Видеоконференцсвязь на базе стандарта Н.323

Как и в случае с развертыванием систем VoIP, здесь говорят, как правило, о четырех ключевых характеристиках обеспечения качества обслуживания (QoS): полосе пропускания, временной задержке, ее вариации (джиттер) и потере пакетов.

Полоса пропускания. В приложениях H.323 время “путешествия” пакетов (и с речью и с видео) от одной конечной точки до другой не должно превышать 125—150 мс. Средний размер пакета с видео (800—1500 байт) обычно больше размера аудиопакета (480 байт и менее). Это значит, что время задержки последних может оказаться меньше, поскольку коммутаторы/маршрутизаторы в сети обычно более “благосклонны” к маленьким пакетикам, пропуская их первыми в случае перегрузок. Что касается вариации задержки, то в рамках одного потока данных она не должна превышать 20—50 мс. Дело в том, что при проведении сеанса видеоконференцсвязи H.323 существует четыре информационных потока: каждый узел передает и принимает и аудио и видео. Разница в задержках пакетов разных потоков может привести к несинхронности изображения и звука. Если аудиопоток прибывает раньше видео, то участники конференции замечают эту несинхронность при разнице в задержке от 30 мс. В случае же если аудио запаздывает, несинхронность становится заметной лишь при более высокой разнице – 40 мс и более.

Пороговым значением потерь пакетов в приложениях видеоконференц-связи принято считать 2%. Более высокие потери неприемлемы, если, конечно, в системе не используется какой-либо алгоритм коррекции потерь. Сеть с уровнем потерь 1– 2% тоже считается недостаточно хорошей и требует модернизации для нормального проведения конференцсвязи.

Если вы смогли выделить достаточную для всех приложений полосу пропускания, то для обеспечения требуемого качества обслуживания выступают алгоритмы классификации пакетов и их обработки в очередях. Как правило, пакетам с речевой информацией назначают наивысший приоритет (эти пакеты не слишком требовательны к полосе пропускания, но весьма чувствительны к задержкам и джиттеру), видеопакетам – чуть меньший уровень приоритета, а пакетам таких приложений, как, например, электронная почта, – самый низкий приоритет. Существует масса возможных схем классификации. Одна из наиболее популярных предполагает установку значения IP Precedence в пакетах VoIP, равным 5, а в пакетах видеоконференцсвязи – 4. После того как пакеты классифицированы, за дело берутся механизмы обработки очередей, которые и должны обеспечить каждому типу трафика необходимые ему характеристики передачи. Для решения задачи гарантии качества обслуживания в пакетных сетях существует несколько основных подходов. По меньшей мере, три из них предложены организацией IETF (RSVP, IP Precedence и DiffServ).

H. 323 определяет четыре основных компонента, которые вместе с сетевой структурой позволяют проводить двусторонние (точка – точка) и многосторонние (точка – много точек) мультимедиаконференции:

– терминал;

– шлюз;

– устройство управления доступом (Gatekeeper, конференц-менеджер);

– блок управления многоточечными конференциями (MCU, Multipoint Conference Unit), который часто называют видеосервером.

Терминал может представлять собой ПК или автономное устройство, способное выполнять мультимедийное приложение. Он обязан обеспечивать звуковую связь и может дополнительно поддерживать передачу видео или данных. Вследствие того, что основной функцией терминала является передача звука, он играет ключевую роль в предоставлении сервиса IP- телефонии.

H.323 терминал должен поддерживать следующие протоколы:

- H.245 — для согласования параметров соединения;

- Q.931 — для установления и контроля соединения;

- RAS — для взаимодействия с привратником;

- RTP/RTCP — для оптимизации доставки потокового аудио (видео);

- семейство протоколов H.450 – для поддержки обязательных в H.323 дополнительных видов обслуживания (ДВО).

Дополнительными компонентами могут быть другие аудио и видеокодеки (H.261, H.263, MPEG). Поддержка рекомендации T.120 для совместной работы над документами необязательна, но опционально терминал может поддерживать видеообмен, документ-конференции по протоколам сети Т.120 и выполнять функции многовходового моста для организации групповых конференций (MCU). Несмотря на то, что стандарт считает функции видео необязательными, все терминалы с видеовозможностями должны поддерживать кодек H.261, опционально возможна поддержка H.263 (H.263 является развитием кодека H.261)

Устройство управления доступом, или конференц-менеджер (привратник, Gatekeeper, GK) – объект H. 323, обеспечивающий трансляцию имен терми- налов и шлюзов в IP- или IPX-адреса в соответствии со спецификацией RAS и управляющий полосой пропускания канала видеоконференцсвязи. Например, если администратор сети установил верхний предел на число участников конференции, при достижении этого порога узел управления доступом может отказать в установлении соединения. К числу обязательных функций узла управления доступом относится: преобразование адресов (например, из стандарта E.164 в транспортный формат); осуществление контроля доступа к локальной сети с использованием сообщений Admission Request, Confirm и Reject (возможен режим разрешения доступа для всех запросов); управление полосой пропускания (поддержка сообщений Bandwidth Request, Confirm и Reject); управление зоной и реализация всех вышеперечисленных функций для MCU, шлюза и терминалов, зарегистрированных в зоне.

GK может также предоставлять другие услуги терминалам, шлюзам и многоточечным блокам управления, например, определение местонахождения шлюзов. Совокупность всех терминалов, шлюзов и многоточечных блоков управления, управляемых с помощью одного устройства управления доступом, называется H.323-зоной.

