Аппаратные средства поддержки дистанционного обучения

С технической точки зрения процесс дистанционного обучения при помощи современных телекоммуникационных средств представляет собой доставку больших объемов информации от центральной точки (учебного заведения, преподавателей) во множество удаленных локальных точек (учебных классов или отдельных студентов) с одновременным обеспечением возможности передачи существенно меньшего количества информации от каждой локальной точки в центр.

В системе дистанционного обучения существуют разнообразные телекоммуникационные технологий и протоколы. Можно выделить как традиционные технологии (телефония, радио, телевидение), так и новые, требующие более широких полос пропускания сигнала (доступ к сети Интернета, аудио- и видео по запросу, видеоконференции, удаленный доступ к локальным сетям, объединение удаленных сегментов локальных сетей, интернет- сети).

В настоящее время аналоговые системы связи в меньшей степени отвечают требованиям дистанционного образования, хотя

из-за своей доступности они могут использоваться для телефонии и низкоскоростной передачи данных, в частности по протоколу Х.25. Более высокими скоростями передачи отличаются выделенные цифровые каналы связи, построенные на основе медных кабелей, волоконно-оптических линий, беспроводных и спутниковых каналов связи. Но их строительство и аренда обходятся значительно дороже. Развиваются очень перспективные сети с асинхронным режимом передачи ATM (Asynchronous Transfer Mode), позволяющие передавать с максимальной эффективностью любые виды трафика, чувствительного к задержкам, и масштабировать полосу пропускания. Могут использоваться услуги сетей с ретрансляцией кадров (Frame Relay), обычно базирующиеся на выделенных линиях и поддерживающие многоточечные топологии.

Итак, в настоящее время можно выделить следующие наиболее реальные направления развития широкополосных сетей: создание гибридной кабельной (волоконно-оптические линии и коаксиальные кабели) или только кабельной инфраструктуры с использованием кабельных модемов; усовершенствование существующей инфраструктуры телефонных кабелей за счет применения новых технологий, в частности xDSL и устройств на их основе; создание сети доступа на основе беспроводных и спутниковых технологий.

Использование гибридной кабельной (волоконно-оптические линии и коаксиальные кабели) или кабельной инфраструктуры с использованием кабельных модемов пока ограничено слабым развитием инфраструктуры. Создание волоконно-оптической сети, хотя и является перспективным направлением, связано с большим затратами.

Гибридная сеть организуется так: от передающего узла до распределительного центра прокладывается оптическое волокно, а далее до помещения пользователя проводится коаксиальный кабель. Помимо передачи высококачественного телевизионного сигнала по этой же сети также передаются данные и, в частности, предоставляется доступ в Интернет. Например, по такой технологии с начала 2000 г. компания «Комкор» ведет прокладку и эксплуатацию в Москве широкополосных сетей по предоставлению услуг кабельного телевидения и доступа в Интернет. Такое предоставление широкополосного доступа пользователям услуг позволяет организовать системы дистанционного обучения.

В целом же по России, учитывая объем требуемых капиталовложений и сопротивление традиционных операторов связи проникновению на рынок альтернативных операторов, не приходится рассчитывать на то, что эта гибридная сеть будет постепенно вытеснять или на равных конкурировать с традиционной телефонной сетью.

Таким образом, можно сделать вывод, что только существующие телефонные сети общего пользования могут стать сегодня прообразом будущей сети с полным набором услуг. Только телефонные сети имеют более или менее развитую инфраструктуру, и только они способны хоть как-то удовлетворить растущий спрос в информационных услугах.

Рассмотрим вначале узкополосную цифровую сеть с интеграцией услуг ISDN (Integrated Service Digital Network). Существуют два типа узкополосной ISDN: ISDN BRI (скорость до 144 Кбит/с) и ISDN PRI (скорость до 2048 Кбит/с). Кроме того, существует еще и такая сеть, как В-ISDN (Broadband ISDN), или широкополосная ISDN.

Из операторов, реально имеющих сеть и предоставляющих такую услугу, как ISDN, можно выделить, например, Comstar и GlobalOne. Первый начал предлагать услуги цифровой сети ISDN еще в 1994 г. Благодаря ISDN стало возможным предложить пользователям целый пакет различных услуг, включая передачу голоса, данных и видео по одной сети с высоким качеством передаваемого сигнала. Сеть ISDN помимо голосового канала дает возможность доступа в Интернет, а также проводить сеансы видеоконференции с партнерами.

Для передачи высококачественного видеосигнала, например для предоставления услуги «видео по запросу», данная технология практически не приспособлена. Все определяется пропускной способностью канала, а 2 Мбит/с явно не достаточно для одновременной передачи голоса, данных и высококачественного видео, даже в случае передачи по одному единственному каналу, поэтому сеть ISDN без какого-либо серьезного технологического прорыва вряд ли станет сетью с полным набором услуг.

Технология ISDN имеет ряд недостатков: высокая стоимость оборудования сетей и клиентского оборудования, его сложность, наличие несовместимых стандартов. Развертывание сети ISDN становится нецелесообразным в условиях быстрого развития других технологий, в частности xDSL или ATM. Для России, где подобную сеть со всей ее инфраструктурой нужно создавать заново, это вообще становится экономически нецелесообразным.

для широкого круга пользователей, а также сетей передачи данных, удовлетворяющих потребностям рынка образовательных услуг.

