Разработка устройства для проведения видеоконференцсвязи через IP и ISDN

С развитием глобальной информационной сети Internet в ней все шире используются средства мультимедиа и компьютерной графики, трансляция видео и звука. Для воспроизведения информации все чаще применяются графические оболочки, работающие под управлением Windows и позволяющие осуществлять доступ к Web-серверам, FTP-архивам и другим сервисам Internet. Многие организации осуществляют через Internet рекламу своих продуктов и услуг, развивают системы электронной торговли и даже строят на основе технологии Internet и протокола TCP/IP корпоративные сети (интрасети).

Сети ISDN способны во многом решить проблемы доступа в Internet. Можно выделить три варианта подключения отдельных компьютеров и ЛС к Internet. Для доступа в Internet одиночных пользователей можно применять ISDN BRI-адаптеры, которые устанавливаются в стандартное гнездо шины ПК (ISA, PCI или PC-Card). Для связи с провайдером обычно используется Point-to-Point Protocol (PPP), а для аутентификации пользователей, входящих в сеть, - протоколы PAP и CHAP. Кроме того, многие производители поддерживают многоканальный PPP (MultiLink PPP), который позволяет в процессе работы объединять в один логический канал два B-канала.

Кроме внутренних адаптеров, существуют внешние терминальные адаптеры (TA) или внешний ISDN-модем, которые предназначены для конвертации последовательного интерфейса ПК, обычного моста/маршрутизатора или другого не ISDN-устройства в формат ISDN BRI. Некоторые ТА имеют еще и аналоговый порт для поддержки телефона/факса. В этом случае к асинхронному порту ТА подключается компьютер, чем обеспечивается доступ в Internet, а через аналоговый порт к другому B-каналу подключается обычный телефон или факс.

Для подключения ЛС к Internet обычно используется маршрутизатор, позволяющий разделять внутреннюю и внешнюю IP-сети и осуществляющий функции брандмауэра. Сами маршрутизаторы могут быть реализованы программным путем на серверах NetWare (IntranetWare), Windows NT или Unix. Необходимо также применение активных или пассивных адаптеров. Активный адаптер построен на основе процессора со своей оперативной памятью и ориентирован на выполнение коммуникационного ПО. Он позволяет значительно меньше использовать ресурсы ЦП файлового сервера. Пассивный адаптер ISDN аналогичен обычному сетевому адаптеру и использует ресурсы ЦП сервера. Обычно активные адаптеры дороже пассивных, но и более производительны. Другим вариантом является использование аппаратного маршрутизатора, который выполнен в виде отдельного устройства и имеет один или несколько портов для подключения ЛС и один или несколько WAN-портов.

Некоторые фирмы начинают выпускать устройства со встроенными интеллектуальными возможностями. Они позволяют программному обеспечению, находящемуся в ПЗУ устройств, самостоятельно определять тип ISDN, поддерживаемый коммутатором оператора, и устанавливать другие параметры ISDN. Пользователю остается только ввести номер (или номера) для установки соединения с провайдером.

Объединение удаленных ЛС

Сегодня во многих организациях, имеющих несколько удаленных филиалов, требуется иметь оперативный доступ к корпоративным информационным ресурсам, например базам данных. Кроме того, компании и банки должны предоставлять своим удаленным подразделениям и "мобильным" сотрудникам в других городах или даже странах качественную телефонную, факсимильную и видеоконференцсвязь, а также доступ к электронной почте. Часто каналы, обеспечивающие эти способы связи, должны быть не постоянными, а коммутируемыми при наличии информации для передачи. В этом случае оптимальным решением - как по функциональным возможностям, так и по стоимости - может стать использование сетей ISDN. Они обеспечивают такие функции, как связь по требованию, пропускная способность по требованию (объединение нескольких B-каналов в один логический канал), компрессия данных в канале, защита информации, и позволяют реализовывать самые разнообразные решения проблем организации связи с филиалами.

Так, для объединения удаленных ЛС на основе ISDN можно использовать постоянные каналы и каналы по-требованию. В первом случае имеется постоянное соединение между офисами - без учета объемов передаваемой информации. Во втором случае физическое соединение при отсутствии пакетов разрывается, однако логическое соединение остается и информация об удаленной ЛС сохраняется в устройстве. При появлении информации, которую нужно передать в удаленную ЛС, устройство автоматически набирает номер и в течение 1 с устанавливает физическое соединение.

Операторы могут предоставлять каналы ISDN с повременной (за время использования канала) и фиксированной оплатой. Выбор той или иной системы оплаты зависит от того, сколько времени в течение суток будет использоваться этот канал. При использовании канала более четырех-пяти часов в день выгоднее арендовать линию с фиксированной месячной оплатой.

Для объединения ЛС на основе сети ISDN в качестве устройств доступа обычно применяются активные или пассивные адаптеры ISDN, которые устанавливаются в файловый сервер, выделенный маршрутизатор или обычную рабочую станцию. Необходимо также ПО типа NetWare Multiprotocol Router for ISDN, либо аналогичное для Windows NT или Unix*. Такие адаптеры производятся несколькими фирмами, например AVM Computersysteme (Германия), Eicon (Канада) и Teles (Германия).

Другим вариантом решения является применение аппаратных мостов или маршрутизаторов, выполненных в виде автономных устройств, которые подключаются к ЛС. Они бывают различной производительности - от самых простых до мощных модульных с поддержкой разнообразных протоколов (вплоть до ATM) - и производятся, в частности, фирмами 3COM, NewBridge/АСС, Bay Networks, Cisco, Gandalf и Shiva.

