Erfahren Sie, warum UDP den optimierten GigE-Vision-Ansatz gegenüber RDMA und TCP darstellt

Die Bildsensortechnologien wurden kontinuierlich weiterentwickelt und bieten höhere Auflösungen und schnellere Geschwindigkeiten, was wiederum neue Möglichkeiten für schafft Bildverarbeitung und Bildgebung. Allerdings bringen diese Fortschritte auch Herausforderungen mit sich, insbesondere bei der zuverlässigen Datenübertragung. Eine der größten Herausforderungen ist die Notwendigkeit, Daten über große Entfernungen zu übertragen und dabei eine geringe Latenzzeit beizubehalten und den Jitter zu kontrollieren. Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist entscheidend für den Erfolg bei anspruchsvollen Bildgebungsanwendungen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, haben viele Hersteller erhebliche Investitionen in eine leistungsstarke Datenübertragung mithilfe von Ethernet getätigt, einer skalierbaren Technologie, die die Grundlage dafür bildet GigE-Vision, der führenden Kameraschnittstellentechnologie in der Bildverarbeitungsbranche. GigE Vision basiert auf leicht verfügbaren Kabeln, Switches und Netzwerkschnittstellenkarten (NICs). Darüber hinaus wird es von den wichtigsten Computer-Betriebssystemen wie Windows, Linux und anderen unterstützt.

Holen Sie das Beste aus GigE Vision heraus

Die Association for Advancing Automation (A3) hat den GigE Vision-Standard im Jahr 2006 offiziell genehmigt. Er basiert auf dem User Datagram Protocol (UDP) über Ethernet, um eine zuverlässige Datenübermittlung mit geringer Latenz zu ermöglichen. Da die Datenraten jedoch gestiegen sind, stehen einige Hersteller vor der Herausforderung, mit GigE Vision eine optimale Leistung zu erzielen, insbesondere wenn die Datenraten 10 Gbit/s oder mehr erreichen. Alternative Protokolle wie Transmission Control Protocol (TCP) oder Remote Direct Memory Access (RDMA) und RDMA over Converged Ethernet (RoCE) wurden untersucht, um diese Schwierigkeiten anzugehen.

Beim GigE Vision-Standard erfolgt die Datenübertragung mithilfe des GigE Vision Streaming Protocol (GVSP) über UDP. Jeder Frame besteht aus einem Leader-Paket, mehreren Bildpaketen (Nutzdaten) und einem Trailer-Paket. Der Hochgeschwindigkeits-GigE-Kamera überträgt diese Pakete, während der Empfänger (der PC) dafür verantwortlich ist, die Daten in den/die entsprechenden Zielpuffer(n) zu platzieren. Dieser nicht verbundene Protokollansatz eliminiert unnötigen Netzwerk-Overhead und führt zu einer optimalen Netzwerkleistung. Da UDP keine Datenübermittlung garantiert, ist es wichtig, dass der Empfänger richtig konzipiert und konfiguriert ist, um Daten- oder Paketverluste zu verhindern. Bei richtiger Konfiguration gewährleistet dieses Setup jedoch maximale Leistung, minimale Latenz und reduzierten Jitter.

Allerdings bieten nicht alle Implementierungen das gleiche Leistungsniveau. Einige Hersteller verwenden eine GigE Vision-Implementierung, die auf einer softwarebasierten Header-Aufteilung basiert, um die Header aus GVSP-Paketen zu entfernen und die Bilddaten in einem kontinuierlichen Speicherpuffer zu speichern. Obwohl dieser Ansatz technisch konform ist, wirkt er sich erheblich auf die Leistung aus, indem er die CPU-Auslastung und den Speicherverbrauch verdreifacht. Eine so schlechte Designwahl für den Empfänger führt zu Ineffizienzen, die sich stark auf die Systemkosten und die Leistung auswirken und häufig die Fähigkeiten von 1GigE einschränken 10GigE Geräte und macht es unmöglich, Geschwindigkeiten von 25GigE oder 100GigE zu erreichen. Die technischen Schwierigkeiten, die mit der Implementierung einer optimierten GigE Vision-Lösung, einschließlich eines optimierten Empfängers, verbunden sind, haben einige Hersteller dazu veranlasst, alternative Methoden für komplexe Bildgebungstechniken vorzuschlagen, die nicht auf Ethernet basieren.

Vergleich von UDP, TCP, RDMA und RoCE für GigE Vision

Eine vorgeschlagene Ergänzung zum GigE Vision-Standard ist die Einbeziehung von TCP, was nach Ansicht einiger die Notwendigkeit, Header-Splitting zu entwerfen und zu verwalten, verringern könnte. Während die Übernahme eines TCP-Ansatzes den Entwurfsprozess vereinfachen könnte, sind seine Leistungsvorteile gegenüber UDP begrenzt. Obwohl TCP nicht als Streaming-Protokoll fungiert, bietet es Funktionen wie das erneute Senden von Daten und die Flusskontrolle, um eine zuverlässige Datenübertragung sicherzustellen. Diese Vorteile gehen jedoch zu Lasten der Gesamtsystemleistung. Als verbundenes Protokoll führt TCP zu zusätzlichem Overhead, einschließlich einer erhöhten Speichernutzung. Darüber hinaus ist TCP auf Datenkopien angewiesen, wodurch die Vorteile eines Zero-Copy-Designs zunichte gemacht werden. Darüber hinaus eliminiert TCP als Punkt-zu-Punkt-Technologie die herkömmlichen Vorteile von GigE Vision wie Multicasting oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragung. Es ist erwähnenswert, dass TCP-basierte Implementierungen proprietär bleiben, bis sie ratifiziert werden, sofern und wann dies geschieht.

Ein weiterer Vorschlag, der kürzlich aufgetaucht ist, ist RDMA und RoCE. Ähnlich wie UDP bieten RDMA und RoCE eine Null-Kopier-Leistung für den Bildpuffer und erfordern keine Header-Aufteilung. Allerdings sind RDMA und RoCE wie TCP verbundene Protokolle, die erneute Sendungen und Flusskontrolle unterstützen, was zu einem Overhead für das System führt und sich auf die Gesamtleistung, Latenz und Jitter auswirkt. Darüber hinaus unterliegen RDMA und RoCE denselben Einschränkungen wie Punkt-zu-Punkt-Technologien. Ähnlich wie das Zero-Copy-TCP-Protokoll bleiben RDMA und RoCE bis zu ihrer Ratifizierung proprietär.

Bei korrekter Implementierung bleibt ein optimierter UDP-Ansatz für GigE Vision die beste Wahl, um eine niedrige Latenz und eine zuverlässige Datenübermittlung über Ethernet zu erreichen, selbst bei Geschwindigkeiten von 10, 25 und 100 Gbit/s. Emergent Vision Technologies verfügt in dieser Hinsicht über eine nachgewiesene Erfolgsbilanz mit über 10 Jahren Erfahrung in der Schifffahrt 10GigE-Kameras, über 5 Jahre Erfahrung in der Schifffahrt 25GigE-Kamerasund über 2 Jahre Erfahrung im Versand von 100GigE-Kameras, alles ohne Datenverlust.

Für ein umfassenderes Verständnis der wahren Vorteile von ein optimierter GigE Vision-Ansatz mit UDP, TCP und RDMA für GigE Vision-KamerasWir laden Sie ein, unseren ausführlichen Leitfaden zu erkunden. Wenn Sie Fragen oder Anmerkungen haben oder mit einem unserer technischen Experten sprechen möchten, wenden Sie sich bitte an uns. Bitte zögern Sie nicht, uns noch heute zu kontaktieren.