Модель прогнозирования качества для систем ВКС и UC.

Современные методы оценки качества обработки цифровых сигналов в системах видео-конференц-связи (ВКС) и унифицированных коммуникаций (Unified Communications UC), основанные на объективных критериях (например, соотношении «сигнал/шум» между исходным сигналом и сигналом на выходе системы), не всегда дают достоверные результаты. Зачастую «хорошее» измеренное значение качества видео не гарантирует действительно «хорошего» качества при его восприятии человеком. Это обусловлено нелинейным поведением зрительной системы человека.

Существующие методы слишком сложны, и поэтому их совершенствование происходит медленно, так как для подтверждения достигнутых результатов приходится проводить множество повторных тестов. Как следствие, на получение оценки уходит много времени, а результат оказывается малоинформативным. Одним из возможных способов решения этой проблемы является прогнозирование восприятия уровня качества закодированного видео перед его кодированием.

При оценке качества систем ВКС и UC (далее систем) специалистам приходится учитывать множество разнородных факторов:

• разрешение изображения в сеансе ВКС;
• физический размер средства отображения;
• производитель оборудования;
• интеграция с имеющимися платформами;
• получение необходимого вида коммуникации в виде услуги сервиса и др.

МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Для прогнозирования предлагается модель, в которой используемые при оценке критерии разделяются на уровни — в соответствии с этапами разработки, построения и восприятия предполагаемой системы ВКС или UC. При этом модель должна описывать работу как многоточечных систем, так и решений вида «точка – точка».

В Таблице 1 представлена модель прогнозирования качества систем ВКС и UC, построенная на основе изложенных принципов. Рассмотрим каждый из этих уровней.

Уровень взаимодействия. Проектирование систем ВКС и UC, как и строительство дома, должно начинаться с фундамента, а не с крыши. Чтобы разрабатываемая система была устойчива и стабильна в работе, в модели прогнозирования следует правильно задать основополагающий уровень. Компоненты систем ВКС и UC относятся к сетевым устройствам, поэтому прогнозирование надо начать с описания типа связи или среды взаимодействия между устройствами системы. Для оборудования ВКС/UC средой взаимодействия являются сети IP или ISDN. Таким образом, фундаментальный уровень модели определяет вид среды взаимодействия между элементами системы и, соответственно, именуется «уровнем взаимодействия».

Когда в качестве среды передачи используются сети IP, выбору между протоколами IPv4 и IPv6 необходимо уделить особое внимание. Это связано с тем, что адресное пространство в IPv4 практически исчерпано, а при развертывании системы ВКС может потребоваться дополнительное количество статических адресов, которые придется запрашивать у оператора связи. При невозможности их выделения целесообразно осуществить переход на протокол IPv6, который за счет практически неограниченного адресного пространства (количество адресов — 2128) делает преобразование сетевых адресов (Network Address Translation, NAT) необязательным. Протокол IPv6 обеспечивает эффективное управление сетями благодаря более совершенным механизмам обеспечения качества сервиса (QoS) и приоритизации, что, в свою очередь, позволяет увеличить быстродействие создаваемых систем ВКС и UC. Кроме того, IPv6, в отличие от IPv4, имеет встроенные средства безопасности — стандарт на IPv6 предполагает обязательную поддержку IPsec.

Параллельное использование двух протоколов — IPv4 и IPv6 (dual stack) — помогает добиться совместимости большого количества устаревших устройств IPv4, не поддерживающих IPv6.

Уровень доступа. После выбора среды передачи на уровне взаимодействия следует определить тип доступа к ней: PRI/BRI (если выбран ISDN) или Internet/ Internet ADSL/ VPN +QoS (если выбран IP). В зависимости от технической возможности провайдера(ов) рассчитывается максимальная пропускная способность для предполагаемого канала связи.

Сигнальный уровень. Определив канал и его параметры, необходимо выбрать язык общения между предполагаемыми элементами сети — сигнальный протокол. Для систем ВКС и UC выбор может быть сделан между H.320 (для канала ISDN) и SIP/H.323/SCCP/TIP (для канала IP). Кроме того, на этом уровне целесообразнее определить кодеки обработки (кодирования/декодирования) видео и звука (H.264SVC/H.264/H.263, G.711/G.729), что позволит в дальнейшем составить список платформ, соответствующих указанным ранее параметрам.

Таким образом, осознанный выбор на нижних уровнях предопределяет (расширяет или сужает) возможность дальнейшего выбора на более высоких уровнях.

