaştırmak için seçilmiştir.

Bu kaba değerler özellikle şu konularda işe yarar:

• Core uplink boyutlandırma: 10/25/100G link başına kaç eşzamanlı HD/UHD akışı taşıyabileceğin.
• Oversubscription hesabı: Bir core link’in kaç access switch veya kamera toplayabileceği.

Örnek kampüs kapasite senaryosu

• 20 kamera (1080p50) → ~20 × 1,2 Gbit/s ≈ 24 Gbit/s ham video trafiği.
• Playout ve multiviewer trafiği de düşünülünce, 25G access uplink başına yaklaşık 8–10 HD kamera planlamak pratik bir aralık olur.
• İki böyle access switch’i toplayan 100G core uplink, oversubscription politikasına ve bıraktığın headroom’a bağlı olarak kabaca 40 HD akışı rahatlıkla taşıyabilir.

5. Switch Orkestrasyonu (IS-06 / SDN)

Burada orkestrasyon: Switch’lere hangi multicast akışların hangi portlara iletilmesi gerektiğini söylemek (hangi kaynakların hangi hedeflere “bağlı” olduğu).

5.1 Neden Orkestrasyon?

Olmasaydı:

• Any-source multicast (ASM) ile her akış her yere giderdi (bant genişliği ve CPU israfı), veya
• Statik multicast route ve IGMP/MLD elle konfigüre edilirdi.

Orkestrasyon (örn. NMOS IS-06 veya SDN controller) ile:

• Controller, NMOS IS-04/IS-05 (veya başka envanter) ile gönderici ve alıcıları bilir.
• Ağa flow kuralları iter: “abonesi olan portlara G grubunu kopyala”.
• Sonuç: Source-based multicast (SSM) veya kısıtlı ASM; sadece istenen akışlar her linke gider.

5.2 Orkestrasyon Mimarisi

• IS-05: Cihaz seviyesi “bu alıcıyı şu göndericiye bağla”.
• IS-06: Ağ seviyesi “bu multicast grubunun bu switch/porta iletilmesini sağla”. Controller, IS-05 bağlantılarını (grup, port) ile eşleyip fabric’i yapılandırır.

5.3 Controller Switch’te Neyi Yapılandırır?

Kavramsal olarak:

1. Multicast grup üyeliği: Hangi portlar hangi (S,G) veya (*,G) alacak.
2. QoS: Medya / PTP / kontrol için DSCP veya CoS (zaten konfig ile yapılmışsa isteğe bağlı).
3. ACL / güvenlik: İsteğe bağlı; kim hangi gruba gönderebilir kısıtlamaları.

Yani switch yapısı (VLAN’lar, QoS, PTP) tasarımla sabittir; orkestrasyon dinamik kısmı (hangi akışlar nereye) doldurur.

5.4 Sahada IS-06 (Gerçekçilik Notu)

IS-06 teknik olarak var ve çalışıyor; ancak “sahada yaygın” demek için hâlâ birkaç pratik engel var:

• Standardizasyon olgunluğu / benimsenme: IS-06, IS-04/IS-05’e göre daha geç olgunlaştı ve daha az sayıda vendor tarafından uçtan uca, tam uyumlu şekilde implemente edildi. IS-04/IS-05 bugün neredeyse her büyük broadcast vendor’ında var; IS-06 için aynı yaygınlığı söylemek zor.
• Vendor desteği tutarsız: Birçok büyük switch üreticisi (Cisco, Arista, Juniper vb.) IS-06’yı doğrudan native desteklemiyor. Çoğu tasarımda araya SDN controller veya middleware katmanı girip IS-06 “niyetini” OpenFlow/NETCONF/vendor API’lerine çeviriyor; bu da entegrasyonu daha karmaşık hale getirebiliyor.

Peki gerçek hayatta ne daha sık kullanılıyor?

