25057_KHM_Aula_LP5_LHN_01.pdf

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Lastenheft

AV-Netzwerk

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Projekt:

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ..................................................................................................................................................... 2

2 Abkürzungen ............................................................................................................................................... 2

3 Zielsetzung .................................................................................................................................................. 2

4 Anforderungen ............................................................................................................................................. 3

4.1 VLANs ................................................................................................................................................ 3

4.2 VLAN Routing ..................................................................................................................................... 3

4.3 Topologie ............................................................................................................................................ 4

4.4 Netzwerkadressen .............................................................................................................................. 4

4.5 Eduroam WLAN und BYOD - Hubs ..................................................................................................... 5

4.6 Internet - Zugang ................................................................................................................................ 6

4.7 Multicast Netzwerk .............................................................................................................................. 6

4.8 Dante Netzwerkanforderungen ............................................................................................................ 7

4.9 QSYS Netzwerkanforderungen ............................................................................................................ 7

4.10 Power over Ethernet, PoE ................................................................................................................... 8

4.11 Sicherheit ............................................................................................................................................ 8

4.12 Verkabelung ........................................................................................................................................ 8

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Projekt:

1 Einleitung

Dieses Dokument beschreibt die grundsätzlichen Anforderungen der AV-Kommunikationstechnik an das Netzwerk.

Die wesentlichen AV-Medientechnik Komponenten in diesem Projekt werden für die Steuerung, Überwachung und die Bild- und Ton-Signalübertragung mittels TCP/IP-basierter Netzwerktechnik (AVoIP) miteinander verbunden.

Diese Komponenten sind z.B. Display, Projektoren, Kameras, Videoprozessoren, Audiokomponenten, Audioprozessoren, Audiointerfaces, Steuerungsprozessoren, Signalübertragungsmodule, Signalumschalter.

Die Vernetzung dieser Komponenten erfolgt mit bauseits zur Verfügung gestellten Netzwerkkomponenten und bauseitiger Netzwerkinfrastruktur. Die verschiedenen Signalarten (Steuerungssignale, Bild- und Ton-Signale) werden in logisch segmentierte virtuelle Netzwerkbereiche (VLANs) aufgeteilt.

Das AV-Netzwerk basiert auf einer 1 GBit und 10GBit Netzwerkstruktur.

2 Abkürzungen

3 Zielsetzung

Es soll eine zukunftssichere und skalierbare audiovisuelle Kommunikationsausstattung geschaffen werden. Aus diesem Grund ist ein vernetztes System vorgesehen.

Die Vernetzung soll folgende Aufgaben erfüllen:

• Sicherstellung einer hohen Anlagenverfügbarkeit • Zentrale Unterstützung des Benutzers durch den technischen Support • Modulare Erweiterbarkeit der Anlagen • Ton- und Bild- Übertragung zwischen Räumen, Gebäuden und Standorten • Nutzung der vorhandenen Infrastruktur • Kosteneffizienz

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Projekt:

4 Anforderungen

4.1 VLANs

Grundsätzlich werden alle Geräte der AV-Medientechnik in einer LAN-Infrastruktur getrennt in voraussichtlich 3 VLANs pro Campus, bzw. Gebäude integriert. In diesem Projekt sind keine Digital Signage Komponenten geplant. Im Leistungsverzeichnis ist die Dienstleistung der -IT Abstimmung- formuliert. Bei diesen Abstimmungen werden die endgültigen Anforderungen und die Datenschutzeinrichtungen abgestimmt.

Es sind folgende drei VLANs zu konfigurieren:

4.2 VLAN Routing

Die Netzwerkswitches sind so durch den AG zu konfigurieren, dass die VLAN Zuweisung für jeden Port erfolgt („portbasierte VLANs“). Zwischen den VLANs muss ein Routing stattfinden können, sodass die Netzwerkkomponenten in den verschiedenen VLANS über die Grenzen des VLANS hinweg gezielt kommunizieren können. Das notwendige Routing ist durch den AG zu konfigurieren. Detaillierte Routingvorgaben werden vom

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Projekt:

Systemintegrator im Rahmen der Werksplanung zur Verfügung gestellt, nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über das Routing:

Die VLANs sind in jedem Projekt zu prüfen und hängen von der vorhandenen Struktur des Netzwerkes, der AV- Technik und der gewünschten Signalverteilung ab.

