Descubra por qué UDP representa el enfoque optimizado de GigE Vision sobre RDMA y TCP
Los avances en las tecnologías de sensores de imagen han sido continuos, ofreciendo resoluciones más altas y velocidades más rápidas, lo que a su vez crea nuevas posibilidades para máquina vision e imagen. Sin embargo, estos avances también presentan desafíos, particularmente en la transmisión confiable de datos. Uno de los desafíos clave es la necesidad de transmitir datos a largas distancias manteniendo una latencia baja y controlando la fluctuación de fase. Superar estos desafíos es crucial para lograr el éxito en aplicaciones de imágenes exigentes.
Para hacer frente a estos desafíos, muchos fabricantes han realizado importantes inversiones en la transmisión de datos de alto rendimiento mediante Ethernet, una tecnología escalable que forma la base para GigE Vision, la tecnología de interfaz de cámara líder en la industria de la visión artificial. GigE Vision se basa en cableado, conmutadores y tarjetas de interfaz de red (NIC) fácilmente disponibles. Además, disfruta del soporte de los principales sistemas operativos de computadora como Windows, Linux y otros.
Aproveche al máximo GigE Vision
La Asociación para el Avance de la Automatización (A3) aprobó oficialmente el estándar GigE Vision en 2006. Depende del Protocolo de datagramas de usuario (UDP) a través de Ethernet para permitir una entrega de datos confiable y de baja latencia. Sin embargo, a medida que aumentaron las velocidades de datos, algunos fabricantes se enfrentaron a desafíos para lograr un rendimiento óptimo con GigE Vision, especialmente cuando las velocidades de datos alcanzan los 10 Gbps o más. Se han explorado protocolos alternativos como el Protocolo de control de transmisión (TCP) o el acceso directo a memoria remota (RDMA) y RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) para abordar estas dificultades.
Según el estándar GigE Vision, la transmisión de datos se realiza mediante el protocolo de transmisión GigE Vision (GVSP) sobre UDP. Cada trama consta de un paquete líder, paquetes de imágenes múltiples (carga útil) y un paquete de cola. El cámara GigE de alta velocidad transmite estos paquetes, mientras que el receptor (la PC) es responsable de colocar los datos en los búferes de destino apropiados. Este enfoque de protocolo no conectado elimina la sobrecarga innecesaria de la red, lo que da como resultado un rendimiento óptimo de la red. Dado que UDP no garantiza la entrega de datos, es fundamental que el receptor esté diseñado y configurado correctamente para evitar la pérdida de datos o paquetes. Sin embargo, cuando se configura correctamente, esta configuración garantiza el máximo rendimiento, la latencia mínima y la inestabilidad reducida.
picture1
Figura 1: La ruta de datos de una implementación convencional de GigE Vision + GVSP no está optimizada para el rendimiento cuando las tasas de datos se acercan a 10 Gbps o más.
Sin embargo, no todas las implementaciones ofrecen el mismo nivel de rendimiento. Algunos fabricantes emplean una implementación de GigE Vision que se basa en la división de encabezados basada en software para eliminar los encabezados de los paquetes GVSP y almacenar los datos de imagen en un búfer de memoria continuo. Aunque técnicamente cumple, este enfoque afecta significativamente el rendimiento al triplicar el uso de la CPU y el consumo de memoria. Una elección de diseño tan deficiente para el receptor introduce ineficiencias que afectan en gran medida los costos y el rendimiento del sistema, lo que a menudo limita las capacidades de 1GigE y 10GigE dispositivos y haciendo imposible alcanzar velocidades de 25GigE o 100GigE. Las dificultades técnicas asociadas con la implementación de una solución GigE Vision optimizada, incluido un receptor optimizado, han llevado a algunos fabricantes a proponer métodos alternativos para técnicas de imagen complejas que no dependen de Ethernet.
Comparación de UDP, TCP, RDMA y RoCE para GigE Vision
Una adición sugerida al estándar GigE Vision es la inclusión de TCP, que algunos argumentan podría aliviar la necesidad de diseñar y administrar la división de encabezados. Si bien la adopción de un enfoque TCP puede simplificar el proceso de diseño, sus beneficios de rendimiento sobre UDP son limitados. Aunque TCP no funciona como un protocolo de transmisión, proporciona funciones como el reenvío de datos y el control de flujo, lo que garantiza una transmisión de datos confiable. Sin embargo, estas ventajas se obtienen a expensas del rendimiento general del sistema. Como protocolo conectado, TCP presenta una sobrecarga adicional, incluido un mayor uso de memoria. Además, TCP se basa en copias de datos, anulando las ventajas de un diseño de copia cero. Además, como tecnología punto a punto, TCP elimina los beneficios tradicionales de GigE Vision, como la multidifusión o la transmisión punto a multipunto. Vale la pena señalar que las implementaciones basadas en TCP seguirán siendo propietarias hasta que sean ratificadas, siempre y cuando eso ocurra.
picture2
Figura 2: La ruta de datos en una implementación UDP optimizada de GigE Vision logra una entrega de datos confiable y de baja latencia a través de Ethernet, incluso a velocidades de 10, 25 y 100 Gbps.
Otra propuesta que ha surgido recientemente es RDMA y RoCE. Al igual que UDP, RDMA y RoCE ofrecen rendimiento de copia cero para el búfer de imagen y no requieren división de encabezado. Sin embargo, al igual que TCP, RDMA y RoCE son protocolos conectados que admiten reenvíos y control de flujo, lo que introduce una sobrecarga en el sistema y afecta el rendimiento general, la latencia y la inestabilidad. Además, RDMA y RoCE comparten las mismas limitaciones que las tecnologías punto a punto. Al igual que el protocolo TCP de copia cero, RDMA y RoCE seguirán siendo propietarios hasta que sean ratificados.
Cuando se implementa correctamente, un enfoque UDP optimizado para GigE Vision sigue siendo la mejor opción para lograr una entrega de datos confiable y de baja latencia a través de Ethernet, incluso a velocidades de 10, 25 y 100 Gbps. Emergent Vision Technologies tiene un historial comprobado en este sentido, con más de 10 años de experiencia en envíos. cámaras 10GigE, más de 5 años de experiencia en envíos cámaras 25GigE, y más de 2 años de experiencia en el envío de cámaras 100GigE, todo sin pérdida de datos.
Para una comprensión más completa de las verdaderas ventajas de un enfoque optimizado de GigE Vision usando UDP, TCP y RDMA para cámaras GigE Vision, lo invitamos a explorar nuestra guía detallada. Si tiene alguna pregunta, comentario o desea hablar con uno de nuestros expertos técnicos, por favor no dude en contactarnos hoy.