Но может возникнуть ситуация, когда требуется соединить две крупные ЛС c обеспечением онлайнового доступа к центральным базам данных большому числу рабочих станций одновременно либо когда используется неэффективное, с точки зрения сетевого трафика, программное обеспечение. Если нет возможности увеличить количество BRI-каналов, проблема решается с помощью программных или аппаратных средств, реализующих технологию дистанционного управления. В этом случае в центральной ЛС устанавливается сервер удаленного доступа (RAS), например WinFrame фирмы Citrix. Две удаленные ЛС объединяются с помощью маршрутизаторов на выделенных компьютерах либо с использованием специальных автономных мостов/маршрутизаторов. При этом каждая удаленная машина подключается в режиме дистанционного управления к соответствующей виртуальной станции на RAS. По линии ISDN на удаленный компьютер передается только обновление экрана, а обратно - только команды управления с клавиатуры или от мыши. Таким образом удается более эффективно разделять линию ISDN между большим количеством пользователей.

Другое решение сервера доступа предлагает фирма Cubix. Шасси ERS/FT II имеет 2 источника питания, работающих в режиме разделения нагрузки, систему дистанционного управления, индикаторы состояния источников питания и вентиляторов. Обеспечивается "горячая" замена модулей без остановки всей системы. Это аппаратное решение позволяет объединить до 30 специализированных ПК. При этом на ПК, установленых в шасси Cubix, и удаленных станциях работают серверные и клиентские модули программ дистанционного управления ReachOut, PCAnywhere или Carbon Copy. Кроме того, осуществляется единое управление всем этим комплексом с рабочего места администратора ЛС. Даннное решение эффективно и тогда, когда наряду с ISDN используются обычные аналоговые линии или другие типы каналов связи. Кроме сервера удаленного доступа, на основе шасси Cubix можно построить высоконадежные специализированные серверы: WWW, FAX, E-Mail, файловые и дисковую подсистемы.

При организации связи между несколькими удаленными ЛС часто требуется обеспечить повышенную надежность соединения. Многие организации используют каналы ISDN в качестве резервных для линий связи, например frame relay или выделенных физических линий. Многие поставщики оборудования, в частности мостов или маршрутизаторов с несколькими портами, встраивают в него поддержку автоматического переключения с основной линии на резервную в случае выхода из строя первой. Некоторые компании используют в качестве резервных линий коммутируемые каналы ТСОП, но это приводит к существенной потере в скорости работы.

Надомная работа/малый офис

С развитием практики надомной работы (telecommuting) и расширением сектора SOHO (малый и домашний офис) особую актуальность приобретает скорость доступа к информации. Привлечению интереса к данному направлению способствует то, что оно позволяет существенно сократить площади офисов и увеличить время, которое служащий может уделять работе, уменьшить загруженность транспортных магистралей и, в итоге, - загрязненность окружающей среды автомобильными выхлопными газами.

Многие компании имеют в штате мобильных пользователей, которые обычно работают вне офиса. Это могут быть журналисты, страховые и торговые агенты и т.п. К категории мобильных могут быть отнесены лица, которые используют для сеансов связи с корпоративной ЛС портативный компьютер, подключаемый через одну из сетевых станций или собственный адаптер, внутренний факс-модем стандарта PC-card с выходом на коммутируемую линию, сотовую сеть или канал ISDN.

Большое значение в настоящее время приобретают возможности дистанционного конфигурирования оборудования, загрузки ПО, мониторинга и сбора статистики. Практически все производители встраивают эти функции в свое оборудование и таким образом значительно упрощают управление корпоративной сетью.

Во всех этих случаях могут быть использованы линии ISDN. Особенно привлекает возможность предоставления канала по требованию: когда канал не используется, счетчик оплаты отключается.

Оборудование для SOHO выпускается большим количеством фирм-производителей. Особенно интересны решения тех фирм, которые предлагают недорогие автономные мосты/маршрутизаторы с Ethernet-портом (для подключения небольших ЛС) и с дополнительным аналоговым портом или портами (для телефона/факса). Кроме того, некоторые фирмы предлагают оборудование с возможностью компрессии передаваемой информации.

2.2.4 ISDN в России

До недавнего времени цифровые сети с интеграцией услуг чаще упоминались как предложения зарубежных провайдеров. Тем не менее в некоторых городах России уже создана и продолжает развиваться инфраструктура ISDN. Пока сервис ISDN можно получить, в основном, только в крупных городах - Москве, Санкт-Петербурге, Новгороде, Нижнем Новгороде, Перми. Цифровые телефонные станции, которые, в принципе, могут поддерживать или поддерживают сервис ISDN, работают примерно в 80 городах России. Для координации их работы и решения проблем совместимости ведутся работы по созданию общенациональной российской цифровой сети общего пользования на основе единых стандартов и протоколов ITU, в частности общеканальной сигнализации OKC7 (SS7).

В Москве первым оператором, предоставляющим услуги ISDN, стала российско-британская компания "Комстар", предлагающая подключение к каналам ISDN с 1994 г. Компания "Комстар" смонтировала в Москве современную телефонную коммутационную систему с поддержкой ISDN "SystemX" английской фирмы GPT, которая соответствует международным стандартам. В основе инфраструктуры цифровой сети "Комстар" лежат высокоскоростные ВОЛС, протяженность которых увеличивается c каждым годом и которые охватывают все новые и новые районы. Для повышения надежности волоконно-оптические SDH-каналы, соединяющие концентраторы ISDN, закольцовываются. Подключение абонентов к концентраторам осуществляется как по интерфейсам BRI, так и по PRI (см. врезку "Основные понятия и стандарты ISDN"). Кроме того, "Комстар" очень активно работает в области предоставления доступа к глобальным сетям, в частности Internet, по коммутируемым каналам 64 или 128 Кбит/с. Новые решения "Комстар" и новое оконечное оборудование тестируются специалистами компании Step Logic.

Помимо "Комстар", в Москве услуги ISDN предоставляют еще несколько операторов, в том числе Sovintel и Combellga. Весной 1997 г. начала предоставлять услуги ISDN компания "Телмос", совместное предприятие МГТС и Lucent Technology. "Телмос" является владельцем собственной волоконно-оптической сети связи, в которой используются цифровые телефонные станции 5ESS производства AT&T, поддерживающие различные сетевые протоколы передачи данных и речи, голосовую почту, виртуальные АТС (Centrex). Магистральная сеть "Телмос" базируется на технологии SDH и, для повышения надежности, реализована в виде нескольких колец.

