Передача видеоизображений в условиях коммутационной среды. Видеоконференцсвязь

ѕ достаточно эффективную процедуру кодирования и декодирования речевой информации общепринятым стандартом кодирования речи является импульсно-кодовая модуляция (Pulse Code Modulation - PCM) со скоростью цифрового потока 64 кбит/с. Следует отметить, что стоимость оборудования, обеспечивающего передачу речевой информации с более низкими скоростями, более высокая. Однако, несмотря на то, что все методы кодирования информации связаны с потерей качества речевого сигнала, более низкая скорость вовсе не означает низкое качество. При выборе оборудования, поддерживающего тот или иной метод кодирования, необходимо учитывать стоимость арендуемых каналов связи (с целью оценки окупаемости оборудования), их пропускную способность, количество одновременных сеансов связи и требуемую полосу пропускания для передачи данных;

ѕ фиксированную задержку при передаче речевой информации по цифровым каналам связи, определяемую временем её кодирования/декодирования. При этом постоянная задержка не влияет на качество связи и лишь в некоторых случаях (при достаточно большой задержке) вносит неудобства при проведении телефонного разговора, а также может привести к невозможности передачи факсимильных сообщений (при задержке более 700 мс связь с помощью факсимильных аппаратов невозможна);

ѕ переменную задержку, определяемую временем реакции оконечного оборудования, выполняющего маршрутизацию речевых потоков. Переменная задержка, без принятия дополнительных мер, приводит к прерывистому звучанию речи. Борьба с переменными задержками ведётся путём установки приоритетов, фрагментации длинных пакетов данных (методы борьбы с задержками, вносимыми непосредственно оконечным оборудованием) или буферизацией речевой информации (методы борьбы с задержками, вносимыми сетями передачи данных). Использование последнего метода позволяет добиться постоянной задержки, суммарная величина которой будет равна сумме фиксированной задержки и максимальной переменной задержки.

Построение интегрированной сети передачи данных и голоса можно обеспечить с помощью FRAD Maxcess производства фирмы Rad Data Communication и других оптимизаторов пропускной способности. Устройства FRAD обеспечивают возникновение перегрузок и высокое качество передачи речи. При наличии оптимизатора FRAD снижение задержек речи обеспечивается с помощью эхо-подавителей, системы приоритетов и фрагментации кадров. Для минимизации задержек речи и снижения влияния изменения их величин экономически целесообразно применение каналов PVC и обеспечение доступа по приоритетам с помощью коммутаторов. Наиболее рациональное решение состоит в передаче речи по одному каналу PVC, а трафика сети - по другому. Реализация приоритета передачи речи может быть осуществлена с помощью фрагментации кадров, когда производится разбиение больших кадров данных на более мелкие сегменты. При этом пересылка сегментов прекращается, если начинается передача речевых кадров. Устройство FRAD, предусматривающее маршрутизацию речи, могут применяться для построения интегрированных сетей без использования АТС, обеспечивающих преобразование тонального набора сообщений в импульсный. При выборе конкретных моделей маршрутизаторов и других компонентов сетевого оборудования представляется целесообразным использовать продукцию фирм-изготовителей Cisco Systems и Rad Data Communications, которые являются мировыми лидерами на рынках маршрутизаторов и телекоммуникационных устройств соответственно. При этом обеспечивается поддержка всех распространенных сетевых протоколов, а также протоколов связи и маршрутизации. Использование в качестве основного протокола TCP/IP в продуктах Cisco Systems обеспечивает простое и быстрое подключение к сети [6].

В качестве оборудования построения системы видеоконференцсвязи для аппарата управления хозяйствующих субъектов на базе ВОЛС и технологий ATM предлагается использовать устройства компании Fore Systems. Для этого на рабочем месте каждого участника видеоконференцсвязи необходимо установить мультимедийную видеокамеру, кодировщик аналогового аудио/видео сигнала AVA-300, декодер сигнала ATV-300 и устройство воспроизведения аудио/видео сигнала, в качестве которого успешно может выступать обычный телевизионный приемник. При этом достигаемое качество воспроизведения звука и видео соответствует качеству воспроизведения стандартного телевизионного сигнала, получаемого в идеальных условиях с телецентра или по сетям кабельного телевидения. Управление комплектом оборудования, переключение между окнами, вызовов докладчика и т. д. производится пользователем с помощью инфракрасного пульта управления. Предлагаемые аппаратно-программные решения по созданию ИВС видеоконференцсвязи основаны на использовании ISDN и АТМ-сетей, являющихся наиболее приемлемыми для передачи мультимедийной информации и обеспечивающих экономичное использование ресурсов сети, гибкое наращивание пропускной способности каналов связи и магистральных узлов, а также развитие топологии и разработку ТПР.

1.6 Стандарты систем видеоконференцсвязи

Для проведения простейшей персональной видеоконференции между двумя участниками достаточно иметь компьютер с мощным процессором и большим объемом памяти, оснащенный платой видеоконференций с соответствующим ПО. Кроме того, компьютер должен быть снабжен камерой и микрофоном. Соединение при этом может осуществляться как по локальной сети, так и по каналам цифровой телефонной связи. Однако основная задача этой технологии заключается в проведении групповых, многоточечных видеоконференций, которые позволяют одновременно общаться нескольким группам участников. Такие видеоконференции подразумевают наличие специальных программно-аппаратных средств, о которых стоит рассказать подробнее. Одним из таких аппаратных средств является кодек это устройство предназначенное для преобразования аналоговых аудио-, видео-сигналов в цифровой поток битов и обратного преобразования цифровых сигналов в аналоговые. На абонентском уровне используются терминалы с поддержкой аудио- и видеосвязи - индивидуальные или групповые видеосистемы или IP-телефоны.