4.3 Topologie

Die nachfolgende Darstellung zeigt eine beispielhafte Topologie des Netzwerks, bestehend aus Access Switches in den Etagenverteilern, Core Switch in der Technikzentrale und Schnittstellen wie Internet-Zugang und dem Eduroam Netzwerk. Die projektspezifische Topologie ist im weiteren Planungsverlauf mit den Projektbeteiligten abzustimmen.

Die Topologie des AV-Streamings ist stark vom jeweiligen Projekt und der Anwendung abhängig.

4.4 Netzwerkadressen

Die einzelnen Komponenten der AV-Medientechnik werden mit vorgegebenen Netzwerkadressen konfiguriert. Der Adressraum wird durch den AG vorgegeben. Mit diesen Daten erstellt der AN eine IP-Adressliste, in der folgende Informationen für jede Komponente übersichtlich dargestellt werden:

• Name, Hersteller, Typ • Raum (Standort) • IP-Adresse (gemäß Adressraum-Vorgabe des AG)

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Projekt:

• VLAN – Zuordnung (VLAN Zuweisung in dieser Tabelle erfolgt durch AN) • MAC-Adresse • Unicast- oder Multicast-

Die IP-Adressliste wird als offene Tabelle (oder kompatibel) erstellt, sie wird vom AN während der Bauzeit, falls erforderlich, aktualisiert und anschließend in die Dokumentation überführt.

Es wird ein DHCP – Adressraum für jedes VLAN für Austauschgeräte oder Servicezwecke benötigt.

Folgende Spezifikationen sind zu beachten:

• Jeder AVoIP-Transmitter benötigt 2 Multicast-Adressen (herstellerspezifisch) • Jeder AVoIP-Transmitter benötigt eine Unicast-Adresse für das Steuerungsmanagement • Jeder AVoIP-Transmitter mit Dante-Funktion benötigt eine Unicast-Adresse für das Audiomanagement • Jede Steuerungskomponente und alle zu steuernde Geräte benötigen je eine Unicast-Adresse für das Steuerungsmanagement • Multicast-Bereich für AV-Komponenten: 239.112.x.x – 239.127.x.x • Reservierung der -General Dante Ports- gemäß Vorgaben Audinate

Der Adressraum und die Detailplanung ist im Rahmen der weiteren Planung mit dem Auftraggeber und dem Fachplaner abzustimmen.

4.5 Eduroam WLAN und BYOD - Hubs

In diesem Projekt werden BYOD-Hubs eingesetzt. Diese Komponenten empfangen Audio- und Videosignale von mobilen, drahtlosen Geräten wie Smartphones oder Laptops über WLAN / und geben diese dann über eine AV- Schnittstelle an einen Projektor / Display aus. Für das Airplay und das Chromacast Protokoll ist die Verwendung von Eduroam entscheidend. Das drahtlose Gerät ist im Eduroam – WLAN der Hochschule verbunden, erhält darüber Internetzugang und auch die Möglichkeit, per WLAN auf den BYOD Hub zu Streamen. Die nachfolgende Abbildung stellt die Anbindung eines BYOD Hubs an das Netzwerk dar. Im Rahmen der weiteren Planung ist hier die Schnittstelle mit der IT des Auftraggebers und dem Fachplaner abzustimmen.

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Projekt:

4.6 Internet - Zugang

Für eine schnelle Reaktionszeit im Service-Fall ist ein durch den AG steuerbarer externer Zugriff auf die Steuerungssysteme, bzw. das Monitoring- Support- und Management- System vorgesehen.

Die Steuerungssysteme benötigen zur Zeitsynchronisierung einen permanenten Internetzugang oder Zugriff auf einen durch den AG gestellten Zeitserver.

Die BYOD Systeme und das Digital Signage System benötigen einen dauerhaften Zugang zum Internet, da diese Komponenten Inhalte aus dem Internet darstellen, z.B. Webseiten, RSS-Feeds oder Videos.

4.7 Multicast Netzwerk

Die AV- Streaming Komponenten benötigen ein Multicast Netzwerk, da sie über das Netzwerk in Echtzeit AV- Signale übertragen. Die nachfolgende Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau:

Das Multicast Netzwerk muss folgende Eigenschaften erfüllen:

• IGMPv2 • IGMP Snooping • IGMP v2 Querier • IGMP Fast-Leave (für schnelle Quellenumschaltung) • Non-Blocking Switches • VLAN Tagging

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Projekt:

Innerhalb des VLANs AV Streaming wird ein Switch zum IGMP Snooping Querier konfiguriert. Dieser Switch verwaltet fortan alle im Netzwerk vorhandenen Streams. Die Verortung des IGMP Snooping Querier ist aufgrund der Bandbreite wichtig.