Уже к 1996 г. цифровое оборудование ISDN было установлено более чем на половине московских АТС. Сейчас тенденция такова, что количество работающих концентраторов удваивается каждый год. Москва по доступности для пользователя линии ISDN не уступает США.

Несмотря на то что существуют проблемы с прокладкой новых магистралей, модернизацией АТС, финансированием и совместимостью, общее количество современных сетей, в том числе ISDN, в России неуклонно растет. И хотя сегодня эти сети доступны далеко не повсеместно и реально с ними может работать лишь небольшой круг клиентов, можно предположить, что через несколько лет ситуация кардинально изменится.

2.2.5 Основные понятия ISDN

Канал "B" (Bearer) - канал для передачи голоса, данных, видео c пропускной способностью 64 Кбит/с. Он предоставляется "чистым", т.е. вся его полоса пропускания доступна для передачи информации, а вызовы, сигнализация и другая системная информация передается по D-каналу.

Канал "D" (Delta) - служебный канал для передачи управляющих сигналов с пропускной способностью 16 (BRI) или 64 (PRI) Кбит/с. Один канал типа "D" обслуживает 2 или 30 (Европа) В-каналов и обеспечивает возможность быстрой генерации и сброса вызовов, а также передачу информации о поступающих вызовах, в том числе о номере обращающегося к сети абонента. Некоторые операторы и производители телекоммуникационного оборудования поддерживают передачу через D-канал дополнительной информации, например организуют канал X.25 или поток данных с телеметрической информацией со скоростью передачи до 9,6 Кбит/c. Но такое расширение возможностей канала не соответствует стандарту.

BRI (Basic Rate Interface) - стандартный базовый интерфейс с пропускной способностью 144 Кбит/с (EuroISDN); он объединяет два канала "B" и один канал "D". К интерфейсу BRI можно подключить до восьми различных ISDN-устройств. При этом каждому устройству выделяется свой индивидуальный номер (multiple subscriber numbers). Очень важная особенность ISDN состоит в том, что для установки BRI-розетки оператору обычно не требуется прокладывать новую телефонную пару - используется обычная линия ТСОП. Подробнее см. Способы подключения ISDN

Физическим уровнем интерфейса BRI, определяющего правила взаимодействия конечных пользователей и коммутатора ISDN, служит обычная витая пара, которая работает в дуплексном режиме передачи данных, - так называемый U-интерфейс. Внутри зданий используется кабель из двух витых пар - S/T- интерфейс, позволяющий подключать до восьми оконечных ISDN-устройств. Поэтому для подсоединения внутренней проводки к внешней линии необходимо устройство NT1 (одно на каждый BRI-интерфейс).

PRI (Primary Rate Interface) - этот интерфейс объединяет несколько B-каналов (например, в Европе - 30 В-каналов с общей полосой пропускания 2,048 Мбит/с). В отличие от BRI, он поддерживает только одно оконечное устройство. Но подключив, например, локальную АТС или маршрутизатор c поддержкой ISDN, можно разбить PRI на множество BRI-интерфейсов. В настоящее время для предоставления офисам PRI-сервиса широко используется абонентская цифровая линия на одной (SDSL) или двух (HDSL) телефонных парах.

SS7 (ОКС7) - система Общей канальной сигнализации номер 7. Она была разработана и стандартизована комитетом CCITT (ITU) для увеличения возможностей по интеграции речи и данных, эффективного использования в телефонии компьютерных систем, быстрой установки соединений и качественной маршрутизации вызовов, использования единых информационных баз данных, интеграции и полной совместимости различных видов связи (телефония, сотовая связь, передача данных) вне зависимости от страны или региона и, в итоге, получения качественно нового уровня сервиса. ОКС7 охватывает три нижних уровня семиуровневой модели информационных сетей ISO и состоит из двух подсистем. Message Transfer Part (MTP) отвечает за передачу сообщений сигнализации, осуществляет функции обнаружения и исправления ошибок и ряд дополнительных функций. UP (User Part) - подсистема более высокого уровня - отвечает за поддержку пользователя и включает в себя часть ISUP (Integrated Services User Part), отвечающую за ISDN-сети, часть TUP (Telephone User Part), отвечающую за телефонию, и ряд других.

В России в качестве базового стандарта для создания общегосударственной системы внедрения OKC7, сетей с интеграцией услуг и сетей подвижной связи принят ISDN.

Увеличение эффективности использования ISDN

При объединении удаленных ЛС, доступе в корпоративную ЛС, Internet или интерактивные службы по каналам ISDN часто используется подключение с повременной оплатой. В этом случае наибольший интерес представляет оборудование, позволяющее осуществлять сжатие передаваемых данных и, следовательно, уменьшать время использования линии на единицу передаваемой информации. Компрессия передаваемых данных является их дополнительной защитой, снижая вероятность расшифровки информации при несанкционированном подключении к линии.

Коэффициент компрессии сильно зависит от типа передаваемых по линии данных. Хуже всего поддается сжатию предварительно заархивированная информация. Хорошо сжимаются базы данных и файлы, содержащие графическую информацию. Также применяются алгоритмы компрессии заголовков пакетов протоколов ЛС. Средний коэффициент компрессии равен 4:1. Лидером по компресии данных являются router XpressConnect 5250i и brouter XpressConnect 5242i фирмы Gandalf (Канада). Это оборудование позволяет получить коэффициент сжатия данных до 8:1.

Важным средством, обеспечивающим эффективность использования линии, является установление соединения по требованию (Connect on demand) - только на время сеанса передачи данных. По его завершению физическое соединение разрывается. Использование каналов связи по требованию позволяет осуществлять доступ к сети или, наоборот, прерывать связь в зависимости от заданных условий или произошедших в сети событий.