В настоящее время для организации цифрового доступа на абонентском участке чаще всего используются медные телефонные линии. Именно поэтому на первый план выходят технологии, позволяющие не создавать пока новую инфраструктуру, а вполне успешно использовать старую. Это технологии высокоскоростной передачи данных ADSL, IDSL, HDSL, RADSL, SDSL, VDSL, HDSL2, SHDSL и другие, объединенные под общим названием xDSL, где х — символ, обозначающий конкретный тип технологий высокоскоростных цифровых абонентских линий DSL (Digital Subscriber Line). С использованием одной из технологий DSL возможно предоставление голосового трафика, подключение удаленных компьютеров, объединение локальных вычислительных сетей, организация соединения с провайдером, услуга «видео по запросу» или «платное ТВ», дистанционное обучение и др. Технологии xDSL позволяют перейти на новый технологический уровень использования медных линий, который обеспечивает достаточную пропускную способность для любого из предлагаемых пользователю приложений. При этом может быть организована не только выделенная линия с двумя модемами (например, при использовании технологии HDSL), но и цифровая абонентская линия, соединяющая станционное оборудование с модемом пользователя (ADSL или VDSL). В последнем случае сохраняется возможность передачи низких частот в высокочастотном спектре по той же самой абонентской линии обычной аналоговой телефонной связи.

Так как передача сигналов голоса при традиционной телефонной связи осуществляется в очень узкой полосе частот, то на других, более высоких частотах может осуществляться передача данных, т.е. обе эти технологии могут спокойно сосуществовать в пределах одной линии.

Появление большого числа отличающихся друг от друга технологий xDSL поставило ряд проблем даже перед поставщиками услуг. Главная из них — проблема выбора именно той технологии, которая подходит наилучшим образом для конкретного пользова

теля или провайдера. Рассмотрим более подробно отдельные технологии xDSL.

ADSL (.Asymmetric Digital Subscriber Line) — асимметричная цифровая абонентская линия, была разработана в начале 90-х годов XX в. и внедрена в 1993 г. Такая асимметрия в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения», когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения, делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям и др. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают.

Технология ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. Технология ADSL позволяет без существенных затрат сохранить традиционный сервис и предоставить дополнительные услуги, среди которых: сохранение традиционного телефонного сервиса; высокоскоростная передача данных со скоростью до 8 Мбит/с клиенту и до 1,5 Мбит/с — от него; высокоскоростной доступ в Интернет; передача одного телевизионного канала с высоким качеством, организация услуги «видео по запросу»; дистанционное обучение.

По сравнению с альтернативными кабельными модемами и волоконно-оптическими линиями главное преимущество ADSL состоит в том, что для нее используется уже существующий телефонный кабель. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются частотные разделители (сплиттеры): один — на АТС и один — у абонента. К абонентскому разделителю подключаются обычный аналоговый телефон и ADSL-модем, который в зависимости от исполнения может выполнять функции маршрутизатора или моста между локальной сетью абонента и маршрутизатором провайдера. При этом работа модема абсолютно не мешает использованию обычной телефонной связи, которая существует независимо от того, функционирует или нет ADSL-линия.

Первыми на российском рынке данную технологию стала продвигать МГТС в лице своей дочерней компании «ПТТ Телепорт». Уже в мае 2000 г. МГТС начала коммерческую эксплуатацию сети на основе ADSL-технологии, правда, пока только для высокоскоростной передачи данных и доступа к Интернету. В начале 2004 г. компания «МТУ-Интел» совместно с МГТС начала массовое внедрение по доступным ценам технологии ADSL под торговой маркой «Стрим» для высокоскоростного доступа в Интернет (до Мбит/с).

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line) — цифровая абонентская линия IDSN. Эта гибридная технология обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 128 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line) — высокоскоростная цифровая абонентская линия. Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, т. е. скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря высокой скорости передачи телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы каналам передачи цифровых данных Т1/Е1. Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные или голос (порядка 4 км по кабелю с жилой 0,4 мм), меньше, чем при использовании технологии ADSL, возможно увеличение длины линии HDSL путем установки на линии регенераторов. HDSL является наиболее популярной изо всех существующих технологий. Используется практически повсеместно и государственными, и коммерческими операторами связи. Благодаря тому, что она была первой xDSL-технологией, разработанной в конце 1980-х годов, получила максимальное распространение во всем мире. Кроме традиционного способа применения в телефонии для передачи потока Т1/Е1 по обычным витым парам находит широкое применение и в компьютерных сетях и даже для доставки видео по существующим медным кабелям, что значительно снижает стоимость такого рода услуг.

RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line) — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения. Технология RADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии RADSL соединение на разных телефонных линиях может иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных выбирается при синхронизации линии, во время соединения или по специальному сигналу, поступающему от станции.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) — симметричная цифровая абонентская линия. Так же как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено (3 км). Технология обеспечивает необходимые для образования и бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL — передача

голоса по DSL-линиям) и др. К этому же подсемейству следует отнести и MSDSL (Multi-speed SDSL) — технологию, которая позволяет изменять скорость передачи для достижения оптимальной дальности и наоборот. SDSL можно охарактеризовать так же, как и HDSL.

