WYBRANE ASPEKTY ELEKTRONICZNEJ ŁĄCZNOŚCI MULTIMEDIALNEJ STOSOWANEJ W NOWOCZESNYCH JEDNOSTKACH SAMORZADOWEJ ADMINISTRACJI PUBLICZNEJ

Transkrypt

1 Zakł ad Sieci (Z-2) WYBRANE ASPEKTY ELEKTRONICZNEJ ŁĄCZNOŚCI MULTIMEDIALNEJ STOSOWANEJ W NOWOCZESNYCH JEDNOSTKACH SAMORZADOWEJ ADMINISTRACJI PUBLICZNEJ Zadanie nr 3 Metody pomiarowe do oceny parametrów QoS platformy łączności elektronicznej używanej do udostępniania usług multimedialnych na potrzeby nowoczesnych jednostek administracji samorządowej Praca nr Warszawa - Miedzeszyn Grudzień 2008 r.

2 - 1 -

3 Zakł ad Sieci (Z-2) Zadanie nr 3 Metody pomiarowe do oceny parametrów QoS platformy łączności elektronicznej używanej do udostępniania usług multimedialnych na potrzeby nowoczesnych jednostek administracji samorządowej Praca nr Kierownik projektu: mgr inż. Dariusz Gacoń Opracował zespół w składzie: mgr inż. Gut Henryk kierownik zadania inż. Waldemar Latoszek inż. Sylwester Nowak mgr inż. Jacek Saniewski mgr inż. Włodzimierz Zalewski Warszawa - Miedzeszyn Grudzień 2008 r

4 SPIS TREŚCI 1 WPROWADZENIE Wstęp Przedmiot i cel pracy USŁUGI MULTIMEDIALNE STOSOWANE W NOWOCZESNYCH URZĘDACH JEDNOSTEK SAMORZĄDOWYCH WYMAGANIA NA JAKOŚĆ PRZEKAZU MULTIMEDIALNEGO Uwagi ogólne Wideotelefonia Charakterystyka funkcjonalna usługi Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi Wideokonferencja Charakterystyka funkcjonalna usługi Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi Wideotekst usługi transakcyjne Charakterystyka funkcjonalna usługi Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi ANALIZA WPŁYWU PARAMETRÓW QoS PLATFORMY ŁĄCZNOŚCI ELEKTRONICZNEJ NA JAKOŚĆ PRZEKAZU MULTIMEDIALNEGO Model odniesienia komunikacji multimedialnej nowoczesnego urzędu jednostki samorządowej Analiza wpływu parametrów QoS warstwy dostępowej na jakość przekazu aplikacji multimedialnych Analiza wpływu parametrów QoS warstwy szkieletowej na jakość przekazu aplikacji multimedialnych PRZEGLĄD I CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA METOD OCENY JAKOŚCI PRZEKAZU MULTIMEDIALNEGO Uwagi ogólne Metody oceny subiektywnej Metody oceny obiektywnej Parametryczne metody oceny PODSUMOWANIE LITERATURA...35 ZAŁĄCZNIK 1: Specyfikacja pomiarów podstawowych parametrów QoS dla sieci pakietowych oraz jakości usług VoIP i IP TV

5 1 WPROWADZENIE 1.1 Wstęp Przemiany społeczno-gospodarcze, które dokonują się obecnie w krajach wysoko rozwiniętych i w Polsce, mogą być postrzegane jako proces transformacji społeczeństwa przemysłowego w społeczeństwo informacyjne XXI-wieku. Przemianom tym towarzyszy intensywny rozwój zarówno technik informatycznych (komputery, oprogramowanie), jak i telekomunikacyjnych. Te ostatnie migrują w kierunku inteligentnych sieci telekomunikacyjnych, umożliwiających świadczenie tzw. usług około telefonicznych oraz usług przekazywania wiadomości za pomocą co najmniej dwóch środków przekazu, takich jak mowa, ruchomy obraz, grafika itp., zwanych często mediami. Potrzeba wprowadzenia takiej kompleksowej wymiany informacji występuje zarówno w systemach informacji naukowej, medycznej, jak i w systemach edukacyjnych, bankowych, czy też w systemach komunikacji elektronicznej, używanych coraz częściej przez jednostki samorządowe administracji publicznej. Tę nową technikę komunikacji tworzą z jednej strony potrzeby bardziej ekspresyjnego, czyli multimedialnego komunikowania się ludzi, zaś z drugiej strony wzrost możliwości operacyjnych sprzętu komputerowego i coraz to większa przepływność współczesnych systemów telekomunikacyjnych. Drugim wyraźnie wyeksponowanym trendem w rozwoju współczesnej telekomunikacji jest rozwój struktur sieciowych w kierunku jednolitej, konwergentnej architektury sieciowej opartej na szybkiej transmisji pakietowej z rodziną protokołów TCP/IP. Obecnie protokoły te są stosowane nie tylko w komputerowych sieciach rozległych, takich jak sieć Internet, ale także w sieciach lokalnych i coraz częściej w sieciach telekomunikacyjnych. Telekomunikacja XXIwieku to zatem wielo-medialna wymiana wiadomości cyfrowych, przesyłanych w jednolitej strukturze pakietów niezależnie od tego, czy pakiety te zawierają zakodowane sygnały audio i/lub wideo, czy też sygnały transmisji danych

6 1.2 Przedmiot i cel pracy Wyżej nakreślona wizja konwergentnej sieci telekomunikacyjnej z jednolitym protokołem komunikacyjnym, takim jak protokół TCP/IP sieci Internet, jest niewątpliwie rozwiązaniem kuszącym. Jednakże urealnienie tej wizji w skali globalnej, przy obecnym stanie technologicznym, nie jest przedsięwzięciem technicznie prostym, i jako takie wymaga rozwiązania wielu trudnych problemów. Szereg z nich koncentruje się wokół problematyki gwarantowania odpowiedniego poziomu jakości usług transportowych dla przekazów multimedialnych z zastosowaniem tego typu sieci. Wprowadzenie elektronicznych form kontaktu urzędu z obywatelem, a także komunikacji elektronicznej pomiędzy komórkami organizacyjnymi wewnątrz danego urzędu, czy też między urzędami różnych szczebli, wynikające z inicjatywy eeurope 1, wymaga budowy odpowiedniej infrastruktury teleinformatycznej w urzędach jako takich oraz wdrożenia szerokiego zakresu usług sieciowych. Z uwagi na ważność i poufność przekazywanych danych oraz multimedialny charakter tych przekazów, realizacja tych usług powinna być oparta na rozwiązaniach organizacyjnych i sieciowych gwarantujących jakość oferowanych usług QoS (od ang. Quality of Sernice). Problematyka ta, odniesiona do systemów komunikacji multimedialnej nowoczesnych urzędów jednostek samorządowych opartych na pakietowej łączności elektronicznej, jest przedmiotem niniejszej pracy. W szczególności praca ta zawiera: opis funkcjonalny usług multimedialnych, takich jak: wideotelefonia, wideokonferencja i wideotekst, które są lub mogą być stosowane w nowoczesnych urzędach jednostek samorządowych oraz specyfikację parametrów QoS (na poziomie aplikacji) dla tych usług (rozdz. 2); specyfikację platformy łączności elektronicznej systemów łączności multimedialnej wyżej wymienionych urzędów oraz analizę wpływu parametrów transmisyjnych tej platformy na jakość aplikacji multimedialnych stosowanych w tych urzędach (rozdz. 3); przegląd i charakterystykę ogólną wybranych metod do oceny przekazu multimedialnego z grupy metod oceny subiektywnej, obiektywnej i parametrycznej (rozdz. 4) oraz specyfikacje pomiarów podstawowych parametrów QoS dla sieci pakietowych oraz pomiarów jakości usług VoIP i IP TV, z użyciem analizatora sieci IP firmy Agilent typu N2620A, zakupionego ze środków inwestycyjnych IŁ-PIB z 2008 roku. 1 Zapisy zawarte w Inicjatywie eeurope zobowiązują organy administracji publicznej wszystkich i państw członkowskich Unii Europejskiej, a zatem i Polski, do świadczenia usług na rzecz obywateli i przedsiębiorców w oparciu o łączność elektroniczną i komunikację multimedialną