Многие производители оборудования поддерживают функцию spoofing. По сетям передается большое количество служебных пакетов, которыми обмениваются между собой серверы, маршрутизаторы, рабочие станции. Большинство таких пакетов содержит редко меняющуюся информацию. При наличии функции spoofing служебные пакеты передаются по магистральному каналу только один раз, а ответы на запросы автоматически генерируются на оконечных узлах, не загромождая дополнительной информацией линию связи. Правда, эта функция нуждается в тщательной настройке.

Функция фильтрации протоколов позволяет ограничить прохождение через магистральную линию определенных протоколов или изменить приоритет. Фильтрация MAC-адресов позволяет ограничить доступ с некоторых рабочих станций в удаленную сеть и, таким образом, уменьшить трафик.

Обычно мосты или маршрутизаторы имеют таблицу телефонных номеров (ISDN). Это позволяет, например, запланировать установку соединения с каждым офисом на определенное время или день недели. Такая схема установки соединений подходит для работы с немногими приложениями. Важным является то, что можно полностью запретить или ограничить доступ извне в ЛС компании по выходным или праздничным дням.

Важной функцией является и установление пропускной способности по требованию (Bandwidth on demand). При превышении полосы пропускания одного B-канала автоматически подключается второй. Для увеличения пропускной способности по протоколу PPP, который обычно используется для подключения к сети Internet, разработан стандарт Multilink PPP (MPPP). Он позволяет объединять несколько В-каналов и создавать один логический канал c увеличенной пропускной способностью.

От аналоговых до цифровых сетей с интеграцией услуг

Традиционные ТСОП используют аналоговое оборудование. Они предназначены, в основном, для передачи речи и данных с низкими скоростями. Обычно на одной линии в конкретный период времени можно использовать только одно устройство, например телефонный аппарат или модем.

Более современными являются ТСОП с цифровыми межстанционными магистралями (DTI - Digital Trunk Interface), которые начали развертываться в 70-е гг. для более эффективного использования каналов. Сами коммутаторы долго оставались аналоговыми, поскольку цифровое оборудование стоило дорого.

Позже появились цифровые телефонные станции. Для организации внутренних телефонных сетей предприятий используются учрежденческие цифровые АТС, позволяющие улучшить качество передачи речи и данных и расширить сервис для абонентов. Но в основном они соединены с городской АТС аналоговыми линиями, и поэтому многие преимущества цифровых УАТС теряются. Обычно скорость передачи даннных по таким линиям, иногда их называют линиями тональной частоты (ТЧ), не превышает 28,8 Кбит/c Недавно появились так называемые ИКМ-модемы, которые поддерживают в одном направлении скорости до 56 Кбит/c (стандарты x2, К56flex и др.) по линиям ТЧ с помощью сложных алгоритмов обработки сигналов, но такие скорости можно получить только на высококачественных линиях, подключенных к цифровым АТС. Качество связи и скорость передачи информации по каналам ТЧ зависят от многих факторов и часто вообще непредсказуемы.

Цифровые каналы, например сетей ISDN, способны, хотя бы отчасти, улучшить сложившуюся ситуацию. Применяя их, можно поднять телефонный сервис на совершенно новый качественный уровень, значительно повысить скорость передачи информации, ее надежность и защищенность.

Некоторые преимущества сетей ISDN по сравнению с ТСОП

Полностью цифровая сеть, обеспечивающая высокую надежность передачи информации.

Высокая скорость передачи интегрированной информации различной природы.

Широкий набор функций для телефонии, высокое качество звука.

Быстрый набор номера (менее 1 с).

Широкая доступность и распространенность в мире.

Недостатки сетей ISDN

Проблемы совместимости ISDN-оборудования различных поставщиков.

Сложность модернизации центральных коммутаторов и построения новой цифровой инфраструктуры.

Сложность заказа сервиса.

Необходимость больших финансовых вложений.

Аббревиатура ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг. Цифровые сети с интегральными услугами относятся к сетям, в которых основным режимом связи является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Данная услуга не очень распространена в России. Один из самых крупных проектов развития сети является сеть делового обслуживания «Искра-2», которая основывается на существующей аналоговой телефонной сети общего пользования.

Необходимо отметить, что ISDN имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналоговыми сетями, но вот по сравнению с новыми телекоммуникационными технологиями передачи данных имеет ряд критичных недостатков:

тяжело отследить, на каком участке был сбой связи;

низкая оперативность восстановления каналов связи;

небольшая распространенность на территории РФ;

всего несколько операторов связи поддерживают данную технологию;

сравнительно высокая стоимость применения услуги связи при межрегиональном соединении.

Назначение

Основное назначение ISDN -- передача данных со скоростью до 64 кбит/с по 4-килогерцовой проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.

Выбор 64 кбит/c стандарта определяется следующими соображениями. При полосе частот 4 кГц, согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равна 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел и получается значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2 Ч B + D = 2 Ч 64 + 16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала ISDN может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал Н10 с полосой 384 кбит/с, Н11 -- 1536 и Н12 -- 1920 кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 кбит/с.

Принцип работы

Для объединения в сети ISDN различных видов трафика используется технология TDM (англ. Time Division Multiplexing, мультеплексирование по времени). Для каждого типа данных выделяется отдельная полоса, называющаяся элементарным каналом (или стандартным каналом). Для этой полосы гарантируется фиксированная, согласованная доля полосы пропускания. Выделение полосы происходит после подачи сигнала CALL по отдельному каналу, называющемуся каналом внеканальной сигнализации.

В стандартах ISDN определяются базовые типы каналов, из которых формируются различные пользовательские интерфейсы

Таблица 1. Базовые типы каналов ISDN

Тип	Полоса	Описание
A	--	Аналоговая телефонная линия, 4кГц.
B	64 кб/с	передача данных или 1 телефонная линия
		(1 поток оцифрованного звука)
C	8/16 кб/с	передача данных
D	16/64 кб/с	Канал внеканальной сигнализации (управление другими каналами)
E	64 кб/с	Внутренняя сигнализация ISDN
H0	384 кб/с	Высококачественное аудио, высокоскоростная передача цифровых данных
H11	1536 кбит/с	Видео/телеконференции, высокоскоростная передача цифровых данных
H12	1920 кбит/с	Видео/телеконференции, высокоскоростная передача цифровых данных
H4	до 150 Мбит/с	ТВ высокой четкости, интерактивное видео

В большинстве случаев применяются каналы типов B и D.