Структурный уровень. Следующий этап проектирования системы ВКС состоит в формировании ее структуры. Выбранная платформа должна обеспечивать работу в соответствии с параметрами трех начальных уровней. Такое формирование может быть произведено автоматически, если для предлагаемой модели написан программный конфигуратор. В рамках данной статьи отмечу лишь, что при выборе кодека H.264 SVC список платформ будет следующий: Radvision, Polycom, Vydeo. Компании Vydeo и Radvision уже реализовали поддержку кодека H.264 SVC, а Polycom планирует это сделать в ближайшее время.

Далее на этом уровне требуется принять решение о том, как будет реализована система — на платформе одного производителя или путем интеграции с уже имеющимся оборудованием или ПО другого производителя. Руководства и рекомендации по интеграции носят открытый характер и, как правило, размещаются на официальных сайтах аудиторских IT-агентств и вендоров, оборудование которых требуется объединить в одно решение.

Терминальный уровень. Когда системная платформа выбрана, на основе данных, сформированных на предыдущих уровнях, следует выбрать необходимые средства для проведения сеанса (терминалы):

• система класса Telepresence;
• терминал ВКС;
• ПК плюс ПО ВКС;
• видеотелефон.

К примеру, если на уровне доступа значение пропускной способности составит 512 Кбит/с, то на терминальном уровне выбор средств для проведения сеанса ограничивается следующими вариантами: терминал ВКС, ПК+ПО, видеотелефон. Это обусловлено тем, что для систем уровня Telepresence пропускная способность 512 Кбит/с недостаточна для штатной работы.

Рисунок 1. Соотношение разрешений.

Визуальный уровень. После того как был установлен тип средства проведения сеанса, из списка значений необходимо выбрать максимально возможный размер представляемого контента (разрешение изображения), формируемого терминальным оборудованием (HD 1080p, HD 720p, 480p, SD, 4CIF, SD CIF) (см. Рисунок 1).

В программном конфигураторе список доступных разрешений для заданного средства отображения формируется автоматически на основе данных, введенных на предыдущих уровнях. Далее из доступных вариантов выбираются средства отображения, которые целесообразно использовать при максимально возможном разрешении изображения — монитор/панель/проектор/видеостена.

Уровень организации. Это самый «близкий» уровень по отношению к пользователю системы. От того, как организована система по отношению к пользователю (заказчику решения), в конечном счете будет зависеть и ее эффективность. На этом уровне в ходе прогнозирования выясняется, каким образом необходимое средство связи будет предоставляться пользователю. В настоящее время перечень состоит из трех вариантов: SaaS/Hosted/Centrex — но в зависимости от выбранной ранее платформы это список может быть сокращен.

Рисунок 2. Схема организации системы по модели Hosted.

Хостируемый вариант (Hosted) предусматривает инсталляцию инфраструктурного оборудования ВКС непосредственно у заказчика (см. Рисунок 2). В случае Centrex аппаратные и программные средства устанавливаются у оператора связи (см. Рисунок 3). При организации доступа к коммуникациям по модели SaaS пользователи могут самостоятельного управлять необходимыми ресурсами системы ВКС с помощью Web-приложения, которое им предоставляется поставщиком (провайдером) услуги (см. Рисунок 4).

Рисунок 3. Схема организации системы по модели Centrex.

Рисунок 4. Схема организации системы по модели SaaS.

ПРИМЕР ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Чтобы понять, как можно использовать предложенную модель, рассмотрим пример прогнозирования. Допустим, предприятию предстоит развернуть систему ВКС, которая должна быть объединена с системой IP-телефонии. Для снижения расходов на построение подсистемы IP-телефонии необходимо оценить возможность использования оборудования операторов связи. Выбранное решение должно обеспечивать:

• возможность установления аудио/видеокоммуникаций независимо от модели/типа средства связи (терминал ВКС, IP-телефон, видеотелефон),
• режим работы «точка – точка» и «многоточка» до 10 абонентов с максимально возможным разрешением при имеющихся каналах связи.

Прогнозирование «качества» системы в целом будем осуществляться на основе вводимых данных и предпочтений путем последовательного выбора значений параметров на каждом уровне модели.

На уровне взаимодействия выбираем IP с поддержкой (при необходимости) двойного стека IPv4 и/или IPv6. По информации, полученной от оператора связи, для центрального и региональных офисов могут быть предоставлены выделенные каналы доступа в Интернет c возможностью организации VPN+QoS для трафика реального времени. К центральному офису можно подвести канал 20 Мбит/с, к региональным — 2 Мбит/с.