7 2 USŁUGI MULTIMEDIALNE STOSOWANE W NOWOCZESNYCH URZĘDACH JEDNOSTEK SAMORZĄDOWYCH WYMAGANIA NA JAKOŚĆ PRZEKAZU MULTIMEDIALNEGO 2.1 Uwagi ogólne Najogólniej rzecz biorąc, usługi multimedialne to taka kategoria łączności, która umożliwia zdalne przekazywanie wiadomości pomiędzy odbiorcami za pomocą co najmniej dwóch środków przekazu, takich jak: mowa, ruchomy obraz, tekst, grafika, itp., zwanych często mediami. Zwykle usługi te są utożsamiane z tzw. serwerami usług, które reprezentują sobą pewne zestawy urządzeń, realizujących funkcje przechowywania i udostępniania materiału multimedialnego związanego z danymi usługami. Serwery określonych usług multimedialnych są zależne od tych usług i są przez nie całkowicie definiowane. Z tego względu w dalszej części pracy nie będą omawiane techniczne rozwiązania serwerów, lecz jedynie usługi, które je funkcjonalnie definiują. Usługi multimedialne, realizując w ramach sesji wiele połączeń telekomunikacyjnych, mogą łączyć ze sobą wielu uczestników, a także dodawać i/lub usuwać źródła informacji, czy też dołączać dodatkowych uczestników sesji lub ich eliminować. Usługi te są powszechnie kojarzone z takimi pojęciami, jak: biblioteka wideo, programy edukacyjne, tele-zakupy, usługi bankowe, wideotelefonia, wideokonferencja, poczta elektroniczna, gry komputerowe, wideo na żądanie, serwis informacyjny i reklamowy itd. Powołana przez Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną specjalna Komisja Studiów SG16 (Multimedia Services and Systems) wszystkie te aplikacje sklasyfikowała w pięć, standaryzowanych kategorii usług multimedialnych, takich jak: wideotelefonia, wideotekst, interaktywna prezentacja audiowizualna, wideokonferencja oraz telekonferencja audiograficzna. Jak wcześniej wspomniano, inicjatywa eeurope zobowiązuje organy władzy publicznej do świadczenia usług na rzecz obywateli i przedsiębiorców w oparciu o łączność elektroniczną i komunikację multimedialną. Wprowadzenie elektronicznych form kontaktu urzędu z obywatelem, a także komunikacji elektronicznej pomiędzy komórkami organizacyjnymi wewnątrz danego urzędu, czy też między urzędami różnych szczebli, rzecz jasna nie będzie obejmować wszystkich z wyżej wymienionych kategorii usług multimedialnych. Uwzględniając specyfikę tych kontaktów z jednej strony i korzyści ze stosowania elektronicznych form kontaktu ze strony drugiej, można zaryzykować stwierdzenie, że kontakty te będą realizowane z wykorzystaniem jedynie trzech kategorii usług multimedialnych, takich jak: wideotelefonia (PSTN lub IP), wideokonferencja (PSTN lub IP) oraz niektóre aplikacje wideotekstowe ( , elektroniczna skrzynka podawcza, EDI, strony informacyjne WWW), realizowane głównie na bazie sieci Internet. Z tego względu tylko te kategorie usług multimedialnych są omawiane w dalszej części rozdziału. W odniesieniu do każdej z nich podaje się krótką charakterystykę funkcjonalną usługi oraz specyfikuje się wymagania odnośnie tych parametrów QoS jakości świadczenia usługi na poziomie aplikacji, które są istotne dla tych aplikacji

8 2.2 Wideotelefonia Charakterystyka funkcjonalna usługi Wideotelefonia jest rozumiana jako [17, 24] usługa telekonwersacji audiowizualnej, która umożliwia przeprowadzanie na bieżąco dwukierunkowej, symetrycznej transmisji głosu i ruchomych kolorowych obrazów pomiędzy dwoma dowolnymi abonentami, za pomocą istniejących sieci telekomunikacyjnych. Usługa ta może być dostępna za pośrednictwem urządzeń terminalowych wolno stojących, tzw. wideotelefonów lub odpowiednio wyposażonych komputerów osobistych typu IBM PC. Za datę wprowadzenia wideotelefonii uważa się powszechnie rok 1964, kiedy to amerykańska firma AT&T po raz pierwszy zaprezentowała urządzenie umożliwiające równoczesny przekaz głosu i wolnozmiennych obrazów osób rozmawiających z użyciem publicznej komutowanej sieci telefonicznej. W początkowym okresie rozwoju, wideotelefonia ze względu na wysokie koszty zarówno urządzeń terminalowych, jak eksploatacji była dedykowana głównie dla abonentów biznesowych i z tego względu rozwijała się bardzo wolno. Na przełomie lat 1990/1991 na rynku pojawiły się wideotelefony nowej generacji, umożliwiające przesyłanie głosu i ruchomego obrazu z szybkością odświeżania ok.20 ramek/sek.. Przykładem takich urządzeń jest wideotelefon T-View 100 firmy Alcatel. Wyglądem zewnętrznym przypomina on typowy telefon (rys ), uzupełniony ekranem ciekłokrystalicznym i wbudowaną w niego mini-kamerą telewizyjną. Na ekranie wyświetlany jest obraz ruchomy, przedstawiający na ogół rozmówcę z drugiego końca łącza, zaś kamera filmuje twarz osoby korzystającej z wideotelefonu. W ten sposób abonenci połączenia wideofonicznego słyszą i widzą się nawzajem. Rys Wideotelefon stacjonarny T-View 100 firmy Alcatel Od 1999 roku usługa wideotelefonii jest także oferowana w sieciach UMTS telefonii komórkowej trzeciej generacji 2. Tak jak wideotelefon stacjonarny, wideokomórka ma wbudowaną kamerę cyfrową i kolorowy ekran ciekłokrystaliczny, i jest wyposażona w odpowiednie kodeki gwarantujące identyczną jakość dźwięku jak przy połączeniach 2 Telefon komórkowy o takich możliwościach zaprezentowała między innymi firma Panasonic na wystawie CeBIT 2000 w Hanowerze - 7 -