Из указанных типов каналов формируются интерфейсы, наибольшее распространение получили следующие типы:

Интерфейс базового уровня

(Basic Rate Interface, BRI) -- предоставляющий для связи аппаратуры абонента и ISDN-станции два B-канала и один D-канал. Интерфейс базового уровня описывается формулой 2B+D. В стандартном режиме работы BRI могут быть одновременно использованы оба B-канала (например, один для передачи данных, другой для передачи голоса) или один из них. При одновременной работе каналов они могут обеспечивать соединение с разными абонентами. Максимальная скорость передачи данных для BRI интерфейса составляет 128кб/с. D-канал используется только для передачи управляющей информации. В режиме AO/DI (Always On/Dynamic ISDN) полоса 9600 бит/c D-канала используется в качестве постоянно включённого выделенного канала X.25, как правило, подключаемого к Интернет. При необходимости, используемая для доступа к Интернет полоса расширяется путём включения одного или двух B-каналов. Этот режим, хотя и стандартизирован (под наименованием X.31), но не нашёл широкого распространения. Для входящих соединений BRI поддерживается до 7 адресов (номеров) которые могут назначаться различными ISDN-устройствами, разделяющим одну абонентскую линию. Дополнительно, обеспечивается режим совместимости с обычными, аналоговыми абонентскими устройствами -- абонентское оборудование ISDN, как правило, допускает подключение таких устройств и позволяет им работать прозрачным образом. Интересным побочным эффектом такого «псевдоаналогового» режима работы стала возможность реализации так называемого симметричного X2 -- модемного протокола фирмы US-Robotics, позволявшего передачу данных поверх линии ISDN в обе стороны на скорости 56кбит/c.

Интерфейс базового уровня BRI (англ. Basic Rate Interface) -- обеспечивает пользователю предоставление двух цифровых каналов (ОЦК) по 64 кбит/с (канал B) и однополосный канал сигнализации D со скоростью передачи данных 16 кбит/с. Таким образом, максимальная скорость передачи в интерфейсе BRI (2B+D) составляет Rbmax=128+16=144 кбит/с[1] Наиболее распространённый тип сигнализации -- DSS1 (Euro ISDN). Используется два магистральных режима портов BRI относительно станции или телефонов -- S/ТЕ и NT. Режим S/ТЕ -- порт эмулирует работу ISDN телефона, режим NT -- эмулирует работу станции. Отдельное дополнение -- использование ISDN телефона с дополнительным питанием в этом режиме, так как стандартно не все порты (и карты HFC) дают питание по ISDN шлейфу -- англ. inline power. Каждый из двух режимов может быть «точка-многоточка» англ. point-to-multi-point (PTMP) он же MSN, или «точка-точка» англ. point-to-point (PTP). В первом режиме для поиска адресата назначения на шлейфе используются номера MSN, которые, как правило, совпадают с выделенными провайдером телефонии городскими номерами. Провайдер должен сообщить передаваемые им MSN. Иногда провайдер использует так называемые «технические номера» -- промежуточные MSN. Во втором режиме BRI порты могут объединяться в транк -- условную трубу, по которой передаваемые номера могут использоваться в многоканальном режиме.

ISDN технология использует три основных типа интерфейса BRI: U, S и T.

U -- одна витая пара, проложенная от коммутатора до абонента, работающая в полном или полу-дуплексе. К U-интерфейсу можно подключить только 1 устройство, называемое NT-1 (или NT-2) Network Termination -- сетевое окончание.

S/T интерфейс (S0). Используются две витые пары, передача и приём. Может быть обжата как в RJ-45 так и в RJ-11 гнездо/кабель. К гнезду S/T интерфейса можно подключить одним кабелем (шлейфом) по принципу шины до 7 ISDN устройств -- телефонов, модемов, факсов, называемых TE1 (Terminal Equipment 1). Каждое устройство слушает запросы в шине и отвечает на привязанный к нему MSN. Принцип работы во многом похож на SCSI.

NT-1, NT-2 -- Network Termination, сетевое окончание. Преобразовывает одну пару U в один (NT-1) или два (NT-2) 2-х парных S/T интерфейса (с раздельными парами для приёма и передачи). По сути S и T это одинаковые с виду интерфейсы, разница в том, что по S интерфейсу можно подать питание для TE устройств, телефонов например, а по T -- нет. Большинство NT-1 и NT-2 преобразователей умеют и то и другое, поэтому интерфейсы чаще всего называют S/T.

Интерфейс первичного уровня

(Primary Rate Interface, PRI) -- используется для подключения к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет:

* для стандарта E1 (распространён в Европе) 30 В-каналов и один D-канал 30B+D. Элементарные каналы PRI могут использоваться как для передачи данных, так и для передачи оцифрованного телефонного сигнала.

* для стандарта Т1 (распространен в Северной Америке и Японии) 23 В-канала и один D-канал 23B+D.

Интерфейс первичного уровня (англ. Primary Rate Interface, PRI) -- стандартный интерфейс сети ISDN, определяющий дисциплину подключения станций ISDN к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет 23 В-канала и один D-канал для стандарта Т1 (23B + D=24*64=1536[kBit/s]) или 30 В-каналов для голоса или данных, один D-канал для сигнализации и один Н-канал для служебных данных стандарта E1 (30B + D + Н=32*64=2048[kBit/s]).

Сеть ISDN состоит из следующих компонентов:

сетевые терминальные устройства (NT, англ. Network Terminal Devices)

линейные терминальные устройства (LT, англ. Line Terminal Equipment)

терминальные адаптеры (TA, англ. Terminal adapters)

абонентские терминалы

Абонентские терминалы обеспечивают пользователям доступ к услугам сети. Существует два вида терминалов: TE1 (специализированные ISDN-терминалы), TE2 (неспециализированные терминалы). TE1 обеспечивает прямое подключение к сети ISDN, TE2 требуют использования терминальных адаптеров (TA).