Для обеспечения интеграции телефонии и ВКС на сигнальном уровне из доступных для IP разновидностей сетевых, видео- и аудиопротоколов (SIP/H.323/SCCP/TIP; H.264SVC/H.264/H.263) выбираем те, которые поддерживаются большинством устройств ВКС и UC, а именно — H.323 и SIP (dual stack); H.264; G.711. G.729.

Заданные значения параметров на уровнях взаимодействия и доступа, а также на сигнальном уровне сужают выбор платформ, соответствующих предъявляемым требованиям. На структурном уровне в список доступных платформ включены Avaya, BroadSoft, Cisco Systems+Tandberg, Life Size, Polycom, Radvision и Sony. Так как заказчику необходимо создать систему UC (ВКС + IP-телефония), при выборе платформы следует руководствоваться следующими критериями:

• Наличие в продуктовой линейке одного производителя всех элементов для проектируемой системы (терминалы ВКС, IP-телефоны, ПО ВКС, программный коммутатор для регистрации абонентов и маршрутизации вызовов по протоколу SIP или шлюз (gatekeeper) для регистрации абонентов по протоколу H.323).
• Если производитель не выпускает какого-то из необходимых элементов, следует уточнить наличие сертифицированных (или одобренных этим производителем) решений по интеграции соответствующих элементов, причем желательно изучить примеры реализованных проектов. Данная информация опубликована на сайтах вендоров и их официальных дистрибьюторов или предоставляется по запросу.

По информации от оператора связи, программный коммутатор (soft-switch) операторского класса, который будет использоваться для создания подсистемы IP-телефонии, разработан компанией BroadSoft. Данный коммутатор официально совместим с телефонами и терминалами ВКС компаний Cisco Systems, LifeSize и Polycom, что подтверждается на их сайтах. На «транспортном» уровне выбор делается в пользу интеграционного решения BroadSoft и Polycom, так как, по сравнению с Сisco Systems, с программным коммутатором компании BroadSoft интегрировано большее количество устройств Polycom, а терминалы ВКС LifeSize поддерживают IPv6 только при работе по протоколу H.323.

На терминальном уровне получаем необходимые исходные данные для выбора MCU (многоточечный режим), терминалов ВКС, видеотелефонов, IP-телефонов, ПО UC. В продуктовой линейке Polycom имеются все перечисленные коммуникационные средства, а пропускная способность каналов во всех офисах позволяет получить разрешение сеансов связи на уровне НD. Поскольку средства связи необходимо предоставить различным сотрудникам и в разных рабочих помещениях, мы выберем HD-терминал ВКС/видеотелефон/ПК + ПО ВКС.

В соответствии с данными, указанными на предыдущих уровнях, получаем значения разрешения изображения и средства отображения на визуальном уровне:

• максимальное разрешение для HD-терминала ВКС: HD 1080p (панель/проектор/видеостена);
• максимальное разрешение для видеотелефона: CIF, SIF (встроенное средство отображения);
• максимальное разрешение для ПК + ПО UC: HD 720p (монитор/ проектор/видеостена).

В итоге на уровне организации возможны следующие варианты способов доступа к необходимым коммуникациям: Centrex (программный коммутатор и MCU у оператора связи) и Hosted (программный коммутатор и MCU у заказчика).

Данный прогноз-оценка возможности построения и качества сиcтемы UC позволяет сделать следующий вывод: на основе имеющихся первичных данных и требований может быть построена сиcтема UC со следующими характеристиками:

• Работа по протоколам Ipv4 и IPv6 SIP, H.323.
• Интеграционное решение обеспечивает пользователей аудио- и видеосвязью при наборе коротких внутренних номеров с помощью регистрации всех типов устройств системы на программном коммутаторе. Предоставление абонентам сервисов Video HOLD и Video TRANSFER (удержание и перевод видеовызова на другой номер).
• Полный транскодинг разрешений для всех абонентских устройств в многоточечном режиме выполняет MCU.
• Максимальное число абонентских устройств с разрешением HD 1080p — 10.
• Возможность использования аппаратных и программных средств системы, установленных на объектах оператора связи.

Владислав Перегудов — ведущий инженер технической дирекции ОАО «РТКомм.РУ». С ним можно связаться по адресу: v.peregudov@rtcomm.ru.