Для организации сеансов видеоконференций, когда в них участвуют сразу несколько (три и более) человек, предусмотрены серверы многоточечной связи (MCU). MCU совмещает в себе обязательный многоточечный контроллер, управляющий соединениями, и один или несколько опциональных мультимедийных процессоров, назначение которых - микширование аудио- и видеосигналов, поступающих от многих участников. Для решения задачи совместимости и перекодирования аудио- и видео-потоков на стыке сетей ставят шлюзы которые соединяют коммутируемые ISDN-сети с пакетными IP-сетями. В функции шлюза входит преобразование форматов передачи данных и коммуникационных процедур. Дополнительно шлюз отвечает за транскодирование аудио- и видеосигналов и выполняет настройку и закрытие соединений. Одним из наиболее важных устройств является контроллер зоны это программные модули, которые авторизуют подключения, транслируют используемые в системе имена терминалов и шлюзов в IP- адреса, маршрутизируют запросы через шлюзы. Кроме того, контроллеры зоны предоставляют дополнительные услуги, такие как управление шириной полосы, переадресация вызова, поддержка службы каталогов, статистические отчеты для биллинговых систем. Несанкционированный доступ к конференции в случае связи через интернет предотвращают сетевые экраны и прокси-серверы.

Что касается стандартов видеоконференцсвязи, то рекомендация ITU-T Н.320 определяет такие стандарты в сетях ISDN и им подобных, а рекомендация Н.323 определяет стандарты в локальных, корпоративных и глобальных сетях с коммутацией пакетов. Рекомендации Н.323 предусматривают:

ѕ управление полосой пропускания;

ѕ возможность взаимодействия сетей;

ѕ платформенную независимость;

ѕ поддержку многоточечных конференций;

ѕ поддержку многоадресной передачи;

ѕ стандарты для кодеков;

ѕ поддержку групповой адресации.

Рекомендация Н.324 определяет стандарты для видеоконференцсвязи с использованием обычных телефонных линий. Ряд производителей оборудования для видеоконференцсвязи, учитывая эту особенность, реализует адаптацию и обеспечивает совместимость аппаратных и программных средств для различных рекомендаций серии Н.32х. Главным изменением стала окончательная переориентация всех ведущих производителей систем видеоконференцсвязи на протокол IP. Появление на рынке мультимедийных порталов обеспечивает управление видеоконференциями с помощью вэб-технологий. Летом 2003 года в сфере видеоконференций был ратифицирован новый стандарт кодирования - Н.264. В основе этого стандарта лежат более эффективные алгоритмы компрессии видеоизображения, позволяющие, например, передавать видео на скорости 384 кбит/с с тем уровнем качества, которое для его предшественника, протокола Н.263, возможно только при скорости 768 кбит/с. От применения стандарта Н.264 выигрывают пользователи видеоконференцсвязи, так как получают улучшенное качество изображения при той же пропускной способности, или же привычное качество изображения при вдвое меньшей пропускной способности.

1.7 Рекомендации по проведению видеоконференцсвязи и криптозащита

Для лучшей восприимчивости информации при проведении видеоконференцсвязи необходимо учитывать следующие рекомендации. При использовании видеоконференцсвязи докладчик должен быть детально подготовлен. При видеоконференцсвязи докладчик и слушатель разделены в пространстве, что является определенным испытанием, как для докладчика, так и для слушателя. Целый день слушать и общаться с ТВ-экраном может быть очень утомительно. В некоторых случаях слушатель сидит совсем один в своей студии. Это ставит определенные условия докладчику в плане варьирования преподнесения материала и требует навыков общения. Докладчик должен быть знаком с оборудованием. Необходимо знать, как отключать и включать микрофон, как переключать камеру, как позвонить в другую студию. Старайтесь смотреть прямо в камеру, когда Вы говорите. Часто камера стоит на телевизионном экране. Когда Вы смотрите в камеру, вы смотрите прямо в глаза участникам. Поэтому важно настроить камеру на докладчика и на участников перед началом передачи. Качество звука и изображения часто является решающим по отношению к качеству общения между сторонами. Убедитесь перед началом, что качество звука удовлетворительное. Проанализируйте потребность в дополнительном микрофоне. При обучающих передачах, когда докладчик должен передвигаться по студии, должны быть особые требования к микрофону, например, беспроволочный микрофон. При стационарной камере обычно нужен только один микрофон. Он устанавливается прямо перед докладчиком. Избегайте ненужного шума, например, щелканья шариковой ручкой или хлопанья дверьми. Проконтролируйте, чтобы освещение студии было оптимальным. Если необходимо перекройте доступ дневного света гардинами или шторами. Приглушите свет до нужного результата. Следите за тем, чтобы задний план в студии был в порядке. Приглушенные однотонные гардины часто - создают впечатление покоя. Одевайтесь по желанию, но избегайте одежды с рисунком. Это делает изображение беспокойным. Ярко-красные тона дают расплывчатое изображение [7].

При технических проблемах до или во время передачи необходимо иметь возможность вызвать специалиста ответственного за студию. Все участвующие студии должны включить видеоконференционное оборудование за 10 минут до начала конференции. Руководителем многоточечного совещания является обычно студия, из которой проводится передача, если не оговорено другое. Руководитель совещания делает перекличку других участвующих студий и получает подтверждение, что качество звука и изображения удовлетворительное. Соблюдайте назначенное время. При многосторонних конференциях включение и выключение спрограммировано заранее. При многосторонних конференциях важно сообщить участникам, что сеанс окончится в оговоренное время. Тогда ко времени будут относиться с уважением. Кроме того, можно избежать раздражающих беспокойств. Оговорите перерывы заранее с каждой студией и не забывайте о них. В случаях, когда докладчик хочет использовать презентацию в PowerPoint, ее можно переслать ответственному до начала передачи. Передача также может выкладываться в Intranet. Докладчик может скопировать свою презентацию на дискету, CD-rom или пользоваться своим компьютером при передаче, в некоторых системах можно использовать протокол Т120 для совместной работы с документами. При использовании документов лучше всего пользоваться бумагой формата А-4 в горизонтальном положении. Рекомендуется шрифт размером 32 и более. Типы шрифта Arial, Times New Roman, Verdana или Comic Sans предпочтительнее, их легче читать. Для удобства чтения пишите не более 9 строчек на каждой странице. Также можно готовить презентации в PowerPoint и копировать их на обычную бумагу. Если показ их является единственной возможностью демонстрации, пользуйтесь нижней подсветкой документ-камеры. Документ-камера хорошо подходит для демонстрации различных предметов, книг, снимков, фотографий, слайдов. Она имеет верхнее и нижнее освещение. Нижнее освещение дает возможность хорошего качества при показе слайдов [8].

