Вопреки широко распространенному мнению, приемлемое качество видеоконференций на базе технологии IP можно обеспечить, организовав их по спутниковым каналам связи.

Tехнологию IP при построении cетей видеоконференц-связи (ВКС) применяют (или правильнее сказать, применяли ранее) в целях уменьшения прямых или косвенных затрат на ее создание. Используемые для этого настольные системы на базе персональных компьютеров, как правило, никогда не имели высококачественных кодеков со сколько-нибудь значимой скоростью кодирования (обычно она не превышает 384 Кбит/с). Отчасти это связано с невысокими требованиями, предъявляемыми к передаче видео через сети IP, в которые системы ВКС встраивались по принципу «пусть будет», но как серьезный инструмент ведения бизнеса долго не воспринимались.

Проблема на самом деле была отнюдь не в отсутствии потребности в ВКС, а в неизохронной природе сетей IP — обеспечить необходимое качество сервиса в них гораздо сложнее, чем в сетях с коммутацией каналов. Некоторое время многих привлекала идея изохронных сетей IP (iso-Ethernet), нашедшая свое воплощение в рекомендациях H.322 в 1996 г. Это и неудивительно, ведь H.322 первоначально задумывалась как продолжение рекомендации для синхронных каналов связи H.320. Однако широкого распространения данная идея не получила, а выпускаемые сетевые карты iso-Ethernet так и не преодолели порог 10 Мбит/с. С появлением протоколов поддержки приложений реального времени в сетях IP и соответствующего оборудования у стандарта H.323 открылось второе дыхание. Гранды отрасли один за другим объявляли о планах его поддержки. Однако одно дело поддерживать соединение точка-точка между изделиями собственного производства, и совсем другое — наиболее широко распространенные системы плюс серверы групповых видеоконференций, включая такие сложные функции, как Continuous Presence и Chair Control. Американская компания VTEL, известный производитель оборудования ВКС, принадлежит к числу тех разработчиков, кто не только реализовал поддержку рекомендации H.323 в своих кабинетных системах, но и обеспечил совместимость с сетевым и терминальным оборудованием ВКС других поставщиков.

ОБЩАЯ СХЕМА ИСПЫТАНИЙ

Основная задача серии тестов заключалась в подборе параметров настройки для обеспечения высокого качества ВКС. Испытания проводились на оборудовании VTEL по спутниковым каналам связи с пропускной способностью от 512 до 2048 Кбит/с на базе технологии IP с обеспечением режима конфиденциальности. В качестве каналов связи использовались частотные ресурсы спутников «Ямал-100», IntelSat 703 и IntelSat 704.

Функциональная схема макета приведена на Рисунке 1. В качестве терминалов ВКС использовались системы Galaxy MT, Galaxy 755, Galaxy 2500. При увеличении числа участников сеанса ВКС добавлялись TC2000 и SmartStation 768IP. Для организаций многоточечных включений применялись разнотипные наземные каналы связи и видеосервер Encounter 3000 NetServer компании Ezenia!. Информационная безопасность обеспечивалась с помощью системы потоков шифрования IP в реальном масштабе времени «Тропа» компании Jet Infosystems.

При функционировании систем ВКС среда IP, как правило, не накладывает ограничений по пропускной способности для этого трафика, так как стандарты ITU-T не предусматривают скорости передачи свыше 768 Кбит/с, а производители выпускают оборудование с максимальной скоростью в линии 2 Мбит/с, что для сети Ethernet 10/100BaseT не критично. Единственную проблему составляет обеспечение качества сервиса в такой сети.

При использовании спутниковых каналов связи картина совсем иная, так как доступная пропускная способность крайне ограничена. Первоначально тесты проводились на канале в 2 Мбит/с с применением кодеков в терминале ВКС со скоростями 384, 512 и 1920 Кбит/с. Но при уменьшении пропускной способности и задании скорости кодека равной физической скорости канала поток данных приводил к перегрузкам в канале.