Правда, она позволяет пройти меньшее расстояние, чем HDSL, зато можно сэкономить на второй паре. Вариант MSDSL позволяет в случае не очень хорошего состояния кабеля пройти тоже расстояние, но с меньшей скоростью, к тому же полные 2 Мбит/с необходимы не всем клиентам, часто достаточно 256 или даже 128 Кбит/с.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line) — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия. Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL. В ассимет- ричном варианте она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,6 до 6,4 Мбит/с, а в симметричном варианте в пределах от 13 до 26 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 м при скорости 52 Мбит/с и до 1,5 км при скорости до 13 Мбит/с. Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), предоставления услуги «видео по запросу» и др.

В конце 1990-х годов была разработана новая технология HDSL2, которая при симметричных потоках данных и использовании одной пары позволяет обеспечить: рабочую дальность не меньшую, чем HDSL; устойчивость к тем же физическим характеристикам линии, что и HDSL (затухание, взаимное влияние, отражения от неоднородностей и отводов); использование для оказания тех же видов услуг, что и HDSL; надежную и устойчивую передачу на реальных линиях со всеми присущими им дефектами; совместимость с другими технологиями (HDSL, ISDN, ADSL); снижение эксплуатационных затрат по сравнению с HDSL.

В феврале 2001 г. был утвержден стандарт на самую последнюю

технологию G.SHDSL, ориентированную на системы для муль- тисервисных сетей с поддержкой передачи разнородного трафика и различных протоколов. В основу SHDSL были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Основные преимущества SHDSL:

при любой скорости сигнал SHDSL занимает более узкую полосу частот, поэтому помехи от систем SHDSL на другие системы xDSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами, создаваемыми HDSL. Спектральная плотность сигнала SHDSL имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL; в SHDSL предусмотрена возможность выбора скорости в диапазоне 192 Кбит/с — 2320 Кбит/с, что позволяет наиболее гибко отвечать потребностям пользователей. Кроме того, изменяя скорость, можно изменять дальность передачи; при максимальной скорости при применении SHDSL можно реализовать до 36 голосовых каналов, тогда как при применении ADSL только 9, а при SDSL — от 2 до 4; SHDSL дает гарантированное качество обслуживания в результате снижения времени задержки в канале, обусловленной помехоустойчивым кодированием.

Предлагаемый сервис SHDSL наиболее подходит для проведения видеоконференцсвязи, внедрения технологий VoATM (Voice over ATM), VoIP (Voice over IP), использующейся в интернет- телефонии, комбинирования в линии DSL нескольких каналов передачи голоса и данных. Обеспечивая симметричные коммуникации на большие расстояния, чем SDSL и HDSL, технология SHDSL является хорошим решением для служб передачи голоса и данных. Технология поддерживает РСМ (кодирование аналогового голосового сигнала для передачи в форме цифрового потока), IP, протоколы Т1/Е1, позволяя комбинировать разные виды трафика: голос, видео и данные.

Коммутаторы и маршрутизаторы Ethernet с поддержкой SHDSL обеспечивают экономное подключение клиентов (учебных заведений, различных организаций, офисных сетей) к магистральным сетям IP, реализацию высокоскоростного доступа в Интернет по обычной медной паре и существующей инфраструктуре телефонной сети.

В последнее время быстро развиваются спутниковые технологии, в которых связь осуществляется посредством передачи сигнала между спутниками, находящимися на определенных орбитах. Чтобы обеспечить качественную связь, требуется обеспечить и соответствующее покрытие. Оно тем лучше, чем больше спутников. В этом случае имеется постоянная телефонная связь практически в любой точке Земли, не зависимая ни от каких других условий и сетей. Кроме того, осуществляется прием и передача данных, в частности, организуется видеосвязь.

В настоящее время существуют четыре системы глобальной спутниковой связи: «Инмарсат» (Inmarsat), «Иридиум» (Iridium), «Гло- балстар» (GlobalStar) и «Турайя» (Thuraya). «Инмарсат» — самая «старшая» система, функционирующая с 1982 г. Эта система яв

ляется действительно глобальной и работает везде, кроме полярных областей. Ее спутники располагаются на геостационарной орбите на высоте 36 500 км. Система «Инмарсат» не рассчитана на массового пользователя и используется, главным образом, государственными организациями. Система «Иридиум», проработав два года, в 2000 г. формально прекратила свое существование после банкротства. В 2001 г. система «Иридиум» возобновила коммерческую деятельность и пока действует только в США. В ближайшем будущем услуги «Иридиум» будут доступны и в России. Система «Глобалстар» является универсальной, работающей как в спутниковом режиме, так и в сотовом с автоматическим переключением между режимами. «Глобалстар» покрывает территорию земного шара от 70° северной до 70° южной широты. На использование телефонов этой системы в России не требуется специального разрешения. С 1997 г. функционирует система «Турайя», работающая, как и «Глобалстар», в сотовом и спутниковом режимах. Система «Турайя» работает на территории 99 стран мира и не является полностью глобальной. В России «Турайя» действует с 2003 г. В 2005 г. планируется начало коммерческой эксплуатации новой спутниковой системы «АйКО» (ICO).

Данный вид связи, по мнению специалистов, является пока не очень перспективным для России, по крайней мере для широкого использования. Не в последнюю очередь это связано с высокой стоимостью оборудования. Говорить о массовом использовании данного типа связи нельзя, и в ближайшем будущем ничего не изменится без существенного удешевления технологии.