Докладчики и слушатели должны иметь возможность проанализировать обучение и дать конструктивную оценку проведения конференции. При планировании и проведении сеанса видеоконференцсвязи докладчик должен продумать цель, целевую группу, содержание и метод связи. Перед началом сеанса Вы должны рассказать слушателям о цели и содержании видеосвязи, а также способ её проведения. Звуки голоса в студии иные, чем обычно, вы должны при необходимости поменять силу голоса, интонации и произношение, звуковая и изобразительная информация приобретают при цифровой передаче более концентрированную форму. Это значит, что количество информации в единицу времени воспринимается в большем объеме. При низкой скорости передачи может наблюдаться запаздывание звука. Избегайте резких движений, которые создают беспокойство и нарушают изображение. Докладчики, использующие презентации в PowerPoint, должны помнить о периодическом переключении камеры на лицо докладчика. Иначе презентация в PowerPoint может быть воспринята как длительная и монотонная. Если есть возможность, желательно раздать копии докладов перед началом передачи. Презентация также может быть выложена в Internet чтобы быть доступной участникам как до, так и после передачи. Докладчик может использовать возможности движения камеры (ручное управление камерой). Всё говорит о том, что вариации движения камерой могут способствовать росту интереса участников. Докладчик выбирает исходящее изображение. Нажатием кнопки он может изменить его. Например, переходить от изображения докладчика, к изображению участников и презентационного материала. Докладчик не должен быстро двигаться. Это не значит, что он должен только сидеть. Если он предпочитает двигаться, то должен спланировать это заранее. Заранее установленная камера подходит тогда, когда докладчик не хочет менять настройку камеры. В остальном, не требуется быть импровизатором для собеседований по видеоконференцсвязи. Но Вам следует продумать язык вашего тела и то, как вы себя ведете.

В условиях высокой конкуренции во многих областях бизнеса передача данных по открытым сетям невозможна так как даже минимальная утечка сведений может привести к полному краху компании. Поэтому при создании видеоконференции на предприятии немаловажную роль играют вопросы защиты информации, особенно при реализации связи с удаленными филиалами по глобальным сетям Интернета. В основе подобного комплекса лежат криптографические шлюзы, гарантирующие сохранность конфиденциальных сведений путем создания защищенных туннелей связи.

Криптографические комплексы, использующие российские и зарубежные стандарты защиты информации, гарантируют:

ѕ конфиденциальность передаваемых и обрабатываемых данных;

ѕ целостность данных;

ѕ аутентификацию источника данных;

ѕ сокрытие топологии защищаемой сети и ее отдельных сегментов;

ѕ защиту от анализа трафика.

Недостатком системы шифрования данных является увеличение объема непередаваемой информации.

1.8 Системы передачи данных в сети Internet

Система передачи данных - система, предназначенная для передачи информации как внутри различных систем инфраструктуры организации, так и между ними, а также с внешними системами. Определение систем передачи данных, на первый взгляд, очень просто и коротко. Но за этими словами скрывается огромное значение данной системы не просто для других технических систем, а для бизнес-процессов современной организации в целом. Система передачи данных является, прямо или косвенно, основной технической составляющей работоспособности практически любых средних и крупных организаций, а также многих малых компаний, использующих современные средства управления своим бизнесом.

Так сложилось исторически, что система передачи данных с каждым годом становится все более универсальной средой для передачи самой различной информации, как между конечными пользователями, так и между системными устройствами. Чем больше универсальность, тем больше требований к этой системе.

Система передачи данных состоит из нескольких компонентов, определяемых в зависимости от решаемых задач. Их далеко не полный перечень:

коммутаторы;

маршрутизаторы;

межсетевые экраны и мосты;

мультиплексоры;

различные конвертеры физической среды и интерфейсов передачи данных;

точки беспроводного доступа;

клиентское оборудование;

программное обеспечение управления оборудованием.

Крупнейшей сетью передачи данных является сеть Интернет. В настоящее время Интернет представляет собой всемирную сеть, состоящую из соединенных между собой компьютеров. Интернет позволяет любому пользователю, имеющему выход в сеть, получить доступ ко всем информационным ресурсам, хранящимся на серверах по всему миру. Сеть Интернет обеспечивает работу электронной почты, позволяющей передавать сообщения другим пользователям сети и принимать сообщения от них. Также Интернет дает возможность передавать файлы между компьютерами, а с помощью специальных программ искать и выводить на свой дисплей любую информацию, имеющуюся в сети Интернет. По мере увеличения разнообразия имеющейся в сети Интернет информации растет потребность в организации именно высокоскоростного доступа, позволяющего получать все многообразие имеющейся в сети Интернет информации.

Сети передачи данных могут быть проводными, что означает соединение компьютеров с помощью кабелей, или беспроводными, в которых подключения выполняются посредством радиоволн, по воздуху. Беспроводное соединение позволяет работать на компьютерах в любом месте дома без использования кабелей. Прокладка кабелей -- затратный процесс, при этом они выглядят не эстетично и могут быть опасны, если свободно лежат на полу. Проводные системы передачи данных можно разделить на системы, использующие витую пару телефонных проводов, и системы, использующие оптоволоконные кабели, - к этой категории также следует отнести системы, в которых вместе с оптико-волоконными кабелями используются также и коаксиальные кабели. Классификация систем передачи данных представлена на рисунке 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Классификация систем передачи данных

Рассмотрим все эти категории более подробно, причем начнем в обратном порядке - от пока наиболее экзотических беспроводных систем, через достаточно дорогие оптоволоконные к наиболее демократичным, широко распространенным и, значит, более удобным в освоении и эксплуатации витым парам телефонных проводов.

