8794

Мультимедийные службы. IP-телефония, Internet-вещание (-радио), конференции

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Мультимедийные службы IP-телефония, Internet-вещание (-радио), конференции - далеко неполный перечень популярных мультимедийных сетевых служб и приложений. Первые опыты передачи голоса по сети Internet относятся к 1983 г. (Кембридж, Массачусетс...

Русский

2013-02-17

125.5 KB

13 чел.

Мультимедийные службы

IP-телефония, Internet-вещание (-радио), конференции – далеко неполный перечень популярных мультимедийных сетевых служб и приложений.

Первые опыты передачи голоса по сети Internet относятся к 1983 г. (Кембридж, Массачусетский университет, США), а выпуск коммерческого оборудования фирмой Vocal Tec (Израиль)– к 1995 г.

Мультимедийные службы предъявляют ряд дополнительных требований при организации соединения. Важнейшими из этих требований являются -

  •  Непрерывность, так, например, при передаче речи задержка в 150 мс считается допустимой, а в 400 мс - делает переговоры затруднительными.
  •  Допустимость потерь, поскольку человеческие органы чувств (зрение и слух) обладают заметной инерцией и способностью восполнять потери за счет деятельности мозга.
  •  IP multicasting - многоадресность соединения, например, при организации конференций.

Современный взгляд на полный сетевой сервис наиболее ярко отражён в идее мультисервисных NGN сетей (New Generation Network), предоставляющих весь комплекс информационного сервиса от простой электронной почты, до услуг типа «видео по заказу» и видеоконференций.

Один из наиболее масштабных проектов этого направления является TIPHON (Telecommunication & Internet Protocol Harmonization over Networks), который предусматривает предоставление пользователям телефонной связи, в том числе с мобильных терминалов стандарта GSM, обмена факсимильными сообщениями и всех служб сети Internet. Проект разрабатывался ETSI (European Telecommunication Standards Institute) с 1997 по 1999 г. К достижениям проекта можно отнести утверждение представленных в таблице классов обслуживания.

Таблица. Классы обслуживания.

Характеристика

Класс обслуживания

Высший (4)

Высокий (3)

Средний (2)

Низкий (1)

Качество речи
(по 5 бальной шкале)

> 4,3 (G.711)

≈ 4,3 (G.726 32 Кбит/с)

GSM

Нет

Среднее
время задержки (мс)

< 150

< 250

< 350

< 450

Среднее время уст. соединения (с)

< 3

< 8

< 15

< 20

Схема соединений по проекту TIPHON представлена на рисунке.

К действующим стандартам в области мультимедийных приложений в IP сетях относят протокол H.323, а также протоколы IP телефонии - SIP и MEGACO/H.248.

H.323 –один из наиболее популярных протоколов для реализации мультимедийных приложений в IP сетях [7, с. 23-30, с. 131-192].

Протокол относится к т.н. «зонтичный» протоколам, которые охватывают целое направление и оставляют детализацию конкретных решений за уточняющими протоколами. Актуальная, 3-я версия протокола (1999 г.) включает протоколы/алгоритмы кодирования/сжатия видео (Н.261, Н.263) и аудиоинформации (G.711, G.722, G.723, G.728, G.729), мультиплексирования (Н.225.0), управления каналом (Н.245) и передачи данных (Т.120). Помимо протоколов Н.323 в 1996-1999 гг. ITU-T был разработан ряд связанных протоколов для мультимедийных приложений: Н.320 – для телефонных и N-ISDN сетей; Н.321 – для телефонных, широкополосных ISDN сетей, сетей технологии АТМ, локальных вычислительных сетей; Н.322 – для ЛВС с гарантированным качеством обслуживания и Н.324 – для аналоговых каналов телефонной сети общего пользования.

Согласно протоколу Н.323 обслуживание абонентов производится при их подключении к оборудованию зоны. Состав устройств зоны представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Состав зоны Н.323.

Важнейшим устройством зоны является привратник (Gatekeeper), играющего роль контроллера зоны. Привратник выполняет следующие функции по обслуживанию зоны:

  •  регистрация терминалов при их активизации
  •  контроль доступа абонентов через терминалы
  •  преобразование телефонного номера вызываемого абонента в IP адрес его привратника для установления соединения по IP сети
  •  контроль состояния канала
  •  ретрансляция сигналов управления между терминалами

Шлюз (Gateway) – устройство преобразования формата данных в телефонной или ISDN сети в формат IP сети.

Терминал (Terminal) – оконечное устройство пользователя

Устройство управления конференциями MCU (Multipoint Control Unit) – обеспечивает обмен мультимедийными данными между тремя и более участниками. Организация конференций возможна только посредством относительно дорогих MCU, причём количество участников ограничено их техническими характеристиками. Предусматривается три способа проведения конференций, проиллюстрированных рисунком 2.

Рис. 2. Способы проведения конференций.

При централизованной организации конференций относительно высокие технические  требования предъявляются к устройству управления конференциями, что определяет высокую стоимость этого устройства.

При децентрализованной организации требуются дорогие терминалы с высокой стоимостью.