3. ОБЗОР СТАНДАРТОВ И ОБОРУДОВНИЯ

3.1 Протоколы организации видеоконференцсвязи

Стандартные протоколы призваны сделать видеоконференции столь же распространенными, как телефонная и факсимильная связь. Благодаря протоколам системы поддержки видеоконференций разных производителей могут без проблем устанавливать связь между собой, как связываются между собой другие телекоммуникационные устройства. Но прежде чем начать повествовать про специализированные протоколы видеоконференции кратко дадим определение протокола.

Протокол для видеоконференции -- это набор соглашений, который определяет обмен данными между различным программным обеспечением. Протоколы задают способы передачи данных и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

В 1990 году был одобрен первый международный стандарт в области технологий видеоконференций -- спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU одобрил еще целую серию рекомендаций, относящихся к видеоконференциям. Эта серия рекомендаций, часто называемая H.32x, помимо H.320, включает в себя стандарты H.321-H.324, которые предназначены для различных типов сетей передачи данных.

Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP сети и Интернет. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Однако, в отличие от ISDN, IP сети были плохо приспособлены для передачи аудио- и видео- потоков. Стремление использовать сложившуюся структуру IP сетей привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 -- видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания (англ. Visual Telephone Systems and Terminal Equipment for Local Area Networks which Provide a Non-Guaranteed Quality of Service).

В 1998 году была одобрена вторая версия этого стандарта H.323 v.2 -- Мультимедийные системы связи для сетей с коммутаций пакетов (англ. Packet-based multimedia communication systems).

В сентябре 1999 года была одобрена третья версия рекомендаций.

17 ноября 2001 года была одобрена четвертая версия стандарта H.323. Сейчас H.323 -- один из важнейших стандартов из этой серии. H.323 -- это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring.

3.1.2 Основные стандарты видеоконференцсвязи

Стандарт мультимедийных приложений H.323 С целью проведения аудио- и видео- конференций по телекоммуникационным сетям ITU-T разработала серию рекомендаций H.32x. Эта серия включает в себя ряд стандартов по обеспечению проведения видеоконференций.

H.320 -- по сетям ISDN;

H.321 -- по сетям Ш-ЦСИО и ATM;

H.322 -- по сетям с коммутацией пакетов с гарантированной пропускной способностью;

H.323 -- по сетям с коммутацией пакетов с негарантированной пропускной способностью;

H.324 -- по телефонным сетям общего пользования;

H.324/C -- по сетям мобильной связи.

Рекомендации ITU-T, входящие в стандарт H.323, определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях передачи данных с разделяемым ресурсом, в основном не гарантирующих качества обслуживания.

Рекомендации H.323 предусматривают:

управление полосой пропускания;

возможность взаимодействия сетей;

платформенную независимость;

поддержку многоточечных конференций;

поддержку многоадресной передачи;

стандарты для кодеков;

поддержку групповой адресации.

Управление полосой пропускания -- передача аудио- и видео- информации, например в видеоконференциях, весьма интенсивно нагружает каналы связи, и, если не следить за ростом этой нагрузки, работоспособность критически важных сетевых сервисов может быть нарушена. Поэтому рекомендации H.323 предусматривают управление полосой пропускания. Можно ограничить как число одновременных соединений, так и суммарную полосу пропускания для всех приложений H.323. Эти ограничения помогают сохранить необходимые ресурсы для работы других сетевых приложений. Каждый терминал H.323 может управлять своей полосой пропускания в конкретной сессии конференции.

видеоконференция протокол диспетчерский кодирование

3.2 Стандарты компрессии/декомпрессии видеоизображения

Выбор метода кодирования - декодирования. Современный рынок требует сокращения производственных циклов, повышения качества поставляемой продукции, сотрудничества между различными фирмами и глобализации их деятельности. Средства связи, их расширенные возможности, играют при этом решающую роль. Наличие быстрой и эффективной связи определяет конкурентоспособность фирмы. Выигрывает тот, кто стартует раньше других, используя самые современные технологии. На данный момент самым широко используемый протоколом, по моему мнению , является стандарт Н.323. Рассмотрим, что представляет собой рекомендация Н.323.

Рекомендация Международного Телекоммуникационного Объединения (ITU) H.323 - международная спецификация, определяющая взаимодействие компьютеров при передаче аудио- и видео- потоков по сетям intra- или Internet.

Система Intel Internet Phone создана на основе набора коммуникационных средств, предлагаемых стандартом H.323 для работы с Internet. Передача звука при использовании системы Intel Internet Phone осуществляется с помощью кодека G.723, который обеспечивает возможность трансляции очень небольшого звукового потока при сохранении хорошего качества звука.

Основное преимущество коммуникационных программных продуктов, совместимых с H.323, - возможность правильного взаимодействия друг с другом. Смысл введения стандарта H.323 прост - он предлагает протокол, с помощью которого коммуникационные программные продукты, созданные различными производителями, могут работать совместно (то есть взаимодействовать). Компания Intel внесла большой вклад в создание, развитие и распространение технологии H.323.

Совместимые с H.323 приложения и поддерживающая их инфраструктура Internet являются основой нового направления развития коммуникационных возможностей, связанных с использованием ПК. Программное обеспечение, разработанное Intel и другими компаниями на основе стандарта H.323, впервые позволит нам без проблем, с помощью простого нажатия кнопки, осуществлять обмен аудио- и видео- данными.

3.2.1 Технический обзор H.323

Рекомендация H.323 описывает требования к терминалам, другому оборудованию и различным службам, предъявляемые при передаче мультимедиа-потоков по локальной сети с негарантированным качеством соединения. Терминалы, а также другое оборудование, соответствующее требованиям H.323, могут использоваться для передачи голоса, цифровых данных и видеоинформации, а также произвольного сочетания этих потоков (например, для видеотелефонной связи) в реальном масштабе времени.