В настоящее время бурное развитие технологий беспроводных сетей открывает для бизнеса новые возможности по эффективной организации корпоративной сети предприятия. Преимущества беспроводных систем:

ѕ низкая стоимость развертывания;

ѕ мобильность, возможность демонтировать оборудование при переезде;

ѕ безопасность, возможность шифрования трафика;

ѕ надежная и качественная телефонная связь;

ѕ высокоскоростной доступ к сети Интернет;

ѕ независимость от кабельной инфраструктуры;

ѕ простота подключения и использования.

Отсутствие проводов и, как следствие, привязки к какому-то конкретному месту всегда было значимо для мобильных пользователей, которым оперативный доступ к информации нужен постоянно, независимо от места их нахождения. Беспроводные сети эффективны, прежде всего, при передаче данных на расстояния до нескольких сот метров, и отличаются низкой стоимостью реализации. Ассортимент беспроводного сетевого оборудования может включать в себя беспроводные видеокамеры и прочие устройства. Развитие беспроводных систем доступа идет в трех основных направлениях. Это спутниковые системы, наземные СВЧ-системы и системы персональной сотовой связи, которые позволяют обеспечить доступ мобильных пользователей. Разумеется, каждое из этих средств имеет свои достоинства и недостатки [9].

Доступ в сеть Интернет может быть организован посредством существующей системы сотовой связи с использованием модемов данная система представлена на рисунке 2. Так как каналы сотовой связи имеют достаточно узкую полосу частот, скорость передачи данных будет невелика. Определенного увеличения скорости передачи данных можно достичь за счет использования временно свободных каналов.

Рисунок 2 - Передача данных по каналам сотовой связи

Плюсы и минусы использования сотовой связи для доступа в сеть Интернет очевидны. Главное достоинство заключается в мобильности и возможности выхода в сеть Интернет из любого места, а не только из квартиры или офиса, которые с помощью кабеля привязаны к провайдеру. К недостаткам можно отнести достаточно высокую стоимость услуг сотовой связи, а также не стопроцентный охват территории компаниями сотовой связи и наличие зон неуверенной связи.

По мере того, как увеличивалась потребность в расширении количества линий междугородней связи, разрабатывались системы, способные удовлетворить такие потребности. Одной из таких систем были радиорелейные линии, в которых в качестве носителя сигнала использовался не кабель, а радиоканал. Работая на сверхвысоких частотах (диапазон СВЧ) одна радиорелейная линия способна поддерживать работу тысяч телефонных каналов и нескольких телевизионных каналов одновременно. Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от друга (до 30 километров) в пределах прямой видимости. Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние, но данная технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа - высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями. Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля [10].

В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области. Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1-3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с. Все основные недостатки этих систем, сравнительно высокая стоимость и некоторая зависимость от погодных условий и загрязнения оптики, с лихвой окупаются отсутствием необходимости получения разрешения на использование радиочастоты, а также быстротой и простотой монтажа. На следующим этапом развития систем фиксированного радиодоступа явилось создание таких протоколов обмена информацией между приемо-передатчиками, которые позволили организовать подключение многих объектов к одному, что наиболее соответствует задачам организации доступа в Интернет что представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Системы фиксированного радиодоступа

Обеспечивая среднюю скорость передачи данных, системы данного типа позволяют организовать канал передачи на достаточно большое расстояние. В то же время подверженность внешним помехам и зависимость от географических условий делают применение таких систем не всегда целесообразным.

Для организации передачи данных используются и спутниковые системы. Причем варианты могут быть различными - от низкоскоростных индивидуальных каналов для отдельных пользователей до высокоскоростных каналов, одновременный доступ к которым может иметь большое количество пользователей. В первом случае может применяться двунаправленный канал. Во втором случае спутник служит только для передачи нисходящего потока данных, поступающих из сети Интернет к пользователю, данная система представлена на рисунке 4. Пользователю необходимо обязательно установить спутниковую антенну, ресивер и карту декодера прямо в персональный компьютер.



Рисунок 4 - Передача данных по спутниковым каналам связи

Спутник охватывает большую зону на поверхности Земли и является наиболее охватывающей технологией доступа в Интернет с географической точки зрения. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув на него мышью своего компьютера, вы подали сигнал запроса, который должен пройти по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается на спутник вверх и вниз, что в общей сложности составляет около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, данное средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Это особенно заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени. Несмотря на широкую зону охвата, спутниковые системы имеют ряд недостатков, связанных, в частности, с необходимостью приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник.

Оптоволоконные и волоконно-коаксиальные системы изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы по определению являются широкополосными, разрабатывалась именно такая технология, которая позволила бы использовать данное преимущество для высокоскоростной передачи данных, в основном для организации доступа в Интернет частных пользователей. На рисунке 5 показана система, позволяющая организовать высокоскоростную передачу данных в обоих направлениях. Такая двунаправленная система кабельного телевидения позволяет передавать нисходящий поток данных в полосе частот от 50 МГц до 750МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Полоса частот, выделенная для восходящего потока данных, делится между всеми пользователями, к которым проложен коаксиальный кабель [11].

Рисунок 5 - Передача данных по оптоволоконным каналам связи

Один видеоканал, имеющий номинальную полосу частот 6 МГц, может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Общая скорость восходящего потока данных до 10 Мбит/с, но практикуемый метод коллективного использования в реальности для каждого отдельного пользователя дает гораздо меньшее значение.

Основной проблемой развитие оптоволоконной техники и развертывание сетей оптоволоконных кабелей является очень дорогими. Гораздо целесообразней обратить свое основное внимание на кабельную телефонную сеть, состоящую из витых пар проводов на которых можно применить технологию xDSL.