9 kablowych. Wideokomórka ma także wbudowany interfejs PC Card, który jest używany do komunikacji z komputerem PC z prędkością 76,8 kbit/s. Inną, burzliwie rozwijającą się formą wideotelefonii jest komunikacja multimedialna z użyciem sieci IP, realizowana pomiędzy komputerami osobistymi wyposażonymi w kamery telewizyjne i odpowiednie oprogramowanie. W celu zapewnienia jednolitego standardu dla implementacji tej usługi w sieciach IP, w ramach prac normalizacyjnych ITU-T opracowano zalecenie H.323 [30], specyfikujące architekturę (rys ), która umożliwia realizację połączeń wideo-telefonicznych w sieciach pakietowych, pomiędzy urządzeniami pochodzącymi od różnych producentów. Urządzenia wej/wyj audio Kodek audio G.711, G.722 G.723, G.728, G.729 RTP Urządzenia we/wy wideo Aplikacje danych użytkownika Kodek wideo H.261, H.263 Kontrola systemu Warsttwa H Interfejs do sieci Interfejs użytkownika do kontroli i zarządzania Zarządzanie H.245 Sygnalizacja Q.931 Kontrola RAS Rys Struktura terminalu H.323 Typowe terminale wideo-telefoniczne na ogół generują ciągły strumień danych utworzony z dwóch wzajemnie zsynchronizowanych strumieni medialnych, z których jeden przenosi sygnały audio, zaś drugi sygnały wideo. Sygnały audio są poddawane procesowi kompresji, który może być realizowany zgodnie z jednym z niżej wymienionych zaleceń: G.711 ITU-T (kodowanie podstawowego sygnału telefonicznego, z pasmem od 300 do 3400 Hz, sygnałem cyfrowym o przepływności 64 kbit/s); G.722 ITU-T (kodowanie sygnału audio z pasmem użytkowym Hz strumieniem cyfrowym o przepływności 64 kbit/s); G.723 ITU-T (kodowanie podstawowego sygnału telefonicznego sygnałem cyfrowym o przepływności: 40 kbit/s, 32 kbit/s lub 24 kbit/s); G ITU-T (kodowanie sygnału audio dostosowane do potrzeb standardu H.324 dla sieci z transmisją modemową, wykorzystujące algorytm ACELP, który zmniejsza wymaganą przepływność binarną sygnału cyfrowego do 5,3 kbit/s lub do 6,4 kbit/s); G.728 ITU-T (kodowanie sygnału telefonicznego z pasmem użytkowym od 300 do 3400 Hz sygnałem cyfrowym o przepływności binarnej 16 kbit/s, przy wynikowym opóźnieniu kompresji mniejszym od 2 ms i jakości sygnału odtworzonego porównywalnej z bardzo dobrej jakości sygnałem telefonicznym); - 8 -

10 G.729 ITU-T (kodowanie podstawowego sygnału telefonicznego z użyciem algorytmu CS - ACELP (Conjugate Structure - Algebraic CELP), zapewniającego dalsze zmniejszenie wymaganej przepływności binarnej do 8 kbit/s). Kompresja sygnałów wideo może być z kolei realizowana z użyciem metody kompresji zgodnej z zaleceniem: H.261 ITU-T, specyfikującym zasady kompresji sygnału wizyjnego według algorytmu CIF (Common Intermediate Format) oraz QCIF (Quarter CIF); H.263 ITU-T, definiującym metodę kompresji sygnału wideo według algorytmu SQCIF. W terminalach H.323 dane wychodzące z kodeka wideo są organizowane w makro bloki (MB) przenoszące grupę 256 pikseli (dane wideo) oraz dodatkowe informacje sterujące, które łącznie z informacjami przenoszonymi przez nagłówek grupy bloków (GOB) umożliwiają dekodowanie obrazu po stronie odbiorczej. Całkowita liczba ramek z kodeka audio jest pakowana do pakietu RTP (zgodnie z zaleceniem H.225.0), ograniczonego długością samych ramek oraz całkowitą liczbą bitów przypadającą na jeden pakiet. Dokument RFC 1980, opisujący wykorzystanie protokołu RTP do transmisji głosu, sugeruje wysyłanie pakietu z próbkami, co 20 ms. Tak uzyskane strumienie audio i wideo są następnie przetwarzane za pomocą oddzielnych sesji protokołu RTP (Real Time Protocol), zapewniającego transmisję w czasie rzeczywistym sygnałów z atrybutami czasu rzeczywistego. Funkcje transmisyjne dla protokołu RTP realizuje protokół UDP, który jest odpowiedzialny za zwielokrotnienie i kontrolę poprawności transmisji (CRC) utworzonych strumieni medialnych. Do jego podstawowych zadań należy zapewnianie poprawnej kolejności przesyłanych informacji, zabezpieczenie przed powtórzeniami, bez gwarancji wiarygodności transmisji. Pracę protokołu RTP wspiera również protokół RTCP (Real-time Transport Control Protocol), dostarczający mechanizmów dla synchronizacji przenoszonych ramek audio i wideo dla sesji czasu rzeczywistego. Protokół RTCP przetwarzając znaczniki czasowe, umieszczone w nagłówkach pakietów RTP, zapewnia zachowanie sekwencji przesyłanych pakietów (z danymi wideo i audio), a także kontroluje opóźnienia pomiędzy kolejnymi pakietami. Oprócz tego przenosi także identyfikator warstwy transportowej źródła RTP, który w odbiorniku jest wykorzystywany do synchronizacji sygnałów audio i wideo. Pomimo ulepszenia transportu pakietów w czasie rzeczywistym przez sieć IP, protokół RTP nie ma mechanizmów rezerwujących zasoby sieci, zatem nie gwarantuje wymaganej jakości usługi. Sytuację tę zmienia protokół RSVP, który może rezerwować zasoby dla strumienia RTP. Protokół rezerwacji zasobów RSVP jest protokołem sygnalizacji zdefiniowanym przez IETF, przenoszącym żądania QoS przez sieć. RSVP wypełnia lukę pomiędzy aplikacją, systemem operacyjnym i mechanizmami QoS specyficznymi dla nośnika sieciowego. Protokół RSVP wysyła komunikaty w formacie, który jest od tego nośnika niezależny, dzięki czemu możliwa jest obsługa QoS w całej ścieżce transmisyjnej w sieciach, które łączą różne rodzaje niskopoziomowych urządzeń sieciowych. Datagram przygotowany przez protokół RTP jest z kolei opatrzony nagłówkiem warstwy UDP, a następnie enkapsulowany w pakiety protokołu IP. Protokół IP, który jest odpowiedzialny za przesyłanie datagramów pomiędzy użytkownikami sieci, jest protokołem bezpołączeniowym. Oznacza to, że w trakcie transmisji nie sprawdza się poprawności datagramów przesyłanych przez sieć. Nie ma zatem gwarancji ich dostarczenia, ponieważ mogą one zostać po drodze zagubione przekłamane lub uszkodzone. Jeżeli w trakcie transmisji został wykryty błąd, to pakiet jest niszczony przez stację, która ten błąd wykryła. W takim przypadku nie ma żadnych powtórzeń transmisji i kontroli przepływu danych. Funkcje korekcji i wykrywania błędów transmisji muszą być wykonane przez protokoły innych warstw

11 2.2.2 Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi Wymaganiem " minimum" dla usługi wideotelefonii jest, aby w normalnych warunkach pracy, przekazywana informacja wideo była wystarczająca dla odzwierciedlenia na ekranie ruchu ciągłego u osoby biorącej udział w telekonwersacji. Na podstawie kryterium jakości świadczenia usługi (Quality of Service) wyróżnia się następujące kategorie wideotelefonii, a mianowicie: wąskopasmową PSTN [27] dla publicznej komutowanej sieci telefonicznej, wąskopasmową UMTS dla sieci komórkowej 3-generacji, wąskopasmowa ISDN [25] dla sieci N-ISDN, wąskopasmowa IP dla sieci pakietowej oraz szerokopasmową [26] dla sieci B-ISDN / ATM. Jakość wideotelefonii małej szybkości, ze względu na wąskie pasmo przekazu oraz inne ograniczenia techniczne, jest z natury rzeczy ograniczona i z tego względu usługa ta raczej nie jest odpowiednia dla wielu praktycznych zastosowań profesjonalnych. W przypadku tej usługi mniejszą przepustowość sieci wykorzystuje się tak efektywnie, jak to tylko jest możliwe realizując metody elastycznego wykorzystania kanału do transmisji sygnałów: fonii, obrazu ruchomego i nieruchomego, a także sygnałów danych. Tabela Przepływności wymagane w wideotelefonii Rodzaj wideotelefonii Wymagana przepływność [kbit/s] Wąskopasmowa PSTN Wąskopasmowa UMTS Wąskopasmowa ISDN Wąskopasmowa IP Szerokopasmowa >2048 Tabela Dopuszczalne opóźnienia wymagane w wideotelefonii Rodzaj danych Sygnały audio Sygnały wideo Dopuszczalne opóźnienie [ms] Dopuszczalne względne opóźnienie [ms]

