CC BY
33
16 декабря 2011 r. 18:03
Т-Comm #10-2010
(Технологии информационного общест ва)
Оценка параметров технических средств проведения интернет-обучения
Важным фактором организации дистанционного образования является правильное построение и выбор технических средств, которые позволяют устанавливать и поддерживать сеанс связи на определенном уровне в зависимости от установленных условий. Рассматриваются требования к пропускной способности канала связи и типы трафика, характерные для интернет-обучения.
Луняшнн И.В.
Форма построения Интернет-обучения (e-learning), с точки фепня ее создания, обеспечивает единый тип интерфейса всех категорий пользователей, универсальную структуру пользователей и их прав, единые форматы хранения информации, технологии работы и многое другое, что позволяет простыми средствами интегрировать накопленные в системе образования научный, методический, образовательный и технический потенциалы. информационные ресурсы и технологии.
Варианты Дистанционного Интернет-обучения, существующие на сегодняшний день, организуются как оффлайновые (off-line) или онлайновые (on-line) формы реализации образовательного процесса, очевидно, что последняя форма обучения является наиболее близкой к традиционной форме наиболее доступного и эффективного очного образования.
Онлайновые (синхронные, проходящие по расписанию) лекции, семинары предполагают следующую схему работы: к назначенному времени учащиеся обращаются на соответствующий образовательный портал, где регистрируются, после чего в назначенный период проводятся занятия. Занятие ведет преподаватель, отвечая на вопросы "слушателей” в онлайновом режиме - либо в чате, либо с помощью звуковых приложений. На рисунке I приведена структурная схема организации рабочего места преподавателя (тьютора) [2]. Важным аспектом является выбор самой системы видсо-конфсрнц-связи (ВКС). которая должна поддерживать минимальный набор видео- и аудио стандартов при организации работы по проводным сетям. Широко используемой функцией ВКС является электронная доска, которая дает возможность участникам персональной видеоконференции в отдельном окне рисовать, вводить и редактировать текстовые или графические данные, используя различные инструменты редактирования и рисования. Данная функция предоставляет возможность управлять совместной разработкой схем, диаграмм.
При такой структуре имеется возможность применения технологий теле- или видео-конференций, хотя это накладывает определенные требования на пропускную способность используемых канатов связи. С информационных позиций при проведении онлайновых форм дистанционного образования (ДО) качество работы сети является более критичным для передачи звука, чем изображения. в том смысле, что потеря нескольких кадров подчас совсем незаметна. Потеря же пакетов при передаче звука более заметна, особенно прн диалоге, к примеру, между преподавателем и студентом. Любые повреждения пакетов становятся наиболее ощутимыми.
когда используется сжатие, потенциально приводящее к потере уже целых блоков данных. Для проведения видеоконференции необходимо иметь цифровой канал с пропускной способностью пе менее 56-128 Кбит/с. Приемлемое качество видео получается при скорости передачи около 200 Кбит/с, а для достижения высокого качества изображения нужна скорость свыше 300 Кбит/с [1). Соответствующие рекомендации (стандарт Н.323) для проведения видеоконференций по 1Р сетям, были приняты Международным Союзом Электросвязи (ГГО-Т) в 19% г.
Сс*дии*ив* с памльмо* япя, C«TV« 1ММПМ. Па Сяет+wt ВКС МТП
юшшт «уреи
О
а /
Рис. 1. Организация рабочего места тьютора при проведении видеоконференции
Требования при передаче звука определяются необходимым качеством. Гак для получения полосы 6 Кгц нужно 64 Кбит/с, а для уровня, сопоставимого с СО -1,4 Мбит/с. Применение сжатия информации позволяет снизить эти требования в 4-8 раз. Общепринятыми стандартами для сжатия изображения при видеоконференциях являются ЛРНО, МР1Ю, Н.261.
При всей важности стандартов на аудио- и видсоко-дски не меньшее значение для передачи мультимедийной информации имеет и подгруппа стандартов для контроля вызовов, в том числе для установления соединения, управления потоками, контроля доступа, передачи служебных сообщений и т. п. Ключевым компонентом этой подгруппы является так называемый протокол управляющего канала Н.245 для передачи служебной информации во время сеансов Н.323. Он применяется для согласования взаимоприемлемых параметров конечными точками, открытия и закрытия логических каналов. передачи сообщений для управления потоками и других необходимых команд и запросов.