Технологии xDSL представленная на рисунке 8, позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL. Данные технологии позволяют значительно расширить полосу пропускания медных абонентских телефонных линий. Любой абонент, с помощью одной из технологий xDSL значительно увеличить скорость своего соединения с сетью Интернет. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от общения пользователей с сетью Интернет.

Рисунок 8 - Использование технологии xDSL

Многообразие технологий xDSL позволяет пользователю выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи нисходящего (от сети к пользователю) и восходящего (от пользователя в сеть) потока данных. Технологии xDSL предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться. Они создают быстрый и недорогой метод использования существующей кабельной сети, а также базу для перехода к технологиям будущего.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЫ ПЕРЕСЫЛКИ ВИДЕОСООБЩЕНИЙ

2.1 Характеристика беспроводной среды передачи информации

Бурная компьютеризация, охватившая многие отрасли экономики РБ и их субъектов хозяйствования, повлекла за собой быстрое развитие территориально-распределенных ИВС различного назначения, масштаба и иерархического уровня. Разработка и широкое внедрение ИВС привела к дефициту проводных каналов связи. Использование проводных линий связи связано с низкой скоростью передачи информации и высокой стоимостью арендуемых каналов. Развертывание оптоволоконных сетей связано с определенными трудностями, требует значительных капитальных вложений и постоянных долговременных эксплуатационных затрат. С помощью проводных линий невозможно организовать связь с мобильными объектами. Кроме того, прокладка кабеля часто влечет за собой значительные затруднения:

ѕ трудность, а порой и невозможность получения разрешения на прокладку кабеля (особенно в городских условиях);

ѕ отсутствие возможности получения в аренду телефонных линий связи от оператора;

ѕ либо плохое качество передачи сообщений по арендуемым каналам связи;

ѕ использование существующих коммуникаций, которые из-за высокой загруженности уже не могут справиться с новым дополнительным трафиком.

В некоторых случаях при наличии непреодолимых преград (болотистая местность, водные пространства, скальный грунт, подземные коммуникации и т.п.) для прокладки кабельных сетей нет возможности и единственным решением вопроса высокоскоростной коммуникации сообщений является использование беспроводных каналов связи [12].

Инструментальную основу беспроводного канала передачи информации в ИВС составляют:

ѕ спутниковые каналы связи;

ѕ оптические каналы связи с использованием лазеров и светодиодов инфракрасного диапазона длин волн;

ѕ радиорелейные линии связи СВЧ диапазона;

ѕ пакетная радиосвязь;

ѕ радиосети передачи данных, использующие технологию расширения спектра DSSS и FHSS;

ѕ сотовые сети связи с коммутацией каналов;

ѕ радиосети сбора телеметрической информации;

ѕ мостовая связь для объединения локальных ИВС;

ѕ транкинговые системы связи;

ѕ пейджинговая радиосвязь.

При использовании беспроводных средств связи появляются следующие возможности:

ѕ создание узлов сетей, удаленных от кабельных линий на десятки километров и обслуживающих пользователей в радиусе от 10 - 15 до 50 - 70 км;

ѕ объединение удаленных локальных ИВС и рабочих станций в единую сеть передачи информации по радио или воздушному оптическому каналу;

ѕ объединение между собой двух пользователей кабельной сети на трудно проходимом участке;

ѕ соединение АТС между собой беспроводными скоростными каналами связи;

ѕ создание территориальных сетей передачи информации на базе беспроводных узлов микросотовой архитектуры, беспроводных узлов-ретрансляторов и т.д.;

ѕ подключение к локальным сетям подвижных объектов;

ѕ сбор телеметрической информации и управление субъектами, расположенных на обширной территории.

Среди преимуществ в построении сетей передачи информации с применением беспроводных решений следует выделить:

ѕ возможная альтернатива использования арендованных линий связи;

ѕ оперативность развертывания, что критично при высоких требованиях к скорости монтажа и создания сети;

ѕ отказ от дорогостоящих работ по прокладке кабеля;

ѕ отказ от дорогостоящей аренды уже существующих каналов связи;

ѕ высокая экономическая эффективность;

ѕ возможность подключения мобильных объектов;

ѕ гибкость архитектуры сети, мобильность оборудования, а вместе с тем и самого канала связи;

ѕ использование широкополосной, шумоподобной модуляции, позволяющей получить надежные, помехозащищенные каналы связи.

Из недостатков следует отметить ограниченную погодными условиями дальность связи при применении инфракрасных лазеров, необходимость, в большинстве случаев, прямой видимости и проведения работ по сертификации и лицензированию сети с использованием беспроводных радиоканалов передачи информации. Большинство беспроводных устройств поддерживают конфигурацию Ethernet, с физической точки зрения, при организации беспроводной сети используются или схема точка-точка или сети работают в режиме многоточечного доступа. В первом случае связь обеспечивается между двумя удаленными друг от друга устройствами, во втором - в сеть объединяются несколько устройств [13].

При создании сетей на беспроводной инструментальной платформе передачи сообщений особое значение приобретают вопросы защиты информации и обеспечения безопасности ИВС. Защищенность процессов обмена сообщениями по беспроводному каналу связи от несанкционированного доступа в ИВС может быть обеспечена на нескольких уровнях:

ѕ использование в радиоканале технологии Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) -- шумоподобного сигнала с широким спектром и малой амплитудой. Мощность сигнала DSSS распределена в широкой полосе частот, отводя меньшую ее часть на каждый герц полосы пропускания. Это позволяет устойчиво работать даже при сильной узкополосной помехе, а обычный приемник может даже не определить наличие сигнала, так как в его полосу попадает незначительная часть мощности сигнала DSSS;

ѕ работать совместно могут только те устройства, которые имеют одинаковое значение индикатора Service Set Identification (SSID), на основе которого генерируется код псевдослучайной последовательности радиотракта. Их можно сконфигурировать двумя способами: так, чтобы связываться могли любые пользователи, либо так, чтобы при установлении соединения запрашивалось сетевое имя SSID;

ѕ возможность выбора полосы частот, в которой работают устройства. В диапазоне 2,4-2,4835 Гц может существовать до 13 радиоканалов шириной 22 МГц (одновременно не более трех);

ѕ применение остро направленных антенн;

ѕ возможность фильтрации пакетов;

ѕ некоторые ведущие производители предлагают свои решения проблемы масштабируемости аутентификации пользователей. Во всех используемых в этих решениях схемах пользователь посылает точке доступа запрос на инициализацию процедуры аутентификации. В свою очередь, точка доступа пересылает этот запрос серверу Remote Authentication Dial-In User Service (RADIUS). Выполнив процедуру аутентификации, сервер RADIUS высылает пользователю через точку доступа уникальный ключ шифрования на текущий сеанс связи.