Der Aufbau der AV-Netzwerk-Topologie ist mit dem AG und dem Fachplaner im Rahmen der Netzwerkplanung zu detaillieren.

Folgende Topologie ist vorgesehen:

• AV-Netzwerk Switch je Raum • AV IGMP v2 Querier je Gebäude • PIM (Protocol Independent Multicast) Routing zwischen Gebäudeswitchen

4.8 Dante Netzwerkanforderungen

Dante bedeutet „Digital Audio Network Through Ethernet“ und ist eines der am weitesten verbreiteten digitalen Audionetzwerke.

Dante ist eine Kombination aus Hardware, Software und einem Netzwerkprotokoll, die erlaubt, mehrere Kanäle unkomprimierter digitaler Audiosignale mit geringer Latenzzeit über ein Netzwerkkabel zu übertragen.

Grundsätzlich verhalten sich Dante Komponenten wie normale Netzwerkkomponenten und nutzen dabei die gängigen IT-Standards. Im Folgenden werden die wichtigen Eigenschaften und Anforderungen erläutert.

Sofern vorhanden, nutzen Dante Komponenten DHCP für die IP-Adressierung. Die meisten Dante Geräte erlauben das Setzen einer statischen IP-Adresse.

• QoS ist nur in 100Mbps-Netzwerken erforderlich. • Dante nutzt UDP für die Audio Distribution (unicast und multicast) • Die Bandbreite für einen typischen „unicast-audio-flow“ beträgt 6 Mbps. • Multicast Dante Audio ist immer an UDP Port 4321. Multicast AES67 Audio ist an Port 5004. • Unicast Audio Ports befinden sich in der Reichweite von 14336 – 14600. • Dante Komponenten unterstützen Senden und Empfangen von Dante Multicast und nutzen dabei den Adressbereich 239.255/16 an Port 4321. • Precision Time Protocol (PTP) wird für Synchronisierung verwendet. • Energy Efficient Ethernet (EEE) oder „Green Ethernet“ muss deaktiviert sein.

4.9 QSYS Netzwerkanforderungen

Q-SYS erweitert die Möglichkeiten der Q-LAN Protokoll-Suite zur Verteilung von Audio- und Videodaten sowie zu Geräteerkennung, Synchronisierung, Steuerung und Management. Q-LAN ist eine Sammlung offener IT- Standardprotokolle und -lösungen, die eine einfache Integration von Q-SYS in moderne IT-Netzwerke ermöglichen. Gleichermaßen für den Stand-alone-Betrieb oder konvergente IT-Netzwerke geeignet, nutzt Q-LAN die Leistungsfähigkeit moderner Netzwerk-Switches zur Echtzeit-Verteilung und Synchronisierung von Mediendaten über alle angeschlossenen Q-SYS Geräte.

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Projekt:

Bei der Systeminstallation kann es erforderlich sein, die Leistung von Netzwerk-Switches für die Verwendung mit Q-SYS zu optimieren, indem die QoS und weitere Management-Funktionen für die Echtzeit-Mediendatenverteilung konfiguriert werden. Im Folgenden werden die wichtigen Eigenschaften und Anforderungen erläutert:

• Die erforderliche Bandbreite beträgt mindestens 1 Gbps mit non-blocking Architektur • QoS: muss DiffServ (DSCP) packet classification ermöglichen • Priority Traffic: mindestens zwei “high-priority traffic classes” • Egress Queues: mindestens vier “egress queues” pro Port • Egress Buffering: Jeder Switchport muss mindestens 40kB egress buffering Speicher besitzen • Strict Priority Queuing: Unterstützung von „Strict Priority queuing” (SP) • IGMP Snooping: Unterstützung von IGMPv2 snooping • IGMPv2 Querier • Q-SYS benutzt IEEE-1588-2008 PTPv2 Protokoll

4.10 Power over Ethernet, PoE

Die Spannungsversorgung von Komponenten über das Netzwerk soll so weit wie möglich genutzt werden. Insbesondere Schwenk-Neige-Kameras, Touchpanels und Tastenfelder und AV- Encoder/ Decoder werden – sofern möglich – per PoE mit Spannung versorgt. Grundsätzlich sind folgende PoE Spezifikation in diesem Projekt möglich:

• IEEE 802.3af-2003 – PoE à 15,4 W • IEEE 802.3af-2009 – PoE+ à 25,5 W

Die genaue Anzahl der benötigten Leistungen pro Netzwerkswitch werden im Rahmen der Werks- und Montageplanung durch den Errichter festgelegt. Die PoE Leistungsfähigkeit der Switches („PoE Budget“) ist mit 25% Reserve zu dimensionieren.