Для организации канала прямой передачи данных наиболее приемлемым способом является использование широковещательной технологии, поскольку в большинстве случаев локальные точки (учебные классы или отдельные обучающиеся) потребляют одинаковый комплект информации. Такую возможность обеспечивает спутниковое телевидение. Принцип построения системы спутникового телевидения сети такой же, как и у глобальной спутниковой связи.

Ее существенное отличие в том, что она служит только для передачи сигнала к пользователю. Это позволяет уменьшить стоимость оборудования пользователя. В результате стоимость подключения спутникового телевидения оказывается в несколько раз ниже, чем у системы спутниковой связи.

В настоящее время эффективная работа системы дистанционного обучения с использованием интернет-технологий не возможна без высокоскоростных каналов связи. Такую возможность дает также технология спутникового доступа в Интернет. Для обеспечения данного широкополосного доступа в Интернет сегодня в России действует ряд спутниковых систем: HeliosNet, PlanetSky, SpaceGate, ОТИК и др.

Спутниковый доступ в Интернет может быть организован двумя способами: симметричным и асимметричным.

Симметричный доступ требует создания с помощью наземных спутниковых станций VSAT (Very Small Aperture Terminal) двунаправленного спутникового канала — от абонента к спутнику и наоборот. Данное решение является достаточно дорогостоящим. В последнее время намечается тенденция к снижению стоимости оборудования и трафика, и в недалеком будущем эти системы будут внедряться более масштабно.

Асимметричный доступ значительно дешевле по сравнению с симметричным. В его основу положено использование двух каналов связи: один, спутниковый, с большой пропускной способностью (2 Мбит/с и более), для получения информации из Интернета; другой, как правило, наземный с меньшей пропускной способностью для организации запросов о предоставлении информации с того или иного интернет-ресурса (обычно такой канал предоставляется местным интернет-провайдером). В качестве запросного канала могут использоваться обычные телефонные линии, ADSL-линии, мобильная связь GPRS. В состав приемного оборудования входит стандартный комплект, состоящий из приемной параболической антенны, конвертора и спутникового DVB-приемника в виде PCI-платы, устанавливаемой в компьютер, или внешнего USB-блока (рис. 5.5).

Пользователи спутникового Интернета дополнительно могут воспользоваться такой возможностью, как прием цифровых спутниковых каналов телевидения и радио. Для приема сигнала с определенного спутника антенна должна быть нацелена точно на него. Если использовать одну фиксированную антенну, то спутниковый интернет могут дополнить только теле- и радиоканалы с этого же спутника.

Цифровое спутниковое телевидение полностью вытеснило аналоговое. Еще в начале 1990-х годов был принят стандарт компрессии изображения MPEG-2. Появилась возможность по спутниковым каналам связи передавать видеосигнал со скоростью 1,5 — 15 Мбит/с в зависимости от качества изображения. Для просмотра фильма на домашнем оборудовании хватит и 6—9 Мбит/с. В 1993 г. 200 организаций из 30 стран мира пришли к единому стандарту цифрового вещания видеосигнала — DVB (Digital Video Broadcasting). Проект DVB относится не только к спутниковому вещанию, но и к передаче по кабельным каналам и по эфиру. Проект DVB основан на применении стандарта MPEG-2 для передачи видеоизображения с многоканальным звуковым сопровождением. Стандарт DVB позволяет также передавать любую другую информацию в цифровом виде. Именно из-за перехода на DVB стало возможным появление технологии DTH (Direct То Ноте), которая позволяет передавать большие объемы информации не-

Центральная

станция

спутникового

провайдера
class="lazyload" data-src="/files/uch_group57/uch_pgroup181/uch_uch714/image/37.jpg" alt="" /> Рис. 5.5. Типовая схема спутникового асимметричного доступа в Интернет

посредственно конечному пользователю, на его терминал. Это означает, что если раньше можно было использовать спутники для передачи информации на какой-то централизованный терминал, а откуда данные расходились пользователям по наземным каналам, то теперь спутник передает данные каждому абоненту. Скорость при такой передачи может достигать 45 Мбит/с. Поэтому во многих районах России спутниковые системы комбинированного доступа еще долго будут единственным способом получения мультимедийного и объемного контента из Интернета и других источников, например центров дистанционного обучения.

В апреле 2000 г. в США началось внедрение услуг спутниковых систем интерактивного доступа. В такой системе используются

VSAT-терминалы и стандартные параболические антенны, обеспечивающие прием контента (телефонного трафика, данных, видеоизображений и цифровых телевизионных программ) на скорости до 40 Мбит/с и его передачу на скорости до 153,6 Кбит/с. В ноябре 2001 г. Международная организация космической связи «Интерспутник» объявила о предоставлении услуги интерактивного спутникового доступа ISPeed с использованием спутника LMI-1 (75° восточной долготы). В перспективе пользователю может быть предоставлено 40 Мбит/с на прием и 5 Мбит/с на передачу. Благодаря широкой зоне покрытия спутника LMI-1 сервис ISPeed доступен практически на всей территории России за исключением Камчатки и Чукотки. Для работы с системой ISPeed необходим спутниковый маршрутизатор и антенна диаметром 2,4 — 3,8 м. Передача информации со спутника осуществляется в формате DVB-S/MPEG-2 в разделяемом всеми пользователями канале и с механизмом динамического распределения ресурса. Обратный канал для каждого пользователя организуется по технологии SCPC. Пользователями спутниковых систем интерактивного доступа являются организации, имеющие свои подразделения в удаленных уголках страны с неразвитой инфраструктурой связи.