2.2 Пакетная IP-телефония в системе видеоконференцсвязи

Объединение телефонных услуг с возможностями СПД создает серьезный потенциал для осуществления принципиальных изменений в индустрии телекоммуникаций при разработке крупномасштабных ГИВС и КИВС, выполненных на инструментальной основе компании Cisco. Обеспечивая более совершенный способ доставки разнородной информации Cisco предлагает продукты и решения для обновленной телефонии, которые расширяют возможности существующих IP-сетей, повышают эффективность работы субъектов хозяйствования и их отдачу. Объединение инфраструктур телефонии и СПД упрощает управление ИВС, улучшает масштабируемость и снижает эксплуатационные затраты, которые особо ощутимы с появлением новых приложений, использующих стандартные промышленные архитектуры различных производителей. Ключевой составляющей интеграции телефонии и СПД является общепризнанный транспортно- независимый протокол IP [14].

Преимущества IP-телефонии состоят в следующем:

ѕ объединение голосовой связи с программными приложениями ИВС;

ѕ возможность использования новых приложений;

ѕ расширение абонентской базы;

ѕ реализация новых услуг;

ѕ повышение доходности существующих точек присутствия;

ѕ экономия на телефонных разговорах;

ѕ быстрая окупаемость капитальных затрат;

ѕ сокращение затрат на администрирование.

Предложения компании Cisco в области дальней связи базируются на стандарте Н.323, который служит основой для передачи данных, аудио- и видеотрафика, а также для связи в сетях, работающих под управлением протокола IP. Стандарт Н.323 получил широкое распространение за счет постоянного распространения количества оказываемых коммерческих услуг типа Н.323 VoIP. В настоящее время идет процесс тестирования совместимости для обеспечения взаимодействия шлюзов и центров обработки (ЦО) разных производителей.

Для создания конфигурации сетей междугородной/международной связи, основанных на стандарте Н.323, необходимы следующие компоненты:

ѕ шлюзы Н.323, обеспечивающие интерфейсы сети Н.323 с ТСОП. Они предполагают обработку голосовых и факсимильных сигналов с помощью кодирующих/декодирующих устройств, преобразуя формат коммутации каналов в формат коммутации пакетов и обратно. Шлюз работает с ЦО и маршрутизирует вызовы;

ѕ в общем случае ЦО, представляющее собой программу, совместимую со стандартом Н.323 и включаемую в состав ОС CiscoIOS. Эта программа может работать на маршрутизаторах Cisco 2600 и 3600. Использование ЦО повышает возможность масштабирования, что облегчает процессы модификации и расширения сети. ЦО решает вопросы адресации, управления полосой пропускания и качеством услуг. Каждый ЦО имеет свою зону административно-географического контроля, в пределах которой он управляет множеством шлюзов;

ѕ сервер RADIUS, выполняющий функции, необходимые для идентификации, авторизации и учета. Для поддержания этих функций Интернет-провайдеры могут использовать имеющиеся у них серверы RADIUS или средства CiscoSecure;

ѕ серверы биллинга необходимы для выставления счетов на повременной основе. Интернет-провайдер может пользоваться любой биллинговой системой, основанной на средствах RADIUS, которая поддерживает расширения Cisco VoIP. Сервер RADIUS собирает и сохраняет данные о вызовах, которые поступают от шлюзов VoIP, а серверы биллинга собирают эти данные и обрабатывают с помощью специальных биллинговых приложений. Счета рассылаются абонентам через Интернет или по почте.

Конфигурация ИВС базируется на распределенной, основанной на стандартах, инфраструктуре коммутации пакетов, которая независима от уровней приложений и управления вызовами. Это обстоятельство позволяет для транспорта телефонных услуг использовать инфраструктуры для передачи пакетов/ячеек - IP, ATM или Frame Relay, сохраняя управление вызовами и обеспечивая необходимое качество сервиса во всей сети. Архитектура сетей Cisco, основанных на стандарте Н.323 и предназначенных для услуг дальней связи, позволяет обеспечить выполнение следующих процедур: обработка вызовов, идентификация пользователей, интерактивный голосовой ответчик, средства учета RADIUS, средства учета SYSLOG, маршрутизация вызова, шаблоны ротации вызовов и единицы набора, сетевое управление, интерфейсы ТСОП [15].

Обработка вызовов. Типичный вызов междугородной связи VoIP обрабатывается с помощью протоколов Н.323 следующим образом:

ѕ абонент набирает местный номер для доступа к шлюзу. Этот вызов поступает из ТСОП на шлюз через сеть ISDN или через сигнальный интерфейс СAS;

ѕ шлюз отвечает на вызов;

ѕ шлюз направляет запрос на сервер RADIUS, в котором содержится номер абонента полученный через АОН;

ѕ сервер RADIUS использует полученный номер абонента для выяснения того, является ли вызывающее лицо абонентом, оплачивающим свои счета. Если в абонентской БД номер данного абонента отсутствует, шлюз генерирует подсказку с. номером абонента и паролем, отправляя ее на сервер RADIUS для подтверждения;

ѕ после того, как сервер RADIUS подтвердит, что вызывающий абонент действительно является клиентом, шлюз выдает ему второй сигнал для набора номера;