12 2.3 Wideokonferencja Charakterystyka funkcjonalna usługi Usługa wideokonferencji jest rozumiana [1, 2, 22] jako taka usługa audiowizualna, która umożliwia przeprowadzanie w czasie rzeczywistym (tzn. na bieżąco) telekonferencji, w której pomiędzy uczestnikami " spotkania", usytuowanymi w różnych miejscach globu ziemskiego, są wymieniane sygnały foniczne razem ze stowarzyszonymi, kolorowymi obrazami ruchomymi, przedstawiającymi na ogół uczestników tego spotkania. Oprócz funkcji głównej (przekazywanie fonii i stowarzyszonych obrazów ruchomych), usługa ta udostępnia także przekazywanie danych innego rodzaju, takich jak: obrazy nieruchome wysokiej rozdzielczości, pliki tekstowe, dokumenty itd. Usługa daje również możliwość jednoczesnej prezentacji wszystkim uczestnikom konferencji wcześniej zarejestrowanych sekwencji audio-wideo, a także zapamiętanych dokumentów tekstowych i obrazów graficznych z możliwością ich adnotacji i uaktualniania. Model funkcjonalny usługi wideokonferencji jest pokazany na rys Według tego modelu uczestnicy wideokonferencji, wyposażeni w odpowiednie terminale multimedialne (TMM) o strukturze funkcjonalnej pokazanej na rys , mają dostęp do serwera wideokonferencji (SWK) przez tzw. zespół sterowania wielopunktem (MCU Multipoint Control Unit). Ten ostatni jest elementem funkcjonalnym sieci telekomunikacyjnej i jest dostępny w taki sam sposób, jak każdy abonent sieci. Steruje on wymianą informacji multimedialnych pomiędzy uczestnikami konferencji, a także zapewnia dostęp do zasobów serwera wideokonferencji. TMM TMM TMM Sieć telekomunikacyjna MCU SK SWK AOK BD ZOMM POMM Rys Model funkcjonalny wideokonferencji i architektura serwera. Oznaczenia wyjaśniono w tekście W serwerze wideokonferencji, oprócz sterownika komunikacyjnego (SK) i aplikacji obsługi konferencji (AOK), wyróżnia się trzy główne bloki funkcjonalne: pamięć obiektów multimedialnych (POMM), zarządcę obiektów multimedialnych (ZOMM) oraz bazę danych (BD). Pamięć POMM przechowuje obiekty multimedialne wideokonferencji, takie jak: zapisy wideo uczestników konferencji, transkrypcje sygnałów fonicznych, wspólne dokumenty (obszary) robocze prezentowane w czasie konferencji, odtwarzane sekwencje wideo, a także pojedyncze " klatki" zapisów wideo, wykorzystywane do przyszłych specyficznych prezentacji. Zarządca obiektów multimedialnych, tak jak typowy serwer informatyczny, ma wbudowanych wiele funkcji do manipulacji obiektami multimedialnymi przechowywanymi w POMM. Najważniejszymi z nich są funkcje: transkrypcji, generacji wskaźnika mówcy i wskaźnika słowa kluczowego, konwersji kodów, lokalizacji wskaźnika-kursora. W bazie danych są

13 przechowywane dane alfanumeryczne, wytwarzane przez wyżej wymienione funkcje ZOMM, a także inne dane niezbędne do eksploatacji i zarządzania wideokonferencją Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi Wymaganiem minimum" dla warstwy aplikacyjnej wideokonferencji jest, aby w " normalnych warunkach pracy przekazywana informacja wideo była wystarczająca dla właściwego odzwierciedlenia w obrazach (wyświetlanych zarówno w oknie głównym, jak i w oknach podrzędnych ekranu) ruchu ciągłego dwóch lub więcej osób biorących udział w spotkaniu. W związku z tym, najniższą możliwą jakością obrazu, dopuszczalną w wideokonferencji, jest rozdzielczość obrazu wynosząca 128x96 punktów (tabela 2.3-1), a najwyższą rozdzielczość 408x1152 punkty. Dźwięk jest przesyłany w paśmie telefonicznym, przy przepływnościach od 16 do 46kbit/s, lub z podwyższoną jakością z pasmem 7 khz, przy transmisji 48/56 kbit/s. Wymaga się także, aby sekwencje wideo były zsynchronizowane z głosem uczestników oraz innymi przesyłanymi informacjami (tabela 2.3-2). Rodzaj konferencji Wąskopasmowa ISDN Szerokopasmowa ISDN, ATM, LAN Pakietowa o gwarantowanej przepływności Pakietowa bez gwarantowanej przepływności Analogowa sieć telefoniczna Tabela Przepływności wymagane w wideokonferencji Kompresja H.263, H.261 Sygnały wideo Rozdzielczość [punkty] 144x x x96 do 1408x x96 do 1408x x96 do 408x x96 do 352x288 Sygnału audio Kompresja Pasmo [khz] G.711 3,1 G.722, G.728 7,0 G.277 G.722 G.728 G.277 G.722 G.728 G.277, G.722, G.728, G.723, G.729 G.723 3,1 Tabela Dopuszczalne opóźnienia wymagane w wideokonferencji Rodzaj danych Sygnały audio Sygnały wideo Dopuszczalne opóźnienie [ms] Dopuszczalne względne opóźnienie [ms] 10 Wymagana przepływność [kbit/s] ,1 7, ,1 7, ,1 7,