В 2004 г. компании «ОТИК», «Визком» и «ГлобалТел» в России успешно провели тестирование комплекта мобильного спутникового асимметричного доступа в Интернет и других телекоммуникационных услуг «ОТИК-Интернет». В состав комплекта входит гиростабилизированная антенна с автосопровождением геостационарного спутника, приемник DVB-S, ТВ-монитор, персональный компьютер с USB-демодулятором для спутникого доступа ОТИК-Интернет, автокомплект с трубкой «Глобалстар» GSP1600. Тест проходил на трассе Москва—Санкт-Петербург— Выборг. При скоростях движения автомобиля до 120 км/ч обеспечивается прием программ телевидения, работа в сети Интернет со скоростью загрузки 56—300 Кбит/с, телефонная связь и другие услуги связи. Комплект рассчитан на работу с геостационарными спутниками EutelsatW4 и Бонум1. Оборудование предназначено для работы на подвижных и неподвижных объектах (автотранспорт, поезда, речные и морские суда, передвижные буровые платформы и т.д.) на территории России, стран СНГ и части стран Восточной Европы.

Новый этап в развитии дистанционного обучения открыла спутниковая мультимедийная система SkyConnect Tutor, разработанная компаниями Telstra и Gilat. Первые испытания новой системы провел университет Monash в Мельбурне. Возможности этой системы были продемонстрированы в 2000 г. на выставке CommunicAsia в Сингапуре.

Спутниковая система SkyConnect Tutor предлагает учебным заведениям новый путь поставки обучающих курсов студентам, проживающим на огромных расстояниях от своих преподавате

лей-консультантов. Система поставляет высококачественные видеоизображения, поддерживает интерактивное обучение и предоставляет преподавателям и студентам мгновенную обратную связь.

Технология SkyConnect Tutor объединяет Интернет, видео- и аудиотелекоммуникации. В результате этого появилось эффективное интерактивное средство обучения. Студент получает доступ к самым квалифицированным преподавателям независимо от того, где они находятся. Обучаемые видят и слышат заокеанских лекторов, задают вопросы и получают ответы. Тем самым устраняются многочисленные ограничения предшествующих программ дистанционного обучения.

Система SkyConnect Tutor обладает понятным мультимедийным пользовательским интерфейсом, который гарантирует студентам возможность быстро разобраться в использовании данной системы. Спутниковая сеть Virtual Private Network (VPN) обеспечивает прочную и надежную высокоскоростную связь между учебным заведением и обучаемыми по технологии point-to-multipoint с передачей данных на огромные расстояния.

Для работы мобильных пользователей в системах дистанционного обучения применяются беспроводные технологии GPRS, используемые в сотовых сетях GSM, и технологии Wi-Fi в беспроводных локальных сетях.

GPRS (General Packet Radio Service) — это услуга пакетной передачи данных, основанная на сетях GSM. GPRS основан на протоколе TCP/IP и абсолютно прозрачен для него, что делает GPRS идеальным средством доступа в Интернет с мобильного устройства. Технология GPRS снимает ограничение скорости в Кбит/с, типичное для передачи данных в сетях GSM, и обеспечивает максимальную скорость до 171 Кбит/с. Но такая высокая скорость заложена в спецификацию и доступна лишь теоретически. На самом деле на нее влияют параметры передающего оборудования, ограничивающие скорость для всех абонентов конкретного оператора, а также параметры телефонных аппаратов. Они отличаются по классу (А и В) предоставляемого канала GPRS. Класс В в отличие от класса А обеспечивает доступность входящих голосовых вызовов во время передачи данных. Кроме того, телефоны различаются и по количеству каналов передачи GPRS (обычно обозначается как т + п, что означает т входящих канала и п исходящих, каждый канал обеспечивает максимальную скорость в 13,4 Кбит/с). Ограничение скорости вызвано еще загруженностью сотовой сети в данном сегменте: голосовые вызовы имеют приоритет над пакетными, а услуги GPRS обычно предоставляются по «остаточному» принципу. Количество абонентов GPRS в сегменте также сильно влияет на скорость. Таким образом, реальная скорость передачи данных в местах уверенного приема достигает 20—30 Кбит/с, т.е. около 3 — 4 Кбайт/с, что примерно совпа

дает со средней скоростью доступа по обычной телефонной линии, с той лишь разницей, что оплата осуществляется не по времени соединения, а по количеству переданных данных.

GPRS активно используется в тех местах, где нет доступа к проводным телефонным линиям и выделенным каналам Интернета. На GPRS основан популярный сейчас сервис обмена мультимедийными сообщениями MMS, внедряемый российскими провайдерами услуг сотовой связи.

Название беспроводной технологии доступа к сетям Wi-Fi произошло от сочетания Wireless Fidelity по аналогии с используемым на аудио-рынке термином Hi-Fi. Термин Wi-Fi используется также при обозначении устройств для построения беспроводных локальных сетей WLAN (Wireless Local Area Network), работающих по стандарту IEEE 802.11. Этот стандарт состоит из нескольких спецификаций (IEEE 802.11b, IEEE 802.11а и IEEE 802. llg), каждой из которых соответствует свой спектр рабочих частот и пропускной способности полученной сети.