ѕ шлюз принимает набранный номер вызываемого абонента;

ѕ шлюз пытается обработать вызов по стандарту Н.323 с помощью ЦО;

ѕ ЦО сравнивает номер вызываемого абонента с набором префиксов удаленной зоны Е.164, определенных для данного ЦО. Совпадение указывает на зону, где находится вызываемый абонент и gatekeeper этой зоны;

ѕ вызывающий ЦО устанавливает связь с вызываемым ЦО для выбора шлюза, находящегося в удаленной зоне. Адрес удаленного шлюза передается вызывающему ЦО с помощью протокола RAS;

ѕ вызывающий шлюз отправляет вызов в формате Н323 по сети IP к вызываемому шлюзу. Если связь установить не удается, вызывающий шлюз пытается установить связь с другим шлюзом с помощью функции ротации вызовов;

ѕ вызываемый шлюз передает вызов по назначению через местную сеть ТСОП;

ѕ время начала и окончания разговора записывается на вызываемом и вызывающем шлюзах и передается на сервер RADIUS.

Идентификация пользователей. Доступ к сети VoIP может контролироваться на вызывающем шлюзе с помощью средств идентификации RADIUS. Когда вызывающий абонент набирает местный номер, чтобы передать его на шлюз, интерфейс, находящийся на этом шлюзе, собирает данные об абоненте и отправляет идентифицированный запрос на сервер RADIUS. Проверка абонента может осуществляться двумя способами: по идентификатору пользователя, по абонентскому ПИН-коду. Если абонент звонит из своего офиса, система RADIUS сравнивает его идентификатор с тем, который находится во внутренней БД и проверяет, подписался ли данный абонент на услуги голосовой и факсимильной связи у данного Интернет-провайдера. Если идентификатор действителен, вызывающий абонент слышит в трубке второй сигнал и может набирать номер вызываемого абонента. Если абонент звонит не со своего телефона, шлюз просит его набрать свой абонентский код и ПИН-код для подтверждения личности. После ввода действительного абонентского кода и ПИН-кода вызывающий абонент слышит в трубке второй сигнал и может набирать номер вызываемого абонента. После идентификации абонента он получает право на установление связи.

На шлюзе устанавливается приложение IVR (интерактивный головой ответчик), которое выдает голосовые подсказки и принимает номера, набираемые в качестве ответа для идентификации пользователя и определения вызываемого абонента. Программа IVR, поставляемая вместе с ОС Cisco IOS, включает в себя:

ѕ АОН и средство идентификации набранных номеров для идентификации абонента;

ѕ средство идентификации абонентского номера и пароля;

ѕ средство идентификации только по АОН;

ѕ объявления - эта функция используется для автоматического приветствия пользователя и определения услуги;

ѕ включение/выключение набора номеров для факсимильной связи - эта функция поддерживает работу номеронабирателей, которые представляют собой небольшие приборы, расположенные между факсом и телефонной линией. В этих приборах хранится набранный номер вызываемого абонента. Они вызывают местный шлюз и вводят номер вызываемого абонента в ответ на соответствующие тоновые подсказки. Кроме того, при необходимости, их можно запрограммировать и на ввод абонентского номера.

Реальные голосовые подсказки сохраняются в виде файлов. Провайдер может модифицировать их содержание. Подсказки записываются с помощью ПЭВМ и загружаются на шлюз по каналам связи. ПО Cisco IOS содержит ряд команд для таких задач IVR, как замена файла голосовой подсказки, определение случаев для использования того или иного сценария IVR, выдача списка доступных сценариев IVR.

Услуги междугородной связи VoIP пользуются средствами учета RADIUS. Шлюз генерирует записи о начале и окончании переговоров для каждого этапа установления сеанса связи. Эти данные отправляются на сервер RADIUS для поддержки биллинга. Каждый сеанс связи VoIP состоит из четырех этапов - при этом и на вызывающем, и на вызываемом шлюзе имеется входящий и исходящий канал. Эти каналы соединяются с помощью уникального 128-битного идентификатора соединения [16].

При этом каждая запись содержит следующую информацию, которая сохраняется в стандартных атрибутах RADIUS:

ѕ идентификатор вызывающей станции ID;

ѕ идентификатор вызываемой станции ID;

ѕ продолжительность вызова;

ѕ количество принятых байтов;

ѕ количество переданных байтов;

ѕ количество принятых пакетов;

ѕ количество переданных пакетов;

ѕ время настройки этапа (Q.931);

ѕ идентификатор шлюза;

ѕ IP-адрес уделанного шлюза;

ѕ идентификатор соединения (уникальный 128-битовый идентификатор, который используется для сопряжения этапов);

ѕ направление этапа (входящее или исходящее по отношению к шлюзу);

ѕ тип этапа (телефонный или VoIP);

ѕ время соединения этапа (Q.931);

ѕ время отключения этапа (Q.931);

ѕ причина отключения этапа (код Q.931 от 1 до 160).

Для резервирования функций учета сервера RADIUS данные о вызовах могут отправляться и на сервер Syslog. Информация о каждом этапе вызова отправляется в формате сообщения о состоянии системы, которое распознается и записывается программным агентом, собирающим системную информацию. Сообщение о состоянии системы содержит следующую информацию:

ѕ отметку о времени приема сервером системной информации;

ѕ идентификатор шлюза-отправителя информации;

ѕ номер сообщения, присвоенный шлюзом;

ѕ метку для определения категории сообщения;

ѕ пары величин имени атрибута, разделенные запятыми.

ЦО маршрутизирует вызовы с помощью префиксов, которые могут быть либо префиксами зоны, либо технологическими префиксами. Префиксы зон. Эти префиксы, обычно соответствующие региональным кодам, используются для маршрутизации телефонных и факсимильных междугородних вызовов. Технологические префиксы: при обработке вызовов особых категорий - например, вызовов, поступающих на шлюз голосовой почты, необходимо пользоваться особыми шлюзами. Для этого ЦО использует технологические префиксы. Эта опционная функция стандарта Н.323 реализована в ЦО Cisco. Она дает возможность провайдеру поддерживать специализированные приложения, например, приложения голосовой почты, с помощью выделенных централизованных серверов.