• Receiver-driven IGMP: Receiver aktive edilince (çoğu zaman IS-05 ile), cihazın kendisi IGMP join/leave gönderiyor; switch tarafı IGMP snooping/querier ile pasif şekilde bunu işliyor.
• Vendor’a özgü SDN / otomasyon API’leri: Bazı sahalarda multicast/QoS politikaları vendor controller’ları üzerinden yönetiliyor (örn. Cisco DNA Center, Arista CloudVision vb.).

IS-06 burada “medya orkestrasyonu ile ağ otomasyonu arasında standart bir köprü” olmak için tasarlandı; fakat bugün birçok projede bu köprü, hâlâ receiver-driven multicast ve vendor‑spesifik SDN araçlarının bir kombinasyonu ile kuruluyor.

Ne zaman IS-06 mantıklı? (pratik karar kuralı)

• IS-06’yı düşün: Multi-vendor bir ortamda tek bir “standart köprü” ile orkestrasyon yapmak, uçtan uca tutarlı policy uygulamak (kim neye abone olabilir) ve ağ tarafında zaten bir controller/middleware katmanı işletmek istiyorsan.
• Receiver-driven IGMP çoğu zaman yeterli: Küçük/orta ölçekli yapılarda “receiver bağlanınca cihaz IGMP join atıyor” modeli iş akışlarının çoğunu karşılar ve entegrasyon maliyeti düşüktür.
• Vendor‑spesifik SDN pratik olabilir: Fabric büyük ölçüde tek vendor ise ve switch özellikleri/telemetry entegrasyonunu en az ek katmanla yapmak istiyorsan.

Daha derin okuma: IS-06’yı NMOS ekosistemi içinde (IS-04/IS-05 etkileşimi, controller mimarisi, implementasyon pratikleri) daha detaylı görmek için: AMWA NMOS.

6. Switch Topolojisi ve VLAN Tasarımı

6.1 Tipik Topoloji: Core + Access

• Core: Yüksek throughput, multicast yönlendirme (PIM), boundary clock’lar, grandmaster bağlantısı.
• Access: Kaynak ve hedef portları; IGMP snooping; isteğe bağlı PTP forwarding.

6.2 VLAN Planı

Video ve ses için ayrı VLAN içeren bir şema:

Bu ayrım, video+ANC ile ses trafiğini farklı broadcast domain’lere bölerek daha kontrollü bir yapı sağlar; multicast ve QoS modeli yine ortak kalır.

6.3 VLAN Diyagramı

Core–access trunk portları 2, 100, 101, 200 VLAN’larını taşır; cihaz portları tek VLAN’da untagged veya allowed VLAN’lı trunk olabilir.

Redundancy notu: Bu makalede anlatım sade olsun diye tek fabric’li, yedeksiz bir yapı üzerinden gidiyoruz. Tam yedeklilik (ST 2110‑7 seamless protection switching, çift A/B fabric, çift PTP grandmaster) ayrı bir yazıda ele alınacak.

7. Switch Konfigürasyonu (Uçtan Uca)

Kapsam notu: Aşağıdaki konfigürasyon, bu yazıdaki kampüs diyagramlarını desteklemek için bilinçli olarak iskelet tutulmuştur. IGMP/QoS/PTP/VLAN kalıpları ve routing tarafını daha “switch odaklı” ve detaylı okumak için: SMPTE 2110 Ağlarında Switch Yapılandırmaları ve Routing Mekanizmaları.

Aşağıda yukarıdaki kampüse uyan tek bir switch için örnek konfigürasyon iskeleti var. Cisco tarzı CLI kabul edilmiştir; sözdizimi markaya göre (Arista, Juniper vb.) değişir. Amaç: PTP, multicast, QoS, VLAN’lar.

Vendor‑agnostic not: Buradaki CLI sözdizimi örnekseldir. Gerçek komutlar ve özellikler üreticiye (Cisco, Arista, Juniper vb.) ve yazılım versiyonuna göre değişeceği için kendi platformunun dokümantasyonuna göre uyarlaman gerekir.