4.11 Sicherheit

Alle AV Komponenten in diesem Projekt kommunizieren verschlüsselt. Zusätzlich kann der Zugang zum Netzwerk mit der portbasierten Geräteauthorisierung gemäß IEE 802.1x gesichert werden. Dies ist mit dem AG abzustimmen. Bei allen Komponenten der AV-Technik sind die Zugriffsbeschränkungen zu aktivieren und mit abgestimmten einsetzbaren Passworten zu sichern. Standard Passworte der Hersteller sind nicht zulässig.

4.12 Verkabelung

Die Netzwerkverkabelung wird durch ein Elektrotechnik-Dienstleister installiert, gemessen und dokumentiert. Die Vorgaben, welche Ports an welchen Positionen in den Räumen und den Etagennetzwerkverteiler benötigt werden, erfolgt durch den Fachplaner im Rahmen der Entwurfs- und Ausführungsplanung mit Grundrissen sowie Strangschemata / Kabelzuglisten. Die Netzwerkverkabelung ist gemäß diesen Mindestanforderungen zu errichten:

Kupfer

• Verlegeleitung, starr, gemäß KAT 7A, S/FTP, AWG22, Bandbreite mindestens 1500 MHz • RJ45 Buchse gemäß KAT 6A, Metallgehäuse • Patchfeld mit KAT6A Buchsen, mit angeschlossenem Potentialausgleich

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Projekt:

• Patchleitung, flexibel, gemäß KAT 7A Standard, S/FTP, AWG26, Bandbreite mindestens 1000 MHz

Lichtwellenleiter

• Verlegeleitung, Single Mode / Multi Mode je nach Anforderung projektbezogen • LC Steckverbindungen • Patchfeld mit LC Buchsen • Patchleitung, flexibel, gemäß OS2 / OM4Standard

Messungen

Die Messung von KAT-Leitungen bezieht sich auf die Einbindung folgender Komponenten / Schnittstellen und damit auf eine vollständige Betrachtung der Gesamtdämpfung im Signalweg: Rangierkabel - Rangierverteiler: Datenkabel: Datendose Verbindungskabel.

Alle KAT-Leitungen, die für die Medientechnik eingesetzt werden sollen, sind nach den Anforderungen aus Klasse E-A zu messen. Damit verbunden ist der erforderliche, qualitative Einsatz von Steckverbindungen der Kategorie KAT.6a sowie eine Kabelkategorie von mindestens KAT.6a oder besser, d.h. KAT.7 und KAT.7a.

Jedes Datenkabel ist mit einem Zeitbereichsreflektormeter z. B. Fluke/DSP-4100 mit einem Permanent Link Adapter oder gleichwertig auf Länge, Dämpfung, Übersprechen und sonstiger relevanter Parameter gemäß ISO/IEC 11801 DIN EN 50173/A1, DIN EN 50172/2nd zu erfassen.

Die Dämpfung der LWL Übertragungsstrecken ist nach ISO/IEC 14763-3, OTDR zu messen. Vor der Messung sind die Steckverbinder zu reinigen und visuell zu prüfen. Die Fasereigenschaften der Messkabel müssen, mit denen der zu messenden LWL-Strecke übereinstimmen. Die LWL-Strecken sind beidseitig zu messen. Bei Multimode- Strecken erfolgt die Messung im 1. und 2. und bei Singlemode-Strecken im 2. und 3. Fenster. (4 Messungen pro Faser) Bei einer Messung mit einem Dämpfungsmessgerät (LSPM Messung) ist der Abgleich des Messgerätes nach der 3-jumper Methode durchzuführen. Bei einer Messung mit einem OTDR ist mit einer Vor- und Nachlauffaser unterschiedlicher Länge zu messen. Länge der Vor- und Nachlauffaser: Multimode: 200 - 500 m Singlemode: 500

• 1000 m.

Die Messungen sind, einschließlich grafischer Darstellung der gemessenen Dämpfungswerte in elektronischer Form zu dokumentieren.

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