Стандарт IEEE 802.11b был принят в 1999 г., а первые устройства начали появляться в 2000 г. Сети, основанные на нем, работают в спектре частот от 2,4 до 2,4835 ГГц, используя для передачи сигнала множество каналов внутри этой полосы частот. Максимальная скорость передачи данных достигает 11 Мбит/с при радиусе действия около 100 м в помещениях. В данный момент этот стандарт является самым распространенным, большинство устройств Wi-Fi основаны на нем.

Стандарт IEEE 802.11а разработан для беспроводных сетей, работающих на спектре частот от 5,725 до 5,850 ГГц с максимальной пропускной способностью 54 Мбит/с. К сожалению, устройства 802.11а не могут работать с точкой доступа 802.1 lb, и наоборот: эти стандарты несовместимы.

Стандарт IEEE 802.1 lg, принятый в 2003 г., является последним и самым прогрессивным на сегодняшний день стандартом. По сравнению со стандартом 802.11b при одинаковой частоте (2,4 ГГц) IEEE 802.llg обеспечивает скорость передачи данных 54 Мбит/с, что примерно в пять раз выше. Главное преимущество перед 802.11а — полная обратная совместимость с устройствами 802.1 lb.

В настоящее время в сотовых сетях GSM активно внедряется технология EDGE (Enhanced Data for Global Evolution), обеспечивающая высокоскоростную передачу больших объемов информации в сети мобильной связи. Технология EDGE поддерживает скорость передачи данных до 384 Кбит/с, что в три раза превышает скорость с использованием технологии GPRS. Кроме того, EDGE обеспечивает более эффективное использование частотных ресурсов и улучшение покрытия сети по сравнению с обычной сетью стандарта GSM. EDGE совместим с другими технологиями GSM,

в том числе с GPRS. На выставке «Инфоком-2004» в Москве фирмой «Эрикссон» были продемонстрированы возможности технологии EDGE в сфере дистанционного обучения.

В ближайшей перспективе будущее мобильной связи связывают с интенсивным развитием сетей третьего поколения 3G. Сети 3G должны обеспечить переход от ориентированных на передачу голоса сетей с коммутацией каналов к мультимедиа ориентированным (голос, данные, видео, факс) пакетным сетям с пропускной способностью 384 Кбит/с. В сетях 3G используются технологии W-CDMA (UMTS), CDMA2000 и др. В 2001 г. началось внедрение технологий 3G в Азиатско-Тихоокеанском регионе (Япония, Южная Корея), который в настоящее время является лидером в мире по развитию сетей 3G.

Интересный эксперимент по дистанционному обучению, основанный на возможностях связи 3G, осуществляется Сингапурским Политехническим университетом с 2004 г. В соответствии с проектом группа из десяти студентов будет пользоваться средствами удаленного обучения через Интернет, но не при помощи ноутбуков или КПК, а через мобильные телефоны, оснащенные возможностью передачи данных по стандарту 3G. Более того, они смогут также при помощи телефонов управлять устройствами, находящимися в аудитории.

В настоящее время ведутся работы по созданию беспроводных сетей четвертого поколения 4G. О сетях 4G впервые известило Управление перспективных разработок Министерства обороны США DARPA, которое в свое время разработало проводной Интернет. Неудивительно, что для беспроводного Интернета DARPA выбрало ту же распределенную архитектуру, которая оказалась столь успешной при создании существующего Интернета. Хотя специалистам еще предстоит выработать единый взгляд на все аспекты беспроводной связи 4G, все сходятся в одном: 4G-ce™ должны базироваться на протоколе IP и на организации связи «peer- to-peer». К IP-протоколу все успели привыкнуть при работе в проводном Интернете. Сети «peer-to-peer», где каждое устройство является приемником, передатчиком и маршрутизатором для других узлов сети, лишены недостатков обычных сотовых сетей, поскольку потеря одного или даже нескольких узлов никак не влияет на работоспособность сети. В сети 4G пользователь должен иметь возможность делать все то, что он может делать сегодня в обычном Интернете, но только в полностью мобильном варианте.

В современных беспроводных сетях около 80 % средств тратится на приобретение участков земли под базовые станции и постройку конструкций и только 20 % — на технологическое оборудование. В сетях «peer-to-peer» эта пропорция меняется на обратную: 80 % средств тратятся на технологии. А поскольку стоимость технологических решений постоянно снижается, такие сети с тече

нием времени будут все более прибыльными в отличие от традиционных сотовых сетей, где тенденция обратная.

Основным достоинством сетей 4G станет очень высокая пропускная способность. В частности, максимальная скорость отправки информации может достигать 20 Мбит/с, а загрузка данных будет происходить со скоростью до 100 Мбит/с.

В 2004 г. был принят стандарт IEEE 802.16-2004, который станет основой для внедрения широкополосной беспроводной технологии WiMAX.

Широкополосный беспроводной доступ лишен недостатков, присущих технологии DSL и кабельным соединениям. Его проще разворачивать, увеличивать площадь покрытия, он более гибок. Сети WiMAX очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже есть базовые станции, которые действуют в радиусе десятков километров (до 50 км). Оборудование пользователя аналогично обычному набору для спутникового телевидения, с его помощью будет осуществляться соединение с базовой станцией. Связь по технологии 802.16 может реализовываться и через совместимое оборудование, например через точки доступа Wi-Fi (стандарт 802.11). В отличие от оборудования Wi-Fi, действующего в пределах 100 м, оборудование WiMAX обеспечивает связь на расстоянии в 30 — 50 км и даже больше с полосой пропускания до 70 Мбит/с.

