UDP が RDMA および TCP よりも最適化された GigE ビジョン アプローチである理由を学ぶ

イメージ センサー テクノロジーは継続的に進歩しており、より高い解像度とより高速な速度が提供され、それが マシンビジョン とイメージングの新たな可能性を生み出しています。 ただし、これらの進歩は、特に信頼性の高いデータ送信において課題ももたらします。 重要な課題の 1 つは、低遅延を維持し、ジッターを制御しながら、長距離にわたってデータを送信する必要があることです。 これらの課題を克服することは、要求の厳しいイメージング アプリケーションで成功を収めるために非常に重要です。

これらの課題に対処するために、多くのメーカーはイーサネットを使用した高性能データ伝送に多大な投資を行っています。イーサネットは、マシン ビジョン業界の主要なカメラ インターフェイス テクノロジである GigE Vision の基盤を形成するスケーラブルなテクノロジです。 GigE Vision は、すぐに利用できるケーブル、スイッチ、およびネットワーク インターフェイス カード (NIC) に依存しています。 さらに、Windows、Linux などの主要なコンピュータ オペレーティング システムからもサポートされています。

GigE ビジョンを最大限に活用する

Association for Advancing Automation (A3) は、2006 年に GigE Vision 標準を正式に承認しました。この標準は、信頼性の高い低遅延のデータ配信を可能にするイーサネット上のユーザー データグラム プロトコル (UDP) に依存しています。 ただし、データ レートが増加するにつれて、特にデータ レートが 10 Gbps 以上に達した場合、一部のメーカーは GigE Vision で最適なパフォーマンスを達成する際に課題に直面しています。 これらの問題に対処するために、伝送制御プロトコル (TCP) やリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、RDMA over Converged Ethernet (RoCE) などの代替プロトコルが検討されてきました。

GigE Vision 標準では、データ送信は UDP 上の GigE Vision Streaming Protocol (GVSP) を使用して行われます。 各フレームは、リーダー パケット、複数の画像 (ペイロード) パケット、およびトレーラー パケットで構成されます。 高速GigEカメラ はこれらのパケットを送信し、受信側 (PC) はデータを適切な宛先バッファーに配置します。 この非接続プロトコルのアプローチにより、不必要なネットワーク オーバーヘッドが排除され、最適なネットワーク パフォーマンスが得られます。 UDP はデータ配信を保証しないため、データやパケットの損失を防ぐために受信機を適切に設計および構成することが重要です。 ただし、正しく構成されていれば、このセットアップにより最大のパフォーマンス、最小の遅延、およびジッターの低減が保証されます。

ただし、すべての実装が同じレベルのパフォーマンスを提供するわけではありません。 一部のメーカーは、ソフトウェア ベースのヘッダー分割に依存して GVSP パケットからヘッダーを削除し、画像データを連続メモリ バッファーに保存する GigE Vision 実装を採用しています。 このアプローチは技術的には準拠していますが、CPU 使用率とメモリ消費量が 3 倍になるため、パフォーマンスに大きな影響を与えます。 受信機のこのような不適切な設計選択は、システムのコストとパフォーマンスに大きな影響を与える非効率をもたらし、多くの場合、1GigE および 10GigE デバイスの機能を制限し、25GigE または 100GigE の速度を達成できなくなります。 最適化された受信機を含む、最適化された GigE Vision ソリューションの実装に伴う技術的な問題により、一部のメーカーは、イーサネットに依存しない複雑なイメージング技術の代替方法を提案するようになりました。

GigE ビジョンの UDP、TCP、RDMA、および RoCE の比較

GigE Vision 標準への追加提案の XNUMXつは、TCP を含めることです。これにより、ヘッダー分割の設計と管理の必要性が軽減される可能性があると主張する人もいます。 TCP アプローチを採用すると設計プロセスが簡素化される可能性がありますが、UDP に比べてパフォーマンス上の利点は限られています。 TCP はストリーミング プロトコルとしては機能しませんが、データの再送信やフロー制御などの機能を提供し、信頼性の高いデータ送信を保証します。 ただし、これらの利点は、システム全体のパフォーマンスを犠牲にして得られます。 TCP は接続プロトコルとして、メモリ使用量の増加など、追加のオーバーヘッドをもたらします。 さらに、TCP はデータ コピーに依存しているため、ゼロコピー設計の利点が無効になります。 さらに、TCP はポイントツーポイント テクノロジとして、マルチキャストやポイントツーマルチポイント伝送などの従来の GigE Vision の利点を排除します。 TCP ベースの実装は、仮に批准されることになった場合でも、批准されるまでは独自仕様のままであることは注目に値します。

最近登場したもう XNUMX つの提案は、RDMA と RoCE です。 UDP と同様に、RDMA および RoCE は画像バッファーにゼロコピー パフォーマンスを提供し、ヘッダー分割を必要としません。 ただし、TCP と同様、RDMA および RoCE は再送信とフロー制御をサポートする接続プロトコルであり、システムにオーバーヘッドをもたらし、全体的なパフォーマンス、遅延、ジッターに影響を与えます。 さらに、RDMA と RoCE には、ポイントツーポイント テクノロジーと同じ制限があります。 ゼロコピー TCP プロトコルと同様に、RDMA と RoCE は承認されるまで独自仕様です。

正しく実装されれば、GigE Vision 用に最適化された UDP アプローチは、10、25、100 Gbps の速度であっても、イーサネット経由で低遅延で信頼性の高いデータ配信を実現するための最良の選択肢となります。 Emergent Vision Technologies は、この点で 10 年以上の出荷経験を持つ確かな実績を持っています。 10GigE カメラ、5年以上の配送経験 25GigE カメラ、2GigE カメラの出荷における 100 年以上の経験があり、すべてデータ損失はありません。

GigE Vision カメラ向けに UDP、TCP、RDMA を使用した最適化された GigE Vision アプローチ の真の利点をより包括的に理解するには、詳細なガイドを参照することをお勧めします。 ご質問、ご意見がある場合、または当社の技術専門家と話したい場合は、 今すぐお気軽にお問い合わせください。