Наконец, при смешенной организации возможен компромисс между характеристиками и стоимостью терминального оборудования и MCU, однако во всех случаях высокая стоимость как самой аппаратуры, так и высокоскоростного доступа к IP cсети препятствует массовому использованию конференций в практике использования сети Internet.

Прокси-сервер протокола Н.323 должен обеспечивать:

  •  подключение терминалов через каналы без обеспечения качества обслуживания (без поддержки протокола RSVPResource ReserVation Protocol) путём туннелирования
  •  маршрутизацию трафика Н.323 отдельно от обычного трафика IP сети
  •  функции NAT для терминалов из LAN
  •  защиту доступа к трафику Н.323

Полезным для понимания особенностей протокола Н.323 может служить представленный на рисунке 3 сценарий установления соединения, по которому создание соединения производится с помощью надёжного протокола ТСР, а сами данные передаются на транспортном уровне по протоколу UDP.

SIP (Session Initiation Protocol) – ориентированный на операторов глобальной сети Internet протокол IEFT для IP-телефонии [7, c.30-35, 193-228].

IEFT (Internet Engineering Task Force) – тактическая группа проектирования Internet, которая совместно с IRTF (Internet Research Task Force) – стратегической группой, занимается разработкой стандартов Internet, оформляемых в виде общедоступных в сети, хронологически нумерованных (к настоящему моменту более 2000) документов RFC (Requests For Comments).

Схема организации передачи речи по протоколу SIP представлена на рисунке.

На компьютерах пользователей (А и В) – клиентов SIP устанавливаются две программы - User Agent Client и User Agent Server, обеспечивающих вызов/ответ по соответствующим адресам при установлении соединения через прокси-сервер и обмен речевыми данными. Согласно SIP адрес абонента может быть задан в виде имя@домен/хост/IP или № телефона@шлюз.

Сервер определения местоположения служит для поиска текущего адреса клиента, который фиксируется по результатам регистрации на любом из серверов.

Сервер переадресации задаёт прокси-серверу адрес прокси-сервера вызываемого абонента в случае, когда он находится в другом домене IP сети.

Прокси-сервер SIP создаёт соединение и организует обмен речевыми данными между абонентами. Возможна работа прокси-сервера в двух режимах:

  •  с сохранением текущего соединения (statefull)
  •  без сохранения текущего соединения (stateless).

В последнем случае отсутствие памяти соединений делает возможным подключение неограниченного количества клиентов, но увеличивает время восстановления связи при её обрыве.

При использовании SIP возможна реализация стандартных дополнительных услуг, которые характерны для цифровых АТС и учрежденческих станций. К этим услугам относится:

  •  Переключение связи, когда абонент А вызывает абонента В и в ходе разговора последний переключает А на абонента С и сам отключается, оставляя в соединении абонентов А и С.
  •  Переадресация, когда абонент А переадресует свои вызовы на номер абонента В и все вызовы А автоматически приходят к В.
  •  Уведомление и/или удержание, когда при занятости абонента вызывающий абонент ставится в очередь и удерживается до окончания текущего разговора.
  •  Конференции-связь с помощью MCU или многоадресной рассылки, а также попарно друг с другом

Рис. 3. Сценарий установления соединения.

На рисунке использованы следующие обозначения:

  •  Setup – запрос на соединение;
  •  Alerting – терминал Б свободен;
  •  Connect – номер порта для Н.245.
  •  RTP (Real-time Transport Protocol) – прикладной протокол IETF (Internet Engineering Task Force) для передачи мультимедийных данных реального времени по IP сети. Для контроля доставки RTP пакетов используется протокол RTCP (Real Time Control Protocol) [7, с. 125-128].

Помимо влияния абсолютной величины задержки при передаче мультимедийной информации важную роль в субъективном восприятии играет непостоянство величины задержки (джиттер). Для борьбы с джиттером по протоколу RTP в мультимедийный поток данных вводятся временные метки, позволяющие вычислить величину задержки и компенсировать их путём определения средней величины и буферизации.

Заголовок RTP пакета представлен в таблице 1.

Таблица 1. Заголовок RTP пакета.

←————————————————————————— Слово 32 бита (4-е байта) —————————————————————————→

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

V=2

P

X

CC

M

PT

SN

Timestamp

SSRC

CSRC

В таблице использованы следующие обозначения:

  •  V – версия протокола (2 – текущая версия);
  •  Р – индикатор/маркер использования заполнения (например, для кратности 32 битам поля передаваемых данных);
  •  Х – индикатор использования поля расширения заголовка в экспериментальных версиях RTP;
  •  CC – счётчик отправителей (идентификаторы отправителей находятся за заголовком);
  •  М – индикатор границ потока, например, для видео – конец кадра, для аудио – начало звука после паузы;
  •  РТ – тип и формат данных (например, сами данные, или команда управления RTCP);
  •  SN – порядковый номер пакета (начинается с произвольного числа);
  •  Timestamp – временная метка создания потока по часам отправителя;
  •  SSRC – псевдослучайное число, идентифицирующее источник на время сеанса;
  •  CSRC - список идентификаторов источников от 0 до 15.