Начальный вариант стандарта 802.16 предусматривал работу в полосе частот 10—66 ГГц и обеспечивал соединение только в пределах прямой видимости. Расширение стандарта (802.16а) дало возможность работы на более низких частотах 2—11 ГГц, что позволяет организовывать связь за пределами прямой видимости. В настоящее время разрабатывается технология роуминга (802.16е) между базовыми станциями и различными сетями с поддержкой мобильных терминалов, в первую очередь ноутбуков и КПК.

Далее рассмотрим более подробно технологии организации видеоконференций как основную интерактивную часть системы дистанционного обучения. Существуют две основные проблемы при передачи аудио- и видеоинформации.

Первая проблема состоит в том, что канал связи, по которому передается информация, должен быть достаточно скоростным, т. е. обладать высокой пропускной способностью. Обычные телефонные каналы вполне подходят для передачи аудиосигнала, но качественную передачу видеопотока они не обеспечивают (здесь правда существуют обходные пути — системы уплотнения каналов, но они применимы далеко не всегда).

Вторая проблема — это проблема скорости обработки аудио- и видеопотока, т.е. кодирования передаваемых и декодирования получаемых данных. Дело в том, что в видеоконференциях используются специальные и весьма эффективные алгоритмы сжа

тия потока в десятки и сотни раз. Можно сказать, что передаются не сами аудио- и видеосигналы, а только их важнейшие параметры, которые позволяют восстанавливать сигнал на приемном конце с приемлемым качеством. Если приемная сторона не успевает обрабатывать поток, то появляются пропущенные кадры, сбои в речевом канале и т. п.

Алгоритмы обработки сигнала весьма требовательны к вычислительным ресурсам. Хотя и существуют их чисто программные реализации, однако они требуют значительных ресурсов персонального компьютера. В результате даже для самых современных персональных компьютеров сильно замедляется работа других приложений и приемлемое качество видеосвязи получить не удается.

Общепринятая мировая практика состоит в использовании аппаратных решений (специализированных устройств — кодеков, которые реализуются в различном виде: как платы, вставляющиеся в свободные слоты PC, так и функционально законченные решения). Кодеки сжимают сигнал и кодируют его для канала связи, соответственно разжимают и декодируют на принимающей стороне.

Классическая схема проведения видеоконференции подразумевает связь между терминалами по линиям ISDN. Использование каналов ISDN, а также других сетей и линий с гарантированным качеством связи — V.35, Е1/Т1 регламентируется серией рекомендаций Н.320 Международного союза электросвязи ITU-T. В последние годы все более широкое распространение получают видеоконференции, использующие IP-сети как локальные, так и территориально распределенные и глобальные (Интернет).

Соответствующие рекомендации (стандарт Н.323) для видеоконференций по IP-сетям были приняты ITU-T в конце 1996 г. В настоящее время для видеоконференций можно использовать практически любые цифровые каналы связи с достаточно широкой полосой пропускания.

Обычно для проведения видеоконференций используются линии с полосой пропускания от 128 Кбит/с до 512 Кбит/с для каналов ISDN и до 1 — 1,5 Мбит/с для IP-сетей. Следует иметь в виду, что приемлемое качество видео получается при скорости порядка 200 Кбит/с, а высококачественное изображение в хороших системах достигается при скорости около 300 Кбит/с и выше. Практика показывает, что качество видеоконференции приблизительно одинаково при использовании трех ISDN BRI-каналов (384 Кбит/с) или IP-канала с шириной около 500 Кбит/с. Ведущие производители систем видеоконференц-связи, такие как VCON, Polycom, выпускают мультипротокольные (Н.320/Н.323) системы, прекрасно работающие в IP- и ISDN-сетях одновременно.

Обычно решение выбора транспортной среды для систем видеоконференций определяется не ценой оборудования, а стоимостью эксплуатации. Ясно, что фирма, не имеющая собственной сети ISDN, для создания собственной сети видеоконференц-свя- зи скорее предпочтет оборудование стандарта Н.323. Однако, выбор той или иной среды передачи для каждого клиента строго индивидуален и в некоторых случаях использование ISDN-канала является более эффективным и рациональным.

Существует целый ряд специализированных устройств, применение которых значительно расширяет возможности проведения видеоконференций.

Устройства многоточечной видеоконференции MCU (Multipoint Conference Unit), которые часто называют видеосерверами, используются для организации многоточечных сеансов видеоконференций, когда в них участвуют сразу несколько (три и более) участников. Общим принципом работы устройств MCU является такой способ организации многоточечной связи, при котором аудиопотоки смешиваются. Это позволяет всем участникам видеоконференции слышать друг друга, а видеопотоки переключаются таким образом, что все видят только одного участника связи, причем выбор может быть сделан председателем видеоконференции, оператором или произведен автоматически по голосовой активности. Некоторые MCU способны комбинировать в видеопотоке изображения нескольких участников (обычно от 4 до 16).

Другим типом специализированных устройств видеоконференций являются шлюзы (Gateways), которые обеспечивают передачу информации на стыке разнородных сетей, например компьютерных IP-сетей и высокоскоростных телефонных сетей ISDN. Передача аудио- и видеоинформации по ним проводится в своих форматах (IP-сети — это сети с коммутацией пакетов, а телефонные сети — сети с коммутацией каналов). Для решения задачи совместимости и перекодирования аудио- и видеопотоков на стыке таких сетей ставят специализированные шлюзы видеоконференцсвязи.