При работе по наземным каналам связи происходит «замирание» изображения на десятые доли секунды. При использовании спутникового канала оно может достигать 1 с — так как много времени требуется для распространения сигнала, определения корректности принятого пакета, передачи сигнала сброса удаленному кодеку и сброса локального. Это накладывает повышенные требования к достоверности передаваемого сигнала в канале, где соотношение сигнал/шум должно быть не хуже 1012 дБ.

Рисунок 2. Использование полосы пропускания канала связи H.323

В период передачи видеотрафика возникают и другие проблемы. Например, испорченный пакет пересылается еще раз, из-за чего происходит путаница, но такая ситуация имеет место только в случае самых простых кодеков. Для видеотрафика характерен переменный во времени объем, зависящий от интенсивности движения в кадре. Устройство VTEL Galaxy имеет высококачественный кодек, отслеживающий размеры вариации задержки (jitter), (значение Tc на Рисунке 2). Это позволяет при его превышении передавать удаленному кодеку команду сброса и гарантирует правильный порядок поступления кадров. Другую проблему составляют накладные расходы на передачу служебных данных в заголовках пакета IP.

НАКЛАДНЫЕ РАСХОДЫ

Передаваемый трафик ВКС в сети IP делится на три типа пакетов: аудио и видео, данные и управляющие пакеты. Количество управляющих пакетов невелико, поэтому ими можно пренебречь. Пакеты данных, согласно рекомендации Т.120, необходимы для согласованной работы абонентов с компьютерными приложениями. Для этого, например, подходит программное обеспечение NetMeeting или Cu-SeeMe. Такие пакеты могут передаваться как через специально выделенный порт данных, так и с помощью встроенных средств терминала ВКС. В случае оборудования Galaxy компании VTEL стандартно используются встроенные ресурсы терминала ВКС, но опционально может применяться внешний специализированный порт данных по типу RS-232. К передаче данных во время сеансов связи прибегают крайне нерегулярно, и трафик данных сильно зависит от аппаратно-программной реализации, поэтому в этой статье мы будем рассматривать проблему без учета трафика данных внутри сеанса ВКС. Кроме того, в сетях IP передача данных может осуществляться вне сеанса ВКС. При проведении тестов мы решили генерировать трафик ftp, причем он передается совместно с трафиком ВКС по тому же каналу связи. Таким способом имитировалась распространенная ситуация, когда по сети IP передаются разнородные данные.

Величина видеопакета никак не регламентирована рекомендацией H.323. Компания VTEL в своих решениях использует размер 700 байт. Для описываемых тестов был запрошен драйвер, с помощью которого размер видеопакетов удалось увеличить до 1400 байт. Однако эта процедура не дала сколько-нибудь значимых улучшений с точки зрения уменьшения среднего размера заголовков. В случае потери или искажения пакета результаты на спутниковом канале связи оказались хуже, чем при работе с видеопакетами длиной 700 байт.

Размер заголовка одинаков для любых типов пакетов, но наиболее ощутим его «удельный вес» в случае аудиопакетов, так как размеры и тех и других сопоставимы. Для оценки усредненной величины заголовков использовался трафик ftp. Зная объем файла и время, за которое он был передан, можно достаточно точно установить, какую часть пропускной способности канала занимает трафик ВКС. Причем ниже определенных значений (они указаны в таблице как значение «соединения нет») какой-либо трафик ftp не удавалось передавать вообще.

Теоретически размер заголовка пакета IP составляет 6-7% от трафика ВКС: видеопакет занимает 720 байт (700 сами данные, 20 — заголовок), аудиопакет — от 43 до 70 байт в зависимости от типа кодека (G.711/G.722/G.728). Размеры заголовков пакетов постоянны, а их относительный размер по отношению к полезной части пакета уменьшается при увеличении скорости передачи в канале связи. Практические значения оказались довольно близки к расчетным и, в зависимости от скорости передачи, составили от 4,5 до 7,5%. Аналогичная картина наблюдалась во время измерения занимаемой трафиком доли пропускной способности с учетом применения комплекса средств шифрования «Тропа»: при скорости передачи 512 Кбит/с — 7,5%, при скорости 1024 Кбит/с — 3,5%.