Различные виды трафика приложений реального времени (трафик с аудио и видеоинформацией), тран-
70
закций (рабочие сессии приложений баз данных (БД)) проявляют повышенную чувствительность к задержкам времени доставки, либо к доступной/реальной пропускной способности каналов связи. Дтя приложений теле- и видеоконференций (интерактивного потокового видео-
режима) одинаково важны и требования к времени задержки и к пропускной способности [']. в таблице I приведены нормы качества обслуживания, установленные для видсо-конфсрснц-связн в проводных сетях [4]
Таблица 1
Показатели качества обслуживания
Параметр качества Приемлемое качество Высокое качество
Пропускная способность От 384 до 512 кбит/с выше 512 кбит/с
Число потерянных и ошибочных пакетов 0.5 -2% менее 0,5%
Частота смены калров От 15 до 24 кадров/с Выше 24 кадров/с
Время задержки пакетов (в зависимости от длины маршрута) от 100 до 400 мс 11е более 100 мс
Джиттер (для видео-конференц-связи на базе стандарта Н.323) От 10 до 40 мс менее 10 мс
Характерный для ДО трафик можно условно разделит!. на три категории, отличающиеся друг от друга уровнем требований к задержке при передаче данных [5]:
• Трафик реального времени включает в себя аудио- и видеоинформацию, критичную к задержкам при передаче. Допустимые значения задержек обычно не превышают 0,1 с. (сюда входит время на обработку пакетов конечной станцией). Кроме того, задержка должна иметь малые флуктуации (с ними связан эффект "дрожания"). При сжатии информации трафик данной категории становится очень чувствительным к ошибкам при передаче, а из-за жестких требований к задержкам при передаче потоков в режиме реального времени возникающие ошибки не могут быть исправлены с помощью повторной посылки.
• Трафик транзакций. При передаче этого вида трафика задержки не должны превышать 1 с. В противном случае пользователи будут вынуждены прерывать работу и ждать ответа на свои сообщения, потому что только после получения ответа они могут продолжить отправлять свои данные. Такая схема обмена информацией снижает производительность труда, а разброс в значениях задержек может привести к возникновению чувства дискомфорта у пользователей. В некоторых случаях превышение допустимого времени задержек приводит к сбою рабочей сессии.
• График данных. Задержки при передаче трафика этой категории могут иметь практически любые значения и достигать даже нескольких секунд. Дтя такого трафика полоса пропускания более важна, чем время задержек: увеличение пропускной способности сети влечет за собой уменьшение времени передачи. Приложения. передающие большие объемы данных, разработаны. в основном, так, что захватывают всю доступную полосу пропускания сети. Редкими исключениями являются приложения потокового видео. Для них важны и пропускная способность и минимизация времени задержки.
На практике реальная скорость передачи данных всегда будет ниже номинальной потому, что. во-первых, часть полосы пропускания канала уходит на передачу
служсоных данных, а во-вторых, скорость при передаче данных существенно зависит от расстояния и уровня помех. Многочисленные исследования показывают, что реальная пропускная способность сети составляет 30% -60% от максимальной; после этого наступает насыщение и неминуемы заторы. Например, реальная пропускная способность 10-мегабитного ШЬегае! - около 3 Мбит/с.
Исходя из количества пользователей, участвующих в сеансе связи ДО. при расчете следует учитывать факторы:
1. допустимой скорости доступа к информации с каждого рабочего места;
2. планируемой почасовой нагрузки на одно рабочее место;
3. типов Интернет-сервисов, доступ к которым будет осуществляться с каждого рабочего места.
При этом необходимо помнить, что различные сервисы Интернет обеспечивают различную эффективную нагрузку на канал, так. например, пользование почтовым сервисом нагрузка составляет порядка 5%, а организация видео/аудио конференции через Интернет даже с одного рабочего места обеспечит загрузку канала на 100%.
Большинство фирм-поставщиков решений для видео-и телеконференций рекомендуют пропускную способность одного потока от 8-ми кбит/с. Для нормальной работы рекомендуется обеспечить реальную пропускную способность одного потока в канале от 20 кбит/с.
Перечисленные особенности функционирования сети позволяют приступить к определению характеристик сопутствующего ДО обменного процесса.
На практике пропускная способность IР-канала связи ^'копала рассчитывается по формуле:
Кама (I)
где V,,, - скорость одного потока (для одного абонента); Каб - количество одновременно передаваемых потоков.