14 2.4 Wideotekst usługi transakcyjne Charakterystyka funkcjonalna usługi Usługa wideotekstu (VT) jest definiowana jako teleusługa [20], która użytkownikom terminali wideotekstowych umożliwia komunikowanie się z bazami danych oraz innymi aplikacjami komputerowymi za pomocą odpowiednich standaryzowanych procedur dostępowych, wykorzystując publiczne sieci telekomunikacyjne. Przekazywane wiadomości mają tu na ogół postać informacji alfanumerycznych i/lub graficznych (obrazy nieruchome), które dodatkowo mogą być uzupełniane sygnałami fonicznymi. Dostęp do bazy danych jest realizowany pod bezpośrednią lub pośrednią kontrolą użytkownika. Usługa wideotekstu z definicji udostępnia oprogramowanie, które dostawcom informacji daje możliwość tworzenia, utrzymania i zarządzania bazami danych, a także możliwość zarządzania tzw. zamkniętą grupą użytkowników. Praktyczne aplikacje usługi są proste w obsłudze zarówno dla zwykłego użytkownika, jak i dla specjalisty. Przekazywane wiadomości są prezentowane na ekranach odpowiednio zmodyfikowanych odbiorników telewizyjnych lub innych terminali ekranowych, takich jak np. komputery osobiste. Istnieje wiele praktycznych aplikacji usługi wideotekstowej. Jednakże zastosowaniami najbardziej popularnymi z punktu widzenia nowoczesnych urzędów jednostek samorządowych wydają się być: strony WWW, poczta elektroniczna, elektroniczna wymiana dokumentów (EDI) oraz elektroniczna skrzynka podawcza. Wszystkie wyżej wymienione aplikacje funkcjonują z użyciem publicznej, komutowane sieci telefoniczne i/lub sieci transmisji danych, co czyni je usługami ogólnodostępnymi (każdy posiadacz popularnego PC wyposażonego w modem może być abonentem usługi wideotekstowej) Wymagania na QoS dla warstwy aplikacyjnej usługi W usługach wideotekstowych, na poziomie warstwy aplikacyjnej, zawsze jest wytwarzany jeden strumień informacyjny, w którym na ogół są przenoszone dane tekstowe razem z uzupełniającymi te dane plikami dyskowymi, zawierającymi różnego rodzaju dokumenty, kody programów, zakodowane obrazy nieruchome, czy też odtwarzalne (w terminalach odbiorczych) sekwencje audio i/lub wideo. Ponieważ z definicji usługi wideotekstowe stosują bezpołączeniowy przekaz wiadomości, więc nie są tu specyfikowane jakiekolwiek formalne wymagania odnośnie szybkości i opóźnień tego przekazu. Wymaga się jedynie, aby wiadomości te były przekazywane z możliwie niewielką wynikową stopą błędów, zależną od konkretnej aplikacji (tabela 2.4-1). Tabela Wynikowa stopa błędów BER wymagana na poziomie warstwy aplikacyjnej typowych usług wideotekstowych Rodzaj usługi wideotekstowej BER Poczta elektroniczna ( ) 10-5 Strony sieci WWW 10-5 Elektroniczna wymiana dokumentów (EDI) 10-7 Elektroniczna skrzynka podawcza

15 3 ANALIZA WPŁYWU PARAMETRÓW QoS PLATFORMY ŁĄCZNOŚCI ELEKTRONICZNEJ NA JAKOŚĆ PRZEKAZU MULTIMEDIALNEGO 3.1 Model odniesienia komunikacji multimedialnej nowoczesnego urzędu jednostki samorządowej Zgodnie z planem informatyzacji państwa na lata urzędy jednostek administracji samorządowej powinny umożliwić obywatelom zdalny dostęp do elektronicznych dokumentów urzędu i upowszechniać zarówno elektroniczną formę kontaktów obywateli z urzędem, jak i elektroniczny sposób załatwiania spraw, z możliwością śledzenia biegu tych spraw w urzędzie. W tym celu każdy urząd powinien posiadać: elektroniczną skrzynkę podawczą, system elektronicznego obiegu dokumentów wewnątrz urzędu, elektroniczny system archiwizacji dokumentów oraz bazę formularzy obowiązujących w urzędzie (w formie elektronicznej), dostępną dla petentów. Jednym słowem urzędy te powinny powszechnie korzystać z aplikacji wideotekstowych zarówno w relacji urząd-obywatel, jak i urzędnikurzędnik tego samego lub oddzielnych urzędów. Z uwagi na oszczędność czasu i pieniędzy, wymiana informacji pomiędzy pracownikami tego samego lub oddzielnych urzędów powinna być dokonywana z użyciem multimedialnych form przekazu informacji, takich jak: wideokonferencja, telefonia lub wideotelefonia internetowa. Elektroniczna forma wymiany informacji zarówno wewnątrz urzędu, jak i pomiędzy urzędami wymaga utworzenia optymalnego systemu łączności elektronicznej, gwarantującego przepływ informacji multimedialnych na odpowiednio wysokim poziomie jakości QoE. W ogólnym przypadku, w systemie tym wyróżnia się dwie warstwy (rys ), takie jak: warstwa łączności miejscowej, tworzona na bazie lokalnej sieci komputerowej (LAN) urzędu i wykorzystywana do multimedialnego przekazu informacji wewnątrz urzędu oraz warstwa łączności zewnętrznej, tworzona w oparciu o platformę szerokopasmowej sieci dostępowej i platformę sieci szkieletowej opartej zwykle na sieci pakietowej IP lub ATM z gwarantowaną jakością przekazu QoS. Urząd "A" Urząd "B" FireWall LAN Serwer urzędu "A" FireWall LAN Serwer urzędu "B" Platforma dostępowa SIP MCU Platforma dostępowa Platforma sieci IP QoS Rys Model odniesienia komunikacji multimedialnej nowoczesnego urzędu; gdzie: MCU serwer usługi wideokonferencji internetowej, SIP serwer usługi wideotelefonii internetowej

16 Warstwa łączności zewnętrznej jest wykorzystywana do komunikacji urzędu z otoczeniem (obywatele, firmy, inne urzędy) z użyciem wyżej wymienionych usług multimedialnych i to ona stanowi wąskie gardło tej komunikacji, gwarantując lub nie wynegocjowane parametry jakości QoE świadczenia tych usług. Szerzej problematyka ta jest omawiana w kolejnych punktach tego rozdziału. 3.2 Analiza wpływu parametrów QoS warstwy dostępowej na jakość przekazu aplikacji multimedialnych Współczesne sieci telekomunikacyjne są rozwijane w kierunku architektur z coraz to mniejszą liczbą węzłów usługowych, zdolnych do świadczenia coraz to szerszej gamy usług telekomunikacyjnych i obsługi coraz to większej liczby abonentów. Konsekwencją takiego stanu rzeczy jest powiększanie się obszarów dostępowych sieci, które w coraz to większym stopniu są tworzone w oparciu o sieci cyfrowe z architekturą pasywnej lub aktywnej światłowodowej techniki dostępowej. Jednakże ostatni kilometr z tych obszarów sieci, ze względów ekonomicznych, nadal jest tworzony w oparciu o istniejące media transmisyjne, takie jak: kable telekomunikacyjne, linie energetyczne niskiego napięcia, kable koncentryczne w sieciach CATV. W tym obszarze sieci, cyfrowy kanał dostępowy do serwerów usług multimedialnych może być tworzony z użyciem czy to modemów transmisji danych pasma telefonicznego, czy też bardziej wyrafinowanych technik dostępowych, takich jak techniki cyfrowej linii abonenckiej xdsl [15, 16, 18, 47, 51]. Techniki te różnią się między sobą zarówno gwarantowanym zasięgiem transmisji, jak i udostępnianymi możliwościami transportowymi. Ponieważ możliwości transportowe tych technik są zdecydowanie mniejsze od przepływności binarnych łączy światłowodowych, więc faktycznie to one stanowią wąskie gardło telekomunikacji multimedialnej, i jako takie są dalej szczegółowo omawiane. Techniki cyfrowego łącza abonenckiego (xdsl) działają w obszarze abonenckiej sieci dostępowej i jako medium transmisyjne wykorzystują telekomunikacyjne kable miejscowe, z żyłami miedzianymi lub bimetalowymi, o izolacji z polietylenu jednolitego lub piankowego, lub typu foam-skin. W tym obszarze sieci dostępowej, najważniejszym medium transmisyjnym pozostaje nadal symetryczna para przewodów miedzianych, a szerokość pasma podstawowego 0,3 3,4 khz nie wynika z własności transmisyjnych linii abonenckiej, lecz z przepustowości filtrów instalowanych w punktach styku linii z siecią transportową. Bez tych filtrów kable miedziane mogą bowiem przenosić pasmo do około 1 MHz, a jedynym ograniczeniem dla szybkości transmisji jest długość kabla i jakość jego wykonania. Możliwość tę wykorzystują dalej opisane techniki: HDSL (High data rate Digital Subscriber Line) symetrycznego cyfrowego łącza abonenckiego ; ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) asymetrycznego cyfrowego łącza abonenckiego oraz VDSL (Very high data rate Digital Subscriber Line) cyfrowego łącza abonenckiego o bardzo dużej szybkości transmisji. Technika HDSL [18, 53] umożliwia dwukierunkowe przesyłanie strumieni E1 (PCM 2,048 Mbit/s) lub T1 (PCM 1,544 Mbit/s) na jednej, dwóch lub trzech parach przewodów miedzianych. Jednoparowe łącze HDSL jest często wyróżniane jako technika transmisyjna SDSL (Single-pair Digital Subscriber Line). Charakteryzuje się ona mniejszym zasięgiem transmisji (tabela 3.2-1) niż HDSL kilku-parowy, lecz jej podstawową zaletą jest to, że wykorzystuje tylko jedną parę przewodów miedzianych, którą zawsze dysponuje abonent. W modemach symetrycznego cyfrowego łącza abonenckiego, sygnał liniowy jest tworzony w oparciu o modulację 2B1Q lub CAP (Carrrierless Amplitude Phase Modulation); przy czym modulacja 2B1Q jest stosowana w łączach HDSL z transmisją: jedno-, dwu- lub trzy- parową, zaś modulacja CAP-64 i CAP-128 odpowiednio w łączach HDSL dwu- i jedno- parowych