Шлюз (gateway) не входит в число обязательных компонентов сети H.323. Он необходим только в случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта.

Блок управления многоточечными конференциями H. 323 обеспечивает возможность конференции трех и более терминалов и шлюзов. В соответствии с рекомендациями H. 323 MCU обязательно содержит групповой контроллер (MC) и, если необходимо, один (или более) групповой процессор (МР). MC осуществляет согласование рабочих параметров терминалов для обеспечения совместимости при передаче видео и аудио информации в рамках протокола H.245. Все терминалы посылают аудио, видео и данные MCU в режиме соединения точка – точка. Управляющая канальная информация H.245 передается непосредственно в MC. MP может выполнять перекодировку в случае использования кодеков различного типа. Конференция может быть организована в централизованном (все обмены идут через MCU) и децентрализованном режиме, когда терминалы непосредственно взаимодействуют друг с другом. Терминалы используют протокол H.245, для того, чтобы сообщить MC, сколько видео и аудио потоков они могут обработать одновременно. MP может осуществлять отбор видеосигналов и смешение аудиоканалов при децентрализованной многоточечной конференции. Допускается и смешенный режим, когда одновременно реализуется централизованная и децентрализованная схема обменов.

Групповой контроллер оценивает общий объем аудио/видеотрафика, порождаемого всеми активными терминалами, но не производит обработку коммуникационных потоков. Эту задачу выполняет групповой процессор, мультиплексирующий, коммутирующий и, при необходимости, обрабатывающий аудио/видеопотоки. Процессор может обрабатывать отдельный поток данных или множество потоков в зависимости от типа поддерживаемой конференции.

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

Централизованная многоточечная конференция требует наличия устройства MCU. Децентрализованная многоточечная конференция использует технологию групповой адресации. Участвующие в конференции H.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу мультимедиа потока остальным участникам без посылки на MCU. Гибридная схема организации конференцсвязи является комбинацией двух предыдущих. В смешанной схеме организации конференцсвязи одна группа терминалов может работать по централизованной схеме, а другая группа – по децентрализованной.

Организация обмена информацией в H.323. Общие положения.

Коммуникационный поток в H.323 состоит из видео, аудиосигналов, данных и сигналов управления.

Аудиосигнал представляет собой оцифрованную компрессированную по выбранному алгоритму речь. Видеосигналы содержат цифровое представление видеоизображения. Пакетная техника обеспечивает удовлетворительное качество изображения и звукового сопровождения при низкой загрузке канала и малой вероятности ошибок при передаче пакетов. Достижимое сжатие видеосигнала – 1000:1, звукового 8:1. Общепринятыми стандартами для сжатия изображения при видеоконференциях являются JPEG, MPEG, H.261. Обычно они реализуются программно, но есть и аппаратные реализации.

Сигналы данных включают неподвижные картинки, факсимиле, документы, компьютерные файлы и другие потоки данных.

Сигналы управления (контроля) являются критически важными для работы H.323-терминала. Они включают в себя: сигнализацию установления соединения; сигнализацию возможностей обмена данными; сигнализацию вызова команд и индикацию их выполнения; сообщения открытия и описание логического канала.

Все процедуры контроля образуют в своей совокупности уровень контроля в стеке процедур терминала. Все аудио/видеосигналы и контрольные сообщения передаются через этот уровень; последний форматирует битовый поток и передает его на сетевой интерфейс. Входной поток проходит обратную цепь преобразований.

Уровень контроля, выполняя логическую фрагментацию выходного потока, производит нумерацию кадров последовательности, контроль и коррекцию ошибок. Уровень контроля функционирует в соответствии с протоколами Q.931, H.245, RTP/RTCP. Этот уровень содержит три канала: канал контроля протокола Н.245; канал сигнализации протокола Q.931; канал процедур RAS.

Канал контроля протокола Н.245 является надежным (с коррекцией ошибок) каналом. Он передает все контрольные сообщения, необходимые для любого компонента системы, сообщения установления (открытия) и закрытия логического канала, сообщения контроля трафика, общие команды и индикаторы.

Для установления соединения между двумя терминалами или терминала и MCU используется канал сигнализации протокола Q.931.

Канал RAS-сигнализации обеспечивает регистрацию и проверку прав доступа участников конференции, передает команды изменения полосы пропускания сетевого канала связи, выделенной для конференцсвязи, обеспечивает реализацию процедур обмена данными между терминалом и конференц-менеджером.

Стандарты систем видеоконференцсвязи. Рекомендация Н.324 определяет стандарты для видеоконференцсвязи с использованием обычных телефонных линий. 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 уровнем качества, которое для его предшественника, протокола Н.263, возможно только при скорости 768 кбит/с.

H.323 использует как «надежные» (ТСР), так и «ненадежные» (UDP) соединения. По «надежному» каналу передается управляющая информация (передача сигналов управления H.245 и сигнализации установления видеоконференцсвязи (ВК) по протоколу Q.931), по «ненадежному» — аудио и видеоданные и RAS-процедуры.

В группу протоколов, обеспечивающих работу H.323-систем, входят также протоколы RTCP и RSVP.

Основная литература: 6[60 –65], 7 [366 – 372]

Дополнительная литература: 10[46 –49]

Контрольные вопросы:

1. Какие рекомендации предусматривает H.323?

2. Какие функции выполняет блок MCU?

3. Какие протоколы поддерживает терминал?

4. Какие протоколы используются для организации конференцсвязи?

5. Каковы общие положения организация обмена информацией в H.323?