Шаблоны ротации вызовов и единицы набора. Для того или иного пункта назначения можно устанавливать несколько целевых шлюзов. Каждый из этих шлюзов называется единицей набора, которой может присваиваться уровень приоритетности. Последовательность обращения к единицам набора называется шаблоном ротации вызовов. Шаблоны ротации вызовов помогают реализовать следующие специализированные функции маршрутизации:

ѕ балансирование нагрузки - при одновременной доступности нескольких целевых шлюзов, ЦО может выбирать один из них по методу случайной выборки;

ѕ выбор самого экономичного маршрута - в этом случае приоритет отдается маршруту с наименьшей стоимостью услуг;

ѕ прямой доступ к ТСОП - зона действия сети может быть расширена, если обеспечить возможность переноса вызова в ТСОП при отсутствии местного шлюза в районе, где располагается вызываемый абонент.

Если пункту назначения соответствует несколько единиц набора, система выбирает ту, которая имеет наибольшее количество разрядов. При одинаковом количестве разрядов предпочтение отдается единице с наивысшим уровнем приоритетности. Если сеанс связи невозможно установить из-за недоступности той или иной единицы набора, система пытается установить связь со следующей, менее приоритетной единицей. Процесс продолжается до тех пор, пока система не завершит перебор всех единиц. При равной приоритетности единиц их выбор происходит по методу случайной выборки.

Сетевое управление. ТО и конфигурирование сетевых элементов выполняются при помощи системы управления элементами или интерфейса командной строки, встроенного в ОС Cisco IOS. Для мониторинга производительности и управления конфигурацией можно пользоваться средствами CiscoWorks и Cisco View, которые работают на платформах HP OpenView, Sunnet Manager и NetView. Эти средства генерируют графическое представление сетевых элементов, выдают информацию об их состоянии и поддерживают запросы о предоставлении конкретных данных. Cisco Voice Manager представляет собой средство управления, работающее с использованием Web-технологий. Оно используется для ТО и мониторинга качества сеансов связи на шлюзах VoIP в сетях, имеющих менее тысячи голосовых портов.

Интерфейсы ТСОП. Шлюз Cisco VoIP поддерживает стандартные интерфейсы Т1 и Е1, необходимые для связи с ТСОП. Карта интерфейса Т1 облегчает международную связь за счет прозрачного преобразования кодировок принятых в странах со стандартом Т1 и кодировок принятых в странах со стандартом Е1. Этот шлюз генерирует сигналы свободной и занятой линии, обратного вызова и переполнения канала, включая разновидности этих сигналов, принятые в отдельных странах.

Рассмотренные услуги в сети должны выполняться с высоким качеством. Особое внимание уделяется обеспечению качества голосовой связи. Высокое качество голоса на шлюзе достигается с помощью передовых методов обработки и обеспечения минимальной задержки. Эти методы снижают требования к полосе пропускания, сокращают расходы и обеспечивают своевременную передачу голосовых пакетов. Кроме того, качество голосовой связи на шлюзе во многом зависит от средств кодирования и декодирования, обеспечивающих усиление и затухание сигнала, глубину подавления эха, уровень распознавания голосовой активности, соотношение сигнал-помеха и степень подавления фоновых шумов. Применяемые методы, предусматривающие приоритет голосовым пакетам, позволяют стабилизировать качество голосовой связи несмотря на колебания сетевой нагрузки Приоритетная обработка голосовых пакетов достигается с помощью использования различных стандартов [17].

В заключение отметим ряд ключевых преимуществ, оказывающих значительное воздействие на услуги IP-сети устраняют физические границы, связанные с телефонией и ее особенностями. Уже доступен весь спектр традиционных телефонных услуг - можно, например, отвечать на звонки из любой точки мира, и при этом вызывающая сторона не будет знать, где вы находитесь. Это обеспечивает гибкость услуги, особенно для работающих в офисе или, наоборот, разъездных сотрудников. IP-сети не зависят от транспортной среды, которую, пользователи выбирают самостоятельно в зависимости от ее местонахождения и стоимости. Важнейшим вопросом является правильный выбор подключения, основанный на требованиях используемых приложений к полосе пропускания. IP-сети основаны на ряде универсальных глобальных стандартов, что позволяет многим производителям прилагать свои продукты. Благодаря этим стандартам стало возможным открытое соревнование многочисленных производителей аппаратного обеспечения и провайдеров сетевых служб. Открытое соревнование приводит к снижению цен и расширяет спектр услуг для конечного пользователя по мере расширения спектра услуг передачи данных пользователи начинают предъявлять требования к надежности сетей и оборудования. Поскольку телефония и другие услуги реального времени становятся частью этой инфраструктуры, программное и аппаратное обеспечения требуют дальнейшего совершенствования для достижения высокой надежности и минимизации времени простоя. Постоянно улучшая продукты для сетей LAN/WAN, Cisco увеличивается их надежность и обеспечивается более высокое качество услуг; решения IP-телефонии меньше, чем УАТС, зависят от физических ограничений оборудования. Матрица коммутации цепей имеет жесткое ограничение на количество одновременных соединений в зависимости от конкретной модели УАТС. Если необходимое количество одновременных соединений превышает ограничения УАТС, нужны дополнительные стойки или модули. Установка дополнительной УАТС потребует дорогостоящего интерфейса, поскольку все межстационарные вызовы обязаны проходить через него. Для каждой УАТС понадобится дополнительная лицензия на ПО. Системы IP-телефонии используют централизованный контроллер вызовов для установки голосовых соединений через локальную сеть. Масштабируемость телефонной сети от одного до нескольких тысяч портов не требует ничего, кроме установок дополнительных телефонов и портов коммутаторов локальных сетей.