17 Tabela Przeciętny zasięg transmisji systemów HDSL w kablach miedzianych, z izolacją polietylenową Średnica żyły Przeciętny zasięg transmisji [km] [mm] HDSL 1-parowy HDSL 2-parowy Kod 2B1Q Kod CAP-128 Kod 2B1Q Kod CAP-64 0,4 3,1 3,3 3,7 4,0 0,5 4,8 5,0 5,4 5,7 0,8 9,2 9,4 10,7 11,0 Technika ADSL [18, 50, 53] została opracowana w laboratoriach Bellcore w USA pod koniec lat 80. Technika ta wywodzi się od wcześniej omówionej techniki HDSL, a jej podstawową cechą jest to, że prędkość transmisji od sieci do abonenta jest większa niż prędkość w kierunku przeciwnym. Obecnie są stosowane dwa rodzaje technik transmisyjnych ADSL, tzn. szerokopasmowa technika ADSL oraz technika ADSL G.Lite o zmniejszonej przepływności transportowej (tabela 3.3-2). W łączach cyfrowych ADSL obydwu rodzajów, ze względu na stosowany sposób modulacji wieloczęstotliwościowej DMT (Discrete Multi-Tone), podkanały używane do przesyłania sygnałów cyfrowych są lokalizowane w paśmie częstotliwości powyżej 25 khz. Dolny zakres częstotliwości (0,3 3,4 khz) nie jest ani wykorzystywany, ani zakłócany przez transmisję cyfrową i jako taki może być wykorzystywany do przesyłania sygnałów podstawowej usługi telefonicznej (POTS). Tabela Przepływność transportowa i przeciętny zasięg transmisji systemów ADSL w kablach miedzianych o średnicy 0,5 [mm], z izolacją polietylenową Przepływność transportowa [kbit/s] Zasięg transmisji [km] ADSL klasyczny ADSL G.Lite ADSL ADSL Od sieci Do sieci Od sieci Do sieci klasyczny G.Lite , , , ,7 Technika VDSL [18, 47, 52] jest pewnym uzupełnieniem techniki ADSL, i jako taka umożliwia uzyskanie większych prędkości transmisji skrętką przewodów miedzianych, ale na mniejszych odległościach (tabela 3.2-3). Podobnie jak ADSL jest techniką asymetryczna, tzn. do abonenta przenosi znacznie większy strumień danych niż od abonenta do sieci. Ze względu na stosowaną metodę modulacji DWMT, opartą na tzw. transformacie falkowej (wavelet transform), kanały cyfrowego łącza VDSL zajmują pasmo powyżej 300 khz. W ten sposób pasmo podstawowej usługi telefonicznej (POTS) jest tu poszerzone o pasmo kanałów 2B+D podstawowej usługi ISDN. Tabela Zalecane prędkości i średni zasięg dla transmisji łącza VDSL w parze przewodów miedzianych o średnicy 0,5 mm Strumień do abonenta [Mbit/s] Strumień od abonenta [Mbit/s] Zasięg transmisji [km] 12, ,5 25,82 19,2 1,0 51,84 51,84 0,3 Wyżej omówione techniki cyfrowego łącza abonenckiego xdsl mają różne zasięgi i odmienne możliwości transportowe. W strukturze współczesnych sieci dostępowych techniki te są najchętniej stosowane jako uzupełnienie (na odcinku kilometra lub kilku kilometrów) pasywnej lub aktywnej sieci światłowodowej, chociaż dwie z nich (HDSL i ADSL) mogą i

18 często są używane jako autonomiczne, szerokopasmowe systemy dostępowe. Biorą pod uwagę ich możliwości transportowe i gwarantowaną wiarygodność transmisji, z jednej strony, i wymagania na przepływność aplikacji multimedialnych wykorzystywanych przez urzędy jednostek samorządowych, ze strony drugiej, nietrudno zauważyć, że jedynie techniki HDSL i VDSL (jednakże na odległość nie większą niż 300-metrów) mogą pełnić funkcję warstwy dostępowej dla komunikacji multimedialnej tych urzędów (tabela 3.2-4). Tabela Możliwości wykorzystania technik transmisyjnych xdsl jako warstwy dostępowej w systemach komunikacji multimedialnej nowoczesnych urzędów jednostek samorządowych Warstwa transportowa usługi Rodzaj usługi multimedialnej Łącze SDSL Łącze HDSL; Długość łącze ADSL [km]: Długość łącza VDSL [km]: 5,0 [km] 5,7 [km] 2,7 3,7 4,0 4,8 0,3 1,0 1,5 Wideotelefonia wysokiej jakości Tak Tak Nie Nie Nie Nie Tak Nie Nie Wideokonferencja Tak Tak Nie Nie Nie Nie Tak Nie Nie Usługi wideotekstowe Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak Techniki xdsl działają w obszarze abonenckim sieci telefonicznej, wykorzystują istniejącą infrastrukturę kabli miedzianych z tego obszaru i jako takie są narażone na oddziaływanie różnych czynników zewnętrznych, które mogą prowadzić do degradacji przepływności binarnej łącza i/lub wiarygodności transmisji znacznie poniżej gwarantowanego poziomu QoS, ustalonego w czasie sprzedaży usługi przez operatora. W większości przypadków degradacja ta jest następstwem nieprawidłowej eksploatacji sieci przez personel techniczny operatora, polegającej na: pozostawianiu odgałęzień w liniach abonenckich, rozbiciu par i utracie symetrii doziemnej linii oraz niewłaściwym wypełnianiu telekomunikacyjnego kabla miejscowego usługami cyfrowymi. Odgałęzienia w linii abonenckiej na ogół powstają wtedy, kiedy abonent rezygnuje z usługi i jego linia jest rozłączana w dwóch miejscach, tzn. na krosownicy centralowej oraz w szafie krosowniczej położonej najbliższej abonenta odłączanego. Gdy zachodzi potrzeba dołączenia nowego abonenta, to do tego celu zwykle jest wykorzystywana odłączona uprzednio para kabla magistralnego. W takim przypadku do pary kabla magistralnego dołączone zostają dwie linie abonenckie, z których jedna (łącząca kabel magistralny z szafką krosowniczą abonenta odłączonego) pozostaje nieobciążona tworząc odgałęzienie linii aktywnej. Tego typu odgałęzień może być nawet kilka w jednej pętli abonenckiej. Występowanie odgałęzień w linii abonenckiej jest niezauważalne dla transmisji sygnałów telefonicznych, natomiast jest wysoce niepożądane w przypadku transmisji xdsl. Szkodliwość odgałęzień przejawia się bowiem: powstawaniem echa własnego i obcego, zmniejszeniem mocy transmitowanego sygnału, a także zanikiem niektórych częstotliwości. Te niepożądane efekty prowadzą do zmniejszenia stosunku S/N mocy sygnału do mocy szumu i w konsekwencji do spadku wiarygodności transmisji (w przypadku łączy HDSL), a także do zmniejszenia się przepływności wynikowej łącza, co ma miejsce w przypadku transmisji ADSL i VDSL. Rozbicie par kabla, które może występować na krosownicy centralowej i/lub w szafie krosowniczej, czy też w tzw. mufach kablowych, na ogół objawia się utratą symetrii doziemnej linii abonenckiej. W konsekwencji linia taka, sama będąc źródłem zakłóceń, na zasadzie wzajemności, staje się bardziej podatna na absorbowanie zarówno sygnałów generowanych przez usługi cyfrowe przesyłane w sąsiednich liniach tego samego kabla, jak i zakłóceń zewnętrznych, wytwarzanych przez: bliskie i dalekie wyładowania atmosferyczne, różnego rodzaju procesy przemysłowe, radiostacje krótkofalowe, pojazdy mechaniczne itd. Konsekwencją tego może być trwałe zwiększenie poziomu zakłóceń w linii, a przez to utrzymująca się degradacją poziomu QoS, odnoszącego się zarówno do gwarantowanej