Локальная сеть, с помощью которой связаны совместимые с H.323 терминалы, может быть простым сегментом, соединением по типу "кольцо" или целым набором сегментов сложной топологии соединений. Необходимо заметить, что сложность структуры сети влияет на производительность H.323-терминалов. К сожалению, рассмотрение способов, с помощью которых можно добиться нужной производительности терминалов при работе со сложными сетями, выходит за рамки рекомендации H.323.

H.323-совместимые терминалы могут быть встроены в персональные компьютеры или выполнены в виде отдельных устройств, например, видеотелефонов. Поддержка обмена звуковыми данными для них обязательна, в то время как возможность передачи цифровой информации и видеоданных является дополнительной. Однако, при использовании режима обмена видеоданными или цифровой информацией для совместной работы требуется поддержка нужного режима всеми устройствами. H.323 дает возможность одновременно передавать данные по нескольким каналам каждого типа. Среди стандартов, связанных с H.323, - рекомендации по сжатию и синхронизации H.225.0, управлению H.245, видеокодированию H.261 и H.263, аудиокодированию G.711, G.722, G.728, G.729 и G.723, а также серия коммуникационных мультимедиа-протоколов T.120.

Стандарт H.323 разработан с учетом Рекомендаций H.245, описывающих последовательность специальных процедур при открытии логического канала передачи информации. Эти процедуры, определяющие содержание логического канала, необходимы для согласования передающего устройства с приемным - таким образом, передатчик будет транслировать только ту информацию, которую способен воспринять приемник. Приемник может потребовать от передатчика ведения обмена данными в нужном ему режиме. Поскольку аналогичные процедуры, описанные стандартом H.245, предлагаются также в Рекомендациях H.310 для ATM-сетей, H.324 для GSTN и V.70, взаимодействие H.323-систем с системами на их основе возможно без преобразования H.242-H.245, как этого потребовали бы системы стандарта H.320.

Терминалы стандарта H.323 могут работать в многоточечных конфигурациях и взаимодействовать с терминалами стандарта H.310 для B-ISDN, стандарта H.320 для N-ISDN, стандарта H.321 для B-ISDN, стандарта H.322 для локальных сетей с гарантированным качеством соединения, стандарта H.324 для GSTN и беспроводных сетей и стандарта V.70 для GSTN.

Для передачи видеоизображения стандарт Н.323 требует использования стандарта Н.261.

Видеопоток стандарта Н.261. Рекомендация ITU-T Н.261. была разработана для передачи видеоинформации при уровнях битового потока Рх64 Кбит/с, где р - может меняться от1 до 30. Стандарт включает как кодирование отдельных кадров в стиле JPRG, так и использование компенсации движения для устранения временной корреляции между кадрами. Он относится к гибридным системам сжатия в пространственной и временной областях.

Таблица 2. Форматы исходных данных CIF QCIF

Формат	Разрешение	Ширина Полосы Частот
			Мбайт/сек	Мбайт/сек (непрерывный)
QCIF	216x156	176x144	1.69	\1.27
CIF	432x312	352x288	6.74	5.07

Для того, чтобы обеспечить преобразование данных различных систем телевидения к единому стандарту, был разработан стандарт CIF (общий промежуточный стандарт). Для яркостной компоненты Y разрешение составляет 288 по вертикали и 360 пикселов по горизонтали, из которых не используется по четыре крайних пиксела с каждой стороны для обеспечения кратности 16 Используется цветовая модель - 4:2:0 с серединным расположением пикселов цветности. Для яркости используется разрешение 352х288 ( область значимых пикселов, а для обоих цветоразностных компонентов разрешение - 176х144. Используется также формат QCIF с половинным разрешением.

Частота кадров составляет 29,97 кадров/сек, но может быть и понижена до 10-15 кадров/се. Декодер должен способен рас кодировать поток с пропущенными кадрами , так. Как для увеличения сжатия предусмотрена возможность опускать при кодировании отдельные кадры вместо того, чтобы поддерживать постоянную частоту кадров.

Стандартом предусмотрено разбиение видео потока на четыре уровня:

- уровень кадров ( для CIF-формата - 352х288 пикселов, 396 макроблока, 1584 блока, 12 групп блоков):

код начала кадра ( 20 бит, 0000 0000 0000 0001 0000)

номер кадра в последовательности ( 5 бит)

тип кадра в последовательности ( 6 бит) дополнительные данные

- уровень группы блоков (GOB)(176х48 пикселов, 132 блока.33 макроблока)

код начала группы ( 16 бит , 0000 0000 0000 0001)

номер группы в кадре ( 4бита)

уровень квантования в группе ( 5 бит)

дополнительные данные

- уровень макроблока ( 16х16 пикселов, , 4 блока)

код адреса макроблока ( код переменной дилны, до11 бит)

код типа макроблока ( код переменной дины)

-уровень квантования маклоблока ( 5 бит)

код вектора движения ( код переменной длины, до 11 бит)

код присутствия данных блоков ( код переменной длины, до 9 бит)

-уровень блока ( 8х8 пикселов)

коэффициенты ДКП ( коды переменной длины, до 13 бит)

3.3 Основные видео- стандарты

1. Стандарт H.261 -- разработан организацией по стандартам телекоммуникаций ITU. На практике, первый кадр в стандарте H.261 всегда представляет собой изображение стандарта JPEG, компрессированное с потерями и с высокой степенью сжатия.

2. Стандарт H.263 -- это стандарт сжатия видео, предназначенный для передачи видео по каналам с довольно низкой пропускной способностью (обычно ниже 128 кбит/с). Применяется в программном обеспечении для видеоконференций.

3. Стандарт H.264 -- это новый расширенный кодек, также известный как AVC и MPEG-4, часть 10.

4. H.323 - это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring.

Некоторые стандарты компрессии аудиосигнала основаны на технологии оцифровки звука, называемой импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ.