Например, для передачи 60 потоков по 20 КБит/с необходим канат 1.2 Мбит/с. а для передачи 2000 потоков по 20 кбит/с необходим канал 40 Мбит/с. 11римеры расчетов пропускной способности канала приведены в табл. 2.
71
Таблица 2
Примеры расчетов пропускной способности канала
Скорость потока Максимальная аудитория (человек) Требуемая пропускная способность. Мбит/с Пример типа канала
20 кбит/с 60 1,2 Т1
60% 20 кбит/с, 40% 80 кбит/с 100 4.4 Fractional ТЗ
80 кбит/с 100 8 10 Мб/с fractional ТЗ
20 кбит/с 2000 40 ТЗ
Таким образом, можно выделить характеристики технических средств ДО в глобальной сети, которые в наибольшей степени влияют на обменные операции образовательного процесса:
• Реальная скорость канала связи;
• Количество потоков в канале - количество участников аудио- или телеконференции;
• Скорость одного потока;
• Качество передачи данных/представления информации
• Для видеоконференции разрешение видео и качество звука;
• Для аудиоконференции качество передачи голоса;
• Для обмена файлами (почта, просмотр \veb-страниц) - скорость передачи и объем передаваемых данных.
Дтя видео- и аудиоконференций качество передачи данных можно задавать и требуемой скоростью передачи данных, т.к. эти характеристики жестко связаны.
Нели предусматривается двусторонняя (обратная) связь при проведении конференции, то должно быть образовано два потока - в одну сторону и в обратную. В этом случае количество потоков в канале будет определяться суммой;
Нели при заданных качестве передачи данных У|и и реальной пропускной способности V™™ требуемое количество абонентов не сможет быть обслужено, в этом случае надо либо уменьшить качество передачи данных, либо использовать более высокую .
В случае, когда для проведения видео- и/или телеконференций выделяется не вся ширина канала или в текущем сеансе участвует не максимально возможное количество обучаемых, канал связи загружен не полностью и параллельно с поведением интерактивных занятий можно проводить файловую рассылку учебных данных и почтовый обмен.
Приведенные данные применительно к организации онлайновых форм ДО позволяют считать наиболее ресурсозатратной формой проведение занятий - семинаров. отличающихся наиболее полным использованием различных типов преимущественно мультимедийных сервисов.
При этом ясно, что одновременное проведение нескольких рашых по форме и содержанию занятий должно сопровождаться проведением предварительного планирования. либо оперативного диспетчирования сетевых ресурсов в первую очередь канальных ресурсов па участке от источника образовательной информации до провайдера, обслуживающего дистанционный образовательный процесс.
N^ = N', + N4
(2)
где N^ - общее количество участников конференции. \ ^ - количество участников, которым будет доступна обратная связь. В зависимости от технической реализации -
1, если где-то имеется прокси-сервер.
= который распределяет поток
п. если установлена многоточечная связь
При проведении одновременно нескольких независимых конференций, использующих один канал связи, то - суммарное количество образуемых потоков в канале. При этом должно соблюдаться условие V г N < Г . / - количество конференции, про-
^ ян. л) I шми
водимых одновременно, г - скорость передачи данных. определяемая качеством вещания конференции /.
Литература
1. Прохоров А. 1Р-телефония и видеоконференции//
Журнал «Компьютер Пресс», 2004. 1Ж1~:
http://www.compress.ru/articlc.aspx7idH 2122&ііі1“4б7 (дата
обращения 11.12.2009).
2. Ьакалов В.П., Крук Б.И. Дистанционное обучение: концепция, содержание, управление. - М.: Горячая линия -Телеком. 2008. - 107с.
3. Абросимов Л.И., Трушснко М.А. Исследование характеристик видеотрафика// Электронный журнал Вычислительные сети. Теория и практика. - 2001. - ІЖЬ: Ьпр://псішогк-]оигпа1.трсі.ас.ги/сді-Ьіп/таіп.рГ?1=тіі&п=1 (дата обращения
20.10.2009).
4. Телематические службы. Руководящий документ отрасли. - 2001,40 с.
5. Листопад Н.И. Обеспечение качества обслуживания в сетях с коммутацией пакетов. 2009. ІЖІ.: www.mpt.gov.by/File/2009 02yListopad.pdf (дата обращения
10.11.2009).
72