19 wiarygodności transmisji (systemy HDSL), jak i zapewnianej przepływności transportowej łącza (systemy ADSL i VDSL). Niewłaściwe wypełnianie kabla telekomunikacyjnego usługami cyfrowymi, które polega czy to na zbyt dużym stopniu zapełnienia kabla tymi usługami, czy też na ich prowadzeniu w parach tej samej czwórki kablowej lub w parach czwórek przyległych, skutkuje na ogół znacznym wzrostem poziomu zakłóceń i w konsekwencji degradacją gwarantowanego poziomu QoS usługi. Dzieje się tak z powodu trudności w uzyskaniu i utrzymaniu stanu idealnej symetrii linii abonenckich zawartych w rzeczywistym kablu telekomunikacyjnym. Wskutek występowania sprzężeń elektromagnetycznych między liniami, sygnały elektryczne przesyłane w tych liniach przenikają z jednej pary kablowej do drugiej. Ze względu na nieidealną symetrię par, sygnały przenikające do poszczególnych przewodów tych par nie kompensują się wzajemnie i powodują powstanie zakłócającego napięcia różnicowego między tymi przewodami. Jako istotne rozróżnia się dwa rodzaje przeników (rys ), a mianowicie: przenik zbliżny (NEXT Near End Crosstalk) i przenik zdalny (FEXT Far End Crosstalk). Para zakłócająca O N 1 2 NEXT Para zakłócana N O N 1 Para zakłócająca O N 2 FEXT O Para zakłócana Rys Przenik zbliżny NEXT i zdalny FEXT Przenik zbliżny NEXT jest szczególnie niekorzystny w takich przypadkach, kiedy w kablu z parami nie ekranowanymi znajdą się linie abonenckie wykorzystywane do transmisji sygnałów cyfrowych w obydwu kierunkach transmisji, a pasma sygnałów nadawanych i odbieranych pokrywają się. Wynika z tego, że przeniki zbliżne nie występują, jeżeli w kablu ma miejsce jedynie transmisja jednokierunkowa, tzn. kiedy po jednej stronie kabla są tylko nadajniki, po drugiej tylko odbiorniki. Jeżeli zakłócenia te powstają od takiego samego systemu transmisyjnego, wówczas pasma obu systemów pokrywają się, a powstałe przeniki SNEXT (Self NEXT) należą do najbardziej szkodliwych. Przenik zdalny FEXT powstaje wtedy, kiedy dwa sygnały lub więcej (o pokrywających się widmach) przesyłane są w tym samym kierunku, lecz w różnych torach abonenckich. Na skutek zjawiska indukcji elektromagnetycznej, do odbiornika na drugim końcu toru transmisyjnego mogą docierać wtedy, oprócz sygnału podstawowego, sygnały mające swe źródło w torach sąsiednich. Jeżeli zakłócenia te powstają od takiego samego systemu transmisyjnego, wówczas pasma obu systemów pokrywają się, i mamy do czynienia z przenikiem SFEXT (Self FEXT), bardziej szkodliwym niż przenik FEXT. Poziom zakłóceń wywołanych zjawiskiem przeniku zbliżnego i zdalnego zależy w dużej mierze od rodzaju kabla (parowy, czy czwórkowy), ułożenia par kablowych, skoku skrętu par, podziału par w kablu na ekranowane grupy, długości linii abonenckiej, ilości i właściwości spektralnych (widma) sygnałów zakłócających, źródeł częstotliwości pracy i szerokości przenoszonego pasma. Przez właściwą lokalizację usług cyfrowych w kablu

20 telekomunikacyjnym może on być jednakowoż znacznie zmniejszany, a negatywne oddziaływanie na siebie tych usług w znacznym stopniu zredukowane. Każde z wyżej omówionych niewłaściwych działań eksploatacyjnych operatora prowadzi w konsekwencji albo do wzrostu stopy błędów pierwotnych w eksploatowanym kanale cyfrowym (łącza SDSL i HDSL), albo do degradacji przepływności transportowej kanału, co ma miejsce w systemach ADSL i VDSL, i wynika z właściwości adaptacyjnych tych systemów. W obydwu przypadkach, działania te spowodują trwały spadek wynikowej szybkości transferu danych na poziomie warstwy aplikacyjnej przenoszonych usług multimedialnych. W zależności od stopnia degradacji tej szybkości, ujemne skutki tych działań mogą się objawiać wyczuwalnym pogorszeniem poziomu jakości świadczonej usługi, polegającym na występowaniu czkawki w przekazach audio, czy też drżeniem i smużeniem wyświetlanych obrazów. Ze względu na niską, dopuszczalną stopę błędów w transmisjach xdsl 3) negatywne skutki tych działań dotyczyć mogą jedynie tych usług, które przekazują strumienie z danymi czasu rzeczywistego, i których łączna wymagana przepływność binarna na poziomie pakietowym usługi jest niewiele mniejsza od przeciętnej przepływności transportowej zastosowanego łącza xdsl. 3) Dopuszczalna, systemowa stopa błędów w łączach cyfrowych xdsl wynosi