3.4 Основные аудио- стандарты

1. Стандарт G.711 -- это стандарт для аудио- компандирования, который в основном используется в телефонии.

2. Стандарт G.722 -- широкополосный голосовой кодек стандарта ITU-T со скоростью 32-64 Кбит/сек.

G.722.1 (1999 г.) -- стандарт аудиосжатия G.722.1 Annex C базируется на стандарте Polycom Siren 14.

G.722.2 (2002 г.) -- более используемый вариант кодека, также известный как Adaptive Multi Rate -- WideBand (AMR-WB) «Адаптивный, с Переменной Скоростью -- Широкополосный».

3. Стандарт G.723 -- это стандарт кодирования речи, принятый организацией ITU-T в 1988 году.

4. Стандарт G.726 -- кодек является стандартом ITU-T адаптивной импульсно-кодовой модуляции -- ADPCM и описывает передачу голоса полосой в 16, 24, 32, и 40 Кбит/сек.

5. Стандарт G.729 -- это узкополосный речевой кодек, который применяется для эффективного цифрового представления узкополосной телефонной речи (сигнала телефонного качества).

Для всех типов кодеков справедливо правило: чем меньше плотность цифрового потока, тем больше восстановленный сигнал отличается от оригинала. Однако восстановленный сигнал гибридных кодеков обладает вполне высокими характеристиками, восстанавливается тембр речевого сигнала, его динамические характеристики, другими словами, его «узнаваемость» и «распознаваемость».

Системы видеоконференций базируются на достижениях технологий средств телекоммуникаций и мультимедиа. Изображение и звук с помощью средств вычислительной техники передаются по каналам связи локальных и глобальных вычислительных сетей. Ограничивающими факторами для таких систем будет пропускная способность канала связи и алгоритмы компрессии/декомпрессии цифрового изображения и звука

3.5 Оборудование для видеоконференции

3.5.1 Системы управления видеоконференцсвязью

Существует общемировое правило -- чем больше сеть, тем сложнее сетью становится управлять. Для обеспечения надежности и повышения отказоустойчивости и безопасности сетей видеоконференции используются технологии, получившие название системы управления сетями.

В понятие системы управления сетями видеоконференций должны входить:

Обработка и анализ ошибок -- обеспечение необходимыми инструментами для обнаружения сбоев и отказов сетевых и терминальных устройств, определения их причин и принятия действий по восстановлению работоспособности.

Управление конфигурацией -- отслеживание и настройка конфигурации сетевого аппаратно-программного обеспечения.

Учет -- измерение использования и доступности сетевых ресурсов.

Управление производительностью -- измерение производительности сети, сбор и анализ статистической информации о поведении сети для ее поддержания на приемлемом уровне как для оперативного управления сетью, так и для планирования ее развития.

Управление безопасностью -- контроль доступа к оборудованию и сетевым ресурсам с ведением журналов доступа для обнаружения, предотвращения и пресечения несанкционированного доступа.

К основным системам управления видеоконференции относят:

Multipoint Control Unit

Рис.3.1 Multipoint Control Unit

Примеры применения сервера многоточечной конференции и многоточечные системы видеоконференцсвязи разных производителей

Сервер многоточечной конференции - это аппаратно-программное устройство вычислительной техники, предназдначенное для объединения аудио- и видеоконференции в многоточечный режим. Сервер многоточечной конференции обеспечивает связь двух или более абонентов, имеющих стандартное оборудование - H.323 терминалы.

Устройство обеспечивает:

управление ресурсами конференции;

согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео;

определяет аудио- и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

В этом устройстве должен присутствовать контроллер Multipoint Controller (далее - MC), и, возможно, процессоры Multipoint Processors (далее - MP).

Контроллер MC поддерживает протокол Н.245 и предназначен для согласования параметров обработки аудио- и видеопотоков между терминалами.

Процессоры занимаются коммутированием, микшированием и обработкой этих потоков.Содержание

Методы реализации

Существует три метода реализации многоточечного режима видеоконференцсвязи: Первый метод: для многоточечного режима требуется наличие активации многоточечной лицензии в самом кодеке видеоконференцсвязи с условием, если устройство поддерживает данную функцию. Т.е. многоточечный режим собирается самим устройством видеоконференцсвязи, которое является ведущим оборудованием. Данный метод относится к программной реализации, не требующий дополнительного приобретения оборудования. В зависимости от производителя обор. максимально по первому способу одновременно соединяется до 10 абонентов.

Второй метод: необходимо приобретение специального видеосервера MCU (см. рисунок), состоящее из аппаратно-программного устройства, которое, в зависимости от производителя, поддерживает большое количество абонентов в многоточечном режиме. Приобретение данного устройства необходимо при выполнении задач, которые не выполняются с помощью программной реализации активации многоточечной лицензии на кодеке видеоконференцсвязи.

Третий метод: программный модуль в системе управления видеоконференцсвязи. Данный метод реализации встречается очень редко и применяется в крупных сетях видеоконференцсвязи в составе системы управления.

Сценарий организации

по расписанию;

по запросу;

по приглашению.

Конфигурация

Конфигурация многоточечной конференции может быть централизованной, децентрализованной, гибридной и смешанной.

Централизованная многоточечная конференция требует наличия устройства MCU. Каждый терминал обменивается с MCU потоками аудио, видео, данными и командами управления по схеме "точка-точка". Контроллер MC, используя протокол H.245, определяет возможности каждого терминала. Процессор MP формирует необходимые для каждого терминала мультимедийные потоки и рассылает их. Кроме того, процессор может обеспечивать преобразования потоков от различных кодеков с различными скоростями данных.

Децентрализованная многоточечная конференция использует технологию групповой адресации. Участвующие в конференции H.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу мультимедиа потока остальным участникам без посылки на MCU. Передача контрольной и управляющей информации осуществляется по схеме "точка-точка" между терминалами и MCU. В этом случае контроль многоточечной рассылки осуществляется контроллером MC.

...