7.1 Temel: Hostname, Yönetim, NTP (isteğe bağlı)

1
2
3

hostname ACCESS-SW1
ip domain-name campus.local
ntp server 10.0.0.1 prefer

7.2 VLAN’lar

1
2
3
4
5
6
7
8

vlan 2
 name PTP
vlan 100
 name VIDEO
vlan 101
 name AUDIO
vlan 200
 name CONTROL

7.3 PTP (bu switch boundary clock ise)

1
2
3
4
5
6
7
8

ptp mode boundary
ptp domain 127
ptp priority1 128
ptp priority2 128
clock source ptp
ptp source ip 192.168.2.1
interface range TenGigabitEthernet1/0/1-24
 ptp enable

Switch BC değilse sadece PTP master’a ve cihazlara bakan portlarda PTP forwarding açılır.

7.4 IP (PTP ve yönetim için)

1
2
3
4
5
6
7
8

interface Vlan2
 description PTP
 ip address 192.168.2.10 255.255.255.0
 no shutdown
interface Vlan200
 description CONTROL
 ip address 192.168.200.10 255.255.255.0
 no shutdown

7.5 Multicast (IGMP Snooping + Querier)

Switch’in multicast’i sadece isteyen portlara iletmesi (ve orkestrasyon/IS-06’nın kimin hangi flow’u alacağını kontrol etmesi) için gerekli.

1
2
3
4
5
6

ip igmp snooping
ip igmp snooping querier
ip igmp snooping version 3
vlan configuration 100,101
 ip igmp snooping
 ip igmp snooping querier

7.6 QoS: Sınıf Haritaları ve Policy

DSCP’yi kuyruklara eşleyip PTP ve medyaya öncelik:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

class-map match-any PTP
 match ip dscp 46
class-map match-any VIDEO
 match ip dscp 34
class-map match-any AUDIO
 match ip dscp 26
class-map match-any ANC
 match ip dscp 18

policy-map MEDIA-POLICY
 class PTP
   priority level 1 percent 1
 class VIDEO
   priority level 2 percent 70
 class AUDIO
   bandwidth percent 15
 class ANC
   bandwidth percent 5
 class class-default
   bandwidth percent 9

Cihaz ve uplink portlarına uygulama:

1
2
3
4
5
6
7
8

interface TenGigabitEthernet1/0/1
 description CAMERA-1
 switchport mode trunk
 switchport trunk allowed vlan 2,100,101,200
 mls qos trust dscp
 service-policy output MEDIA-POLICY
 ptp enable
 no shutdown

7.7 Core’a Trunk

1
2
3
4
5
6
7
8

interface TenGigabitEthernet1/0/23
 description TO-CORE-1
 switchport mode trunk
 switchport trunk allowed vlan 2,100,101,200
 mls qos trust dscp
 service-policy output MEDIA-POLICY
 ptp enable
 no shutdown

Böylece tek bir tutarlı switch yapısı elde edilir: VLAN 2 (PTP), 100 (medya), 200 (kontrol); QoS; IGMP snooping; tüm medya/PTP portlarında PTP.

8. Uçtan Uca Akış: Bir Kanal Kaynaktan Hedefe

8.1 Senaryo

• Kaynak: Kamera 1 → bir 2110-20 (video), bir 2110-30 (ses), bir 2110-40 (ANC).
• Hedef: Monitör duvarı Kamera 1’e (video + ses + ANC) abone.
• Orkestrasyon: Controller IS-05 bağlantısını oluşturmuş ve IS-06 flow ile monitörün switch portuna üç multicast grubunun iletilmesini sağlamış.

8.2 Akış Diyagramı

8.3 Uçtan Uca Bileşen Özeti

9. Özet Kontrol Listesi

ST 2110 televizyon kampüsü için tasarım kontrol listesi:

Bunlarla tek bir uçtan uca ST 2110 kampüsü elde edersiniz: zamanlama (PTP), medya (video/ses/ANC), switch yapısı ve konfigürasyonu, orkestrasyon; hepsi hizalı ve üretim için hazır.

10. Sık Görülen Sorunlar ve Hızlı Kontroller