В качестве сетевого оборудования в макете использовались коммутаторы и маршрутизаторы Cisco Systems, что позволяло осуществить приоритезацию типов данных и компрессию заголовков пакетов. Однако по причине дискретности шага изменения скорости в кодеках ВКС (она редко бывает менее 64 Кбит/с) в сжатии заголовков не было смысла, так как они занимали не более 32—34 Кбит/с от общей скорости.

Cisco Systems, один из партнеров VTEL по разработке оборудования, реализовала удобный системный монитор, где отображалось состояние соединения и трассировка событий. В период проведения тестов для контроля качества соединения использовались различные инструменты, в том числе и статистические отчеты по работе оборудования Cisco. Сравнив их данные с показаниями системного монитора VTEL Galaxy, мы были приятно удивлены абсолютным совпадением значений (с точностью до пакета!).

Тестирование с применением комплекса технических средств «Тропа» проводилось только на скоростях от 512 Кбит/с и выше — наиболее оптимальными по соотношению «цена/ качество».

В результате проведенные исследования позволяют заключить, что при работе с системами ВКС по каналам IP необходимо учитывать размер заголовков пакетов IP и выставлять скорость кодека (степень сжатия) на 64 Кбит/с меньше, чем физическая скорость спутникового канала связи. Конечно, при пропускной способности 128 Кбит/с уменьшить скорость кодека вдвое — непозволительная роскошь, но при скоростях от 384 Кбит/с и выше это перестает иметь решающее значение. При использовании комплекса «Тропа» для кодирования трафика ВКС скорость кодека должна быть ниже еще на 64 Кбит/с, т. е. в сумме на 128 Кбит/с. Например, при пропускной способности канала связи в 512 Кбит/с скорость кодека следует делать равной 384 Кбит/с, что по качеству соответствует коммутируемому ISDN-соединению 3BRI. Дополнительно следует отметить, что с увеличением пропускной способности спутникового канала связи качество изображения и звука ВКС будет зависеть от влияния заголовков и применения средств шифрования в меньшей степени.

РАЗУМНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА

Таким образом, серию экспериментов по проведению сеансов ВКС через спутниковые каналы связи с использованием технологии IP на базе оборудования компании VTEL, с обеспечением конфиденциальности, можно считать успешной и рекомендовать к использованию. Кроме того, следует отметить, что применение рекомендации H.323 на спутниковых каналах связи — разумная альтернатива системам ВКС с технологией коммутации каналов на базе рекомендаций МСЭ H.320, поскольку рассмотренный подход позволяет решать те же задачи при намного меньших затратах, несмотря на некоторые ограничения с точки зрения масштабируемости и функциональности.

Приведенные тесты не претендуют на абсолютную точность и полноту, так как некоторые факторы, безусловно, внесли погрешности. Во-первых, хотя в качестве источника сигнала использовался видеомагнитофон класса SVHS, видеотрафик, как отмечалось, имеет переменные значения и сильно зависит от содержания видеофрагмента. Например, спортивные программы (особенно игровые виды спорта) порождают гораздо более интенсивный видеотрафик по сравнению с обычным кинофильмом. Во-вторых, трафик ftp описывается экспоненциальной функцией и при разных скоростях передачи ведет себя по-разному. Однако с выводами, изложенными в этой статье, хочется надеяться, согласится большинство специалистов отрасли.

Александр Басов — менеджер по продукции Race Communications. С ним можно связаться по адресу: A.Basov@race.ru.

Использование протокола Н.323 в системах ВКС

Преимущества:

  • третье поколение систем видеоконференц-связи;
  • работа практически в любой физической среде;
  • централизованное управление и мониторинг готовности технических средств;
  • интеграция с системами передачи данных, технологической, телеметрической информации;
  • более полная загрузка каналов связи;
  • архитектурная простота;
  • более низкая по сравнению с альтернативными вариантами стоимость полного решения;
  • защита инвестиций.

Недостатки:

  • незначительная избыточность передаваемой информации.