21 3.3 Analiza wpływu parametrów QoS warstwy szkieletowej na jakość przekazu aplikacji multimedialnych Od wielu lat dążeniem projektantów warstwy szkieletowej sieci telekomunikacyjnych, jak również projektantów sieci komputerowych, jest stworzenie takiej infrastruktury technicznej, która umożliwiłaby efektywne przekazywanie informacji związanej z różnorodnymi klasami aplikacji (usługami) opartymi na przekazie mowy, danych, obrazów ruchomych (wideo) i nieruchomych. Sieć spełniającą te wymagania nazywa się siecią wielo-usługową (multi-service). Zasadniczą trudnością przy opracowaniu właściwej techniki telekomunikacyjnej dla sieci wielo-usługowej jest zagwarantowanie należytej jakości przekazu informacji przez sieć dla każdej z oferowanych klas aplikacji. Ogólnie ujmując, dostępne klasy aplikacji różnią się pomiędzy sobą zarówno typem (profilem) ruchu generowanego do sieci, wymaganą przepływnością bitową, jak i wymaganiami dotyczącymi jakości przekazu. Jest zatem oczywiste, że spełnienie w sieci wielo-usługowej tak przeciwstawnych wymagań dotyczących jakości przekazu informacji, przy użyciu tej samej infrastruktury, wymaga zarówno nowych rozwiązań architektonicznych, jak i technik telekomunikacyjnych. Obecnie w zasadzie istnieją dwa rodzaje sieci: realizująca głównie usługę przekazu mowy i ukierunkowana na przekaz danych. Pierwsza z tych sieci jest oparta na technice komutacji kanałów, druga zaś na technice komutacji pakietów. Zatem zasadniczym problemem przy realizacji sieci wielo-usługowej jest zapewnienie przekazu mowy w sieci z komutacją pakietów lub zapewnienie przekazu danych w sieci z komutacją kanałów. Do realizacji sieci wielo-usługowej opracowano wiele technik, w tym technikę N-ISDN (Narrowband Integrated Services Digital Network) [10] opartą na komutacji kanałów oraz technikę ATM (Asynchronous Transfer Mode) opartą na komutacji pakietów. Obie te techniki, w swoich założeniach, mają pewne mechanizmy służące zapewnieniu odpowiedniej jakości obsługi dla każdej z klas aplikacji. Faktem jest, iż obecnie najbardziej rozwiniętą siecią mającą pewne cechy sieci wielo-usługowej, jest globalna sieć Internet, oparta na technice komutacji pakietów z zastosowaniem protokołu IP (Internet Protocol). Liczba abonentów sieci Internet jest obecnie porównywalna z liczbą abonentów sieci telefonicznej, zaś ruch przenoszony w tej sieci w niektórych krajach przekroczył ruch telefoniczny i stale wzrasta. Sieć Internet obecnie nie zapewnia wprawdzie wymaganej jakości przekazu, jednak rekompensatą może być atrakcyjność i bogactwo dostępnych w sieci usług (aplikacji) i mały koszt opłat. W ostatnim czasie obserwuje się duże zainteresowanie wprowadzeniem do sieci Internet usługi przekazu mowy VoIP (Voice over IP). Rozpowszechnienie tej usługi może doprowadzi w konsekwencji do przejęcia realizacji rozmów telefonicznych przez sieć IP. Biorąc to pod uwagę, sieć Internet należ y obecnie traktować jako poważnego kandydata do przekształcenia się w sieć wielo-usługową, oferującą wszystkie dostępne obecnie aplikacje, w tym również usługi multimedialne wszystkich kategorii oraz podstawową usługę telefoniczną. Obecnie czynnikiem ograniczającym atrakcyjność Internetu jest to, że nie zapewnia ona należytej jakości przekazu informacji. Dlatego też wprowadza się do sieci Internet dodatkowe elementy zapewniające wymaganą jakość obsługi, tj. odpowiednie architektury sieci i skojarzone z nimi mechanizmy QoS (Quality of Service). Obecnie są nimi dalej opisane architektury: IntServ, DiffServ i MPLS Model IntServe był pierwszym modelem opracowanym przez organizację IETF, zajmującą się standaryzacją Internetu. Podstawową własnością tego modelu jest jego zorientowanie na przesyłanie informacji w relacji pomiędzy punktami końcowymi połączenia. Aby każdej transmisji pakietów zagwarantować odpowiednie parametry QoS należy przydzielić odpowiednie zasoby sieciowe dla każdej sesji. Do tego celu wykorzystywany jest protokół sygnalizacyjny RSVP (Resource ReServation Protocol), który jest odpowiedzialny za definiowanie i rezerwację zasobów sieciowych niezbędnych do przesyłania pakietów oraz zestawianie logicznych dróg połączeniowych dla tej transmisji. W modelu tym (rys ) elementem inicjującym rezerwację jest stacja nadająca A, która informuje odbiorcę B o chęci przesłania danych oraz o wymaganej dla tej sesji jakości transmisji. Odbywa się to za pomocą

22 wysłania komunikatu PATH. Odbiorca rezerwuje zasoby wzdłuż całej ścieżki od nadawcy do odbiorcy przez wysłanie zwrotnie komunikatu RESERVE. Komunikat ten dociera do wszystkich routerów, znajdujących się na tej drodze. W przypadku dostępności wymaganych zasobów rezerwacja zostaje uaktywniona i stacja nadająca może przesyłać dane. Protokół RSVP oparty jest na koncepcji tzw. miękkiego stanu (soft state), co oznacza konieczność okresowego powtarzania rezerwacji. Rezerwacja zasobów wzdłuż ścieżki może zostać anulowana po wysłaniu stosownego komunikatu, lub gdy stany rezerwacyjne nie zostaną odświeżone w zadanym czasie. Parametry rezerwacji dla sesji mogą być zmieniane dynamicznie i są uaktualniane przez komunikaty odświeżające. Należy podkreślić, że RSVP nie jest protokołem doboru trasy, a służy jedynie do rezerwacji zasobów na trasie wybranej przez funkcjonujące w sieci protokoły routingu. Sesja określona jest poprzez adres IP oraz identyfikator portu i typ protokołu transportowego odbiorcy danych, co pozwala na jednoznaczną identyfikację pakietów należących do danej sesji. Dla każdej sesji należy przydzielić odpowiednie zasoby sieciowe i obsługiwać ją zgodnie z parametrami QoS do niej przypisanymi. W ramach tego modelu zdefiniowane zostały dotychczas dwie klasy usług: usługa GS (Guaranted Service), gwarantująca szerokość pasma transmisyjnego, ograniczenie maksymalnych opóźnień w relacji nadawca-odbiorca i brak strat pakietów spowodowanych kolejkowaniem pakietów w buforach urządzeń sieciowych 3 oraz usługa kontrolowanego obciążenia CL (Controlled Load Service) 4. komunikat PATH komunikat PATH komunikat PATH IBM RS/6000 nadawca A komunikat RESV komunikat RESV IBM RS/6000 odbiorca B komunikat RESV Rys Zasada działania protokołu RSVP Elementem wyróżniającym architekturę DiffServ, od wcześniej przedstawionej architektury IntServ, jest zastosowanie tzw. agenta przydzielania pasma (Bandwidth Broker). Agent ten odpowiada za: realizację funkcji AC (Admission Control), zarządzanie zasobami sieci oraz za funkcje związane z konfiguracją routerów brzegowych. Funkcje te są realizowane tylko w węzłach brzegowych sieci. Zakłada się, iż sieć szkieletowa jest odpowiednio przewymiarowana, aby nie stanowić ograniczenia dla przekazu pakietów. Istota architektury DiffServ polega na tym, że routery brzegowe obsługują pojedyncze strumienie pakietów, 3 Klasa GS jest przeznaczona dla aplikacji wymagających transmisji w czasie rzeczywistym, wrażliwych na opóźnienia tranzytowe, jak na przykład transmisja danych audio i video. 4 Usługa ta nie zapewnia tak silnych gwarancji dotyczących jakości QoS, jak klasa GS. Jeżeli strumień danych należy do klasy CL, router przydziela do niego takie zasoby, aby możliwa była obsługa z jakością dostępną w sieci obciążonej, ale nie nadmiernie. Wraz ze wzrostem obciążenia, w odróżnieniu od usługi best effort, jakość obsługi dla klasy CL nie powinna się pogarszać w sposób znaczący