Ключевым устройством для организации многоточечной видеоконференции в IP-сети является специальная программа Gatekeeper. Она работает с сетевыми адресами для установления соединения и разграничивает доступ на число одновременных соединений в зависимости от загруженности сети.

Существует возможность связи с абонентом, у которого терминал другого производителя при условии, что оба терминала соответствуют принятым стандартам и рекомендациям (Н.320 и

Н.323 для видеоконференций по линиям ISDN и в IP-сетях). Обмен данными и совместная работа с приложениями выполняются в соответствии со стандартом Т. 120. Соблюдение этих рекоменда

ций обеспечивает совместимость оконечного оборудования ведущих мировых производителей.

В настоящее время на рынке систем видеоконференций имеется большое количество как чисто программных решений, так и программно-аппаратных комплексов для реализации терминалов видеоконференций. Под программным решением понимают реализацию процессов видео- и аудиокодирования и декодирования с помощью программного обеспечения, использующего только центральный процессор компьютера. Программно-аппаратные решения основываются на использовании мощных специализированных процессоров кодирования (декодирования). Стоимость программных реализаций меньше, чем аппаратных, они могут быть установлены практически на любом современном персональном компьютере, имеющем звуковую плату и обладающем возможностью видеозахвата. Возможно применение и дешевой USB-видео- камеры. Типичными представителями таких программ являются Microsoft NetMeeting и White Pine CU-SeeMe.

Несмотря на внешнюю привлекательность такого решения необходимого качества видео в них достигнуть не удается. Дело в том, что кодирование видеопотока предъявляет высокие требования к вычислительным ресурсам терминала. Напомним, что в соответствии с принятым в рамках рекомендаций Н.320 и Н.323 стандартом кодирования видео Н.261 необходимо обеспечить сжатие в реальном времени исходного сигнала с коэффициентом от 100 до 1000. И даже стремительное увеличение мощностей процессоров общего назначения не в состоянии обеспечить качественное кодирование и декодирование сигнала видеоконференции.

Чтобы как-то реализовать эти функции в своих программных продуктах, фирмы-разработчики программ вынуждены устанавливать определенные ограничения для процесса кодирования: использовать низкую частоту кадров, упрощенные алгоритмы преобразования видео, ведущие к уменьшению размера изображения, снижению четкости и ухудшению цветопередачи.

Преимущество программных решений проявляется при использовании узкополосных каналов, например при модемной связи со скоростью до 56 Кбит/с. Поскольку полоса канала маленькая, объем информации, обрабатываемый кодеком, тоже невелик и программный терминал с ним успешно справляется. Но о качестве видеоконференции здесь говорить не приходится.

Следует также отметить, что программные решения являются очень упрощенными аналогами полноценных аппаратных решений и по функциональным возможностям. Как правило, в них отсутствуют такие функции, как использование управляемой камеры и контроль за ней с противоположной стороны, дополнительные аудио- и видеовходы и выходы, микширование различных сигналов, вывод видео на TV-монитор, многоадресная пе

редача, настройка синхронизации видео и аудио, буферизации и т.п.

В целом чисто программные реализации видеотерминалов из- за ограниченности их функциональности и невысокого качества не в состоянии обеспечить профессиональные решения в области видеоконференций.

На другом конце этого своеобразного ряда Терминальных устройств видеоконференций находятся так называемые решения под ключ, представляющие собой полностью замкнутые системы с аппаратной реализацией процесса кодирования-декодирования и заводской установкой программного обеспечения, например Polycom ViewStation или VCON Falcon. Данные устройства, обладая, как правило, высокими качественными характеристиками, все же имеют два серьезных недостатка. Это недостаточная гибкость системы и высокая стоимость.

Если выбирать золотую середину, то следует остановиться на устройствах, основу которых составляет платформа персонального компьютера с установленной специальной платой кодирования-декодирования (кодеком). Типичным примером реализации такого решения являются устройства производства компании VCON Ltd. Системы, выпускаемые этой фирмой, в широком диапазоне представлены на рынке и обеспечивают практически любые запросы пользователей — от персональных терминалов, предназначенных для работы только в IP-сетях, до групповых систем, обеспечивающих комфортное участие в видеоконференции достаточно большой аудитории и использующих практически любую среду связи.

Следует отметить и получившие популярность внешние компактные аппаратные устройства видеоконференцсвязи, подключаемые к настольному компьютеру или ноутбуку через USB-порт. Это VCON ViGO и Polycom ViaVideo. Они могут работать только в 1Р-сетях.

Устройство управления многоточечной конференцией MCU, как и видеотерминал, возможно реализовать программно или аппаратно. Например, фирма White Pine предлагает программную реализацию конференц-сервера MeetingPoint. Лучшими производителями на рынке аппаратных MCU для высококачественных видеоконференций являются компании RADVision, Ezenia!, Lucent Technology, Polycom.

Если речь идет о небольшой сети видеоконференций с десятком пользователей, то 50—80 % затрат будут приходиться на MCU. Поэтому для снижения расходов на организацию такой сети ведущие производители терминалов видеоконференций предлагают новую технологию — Interactive Multicast. Она основана на групповой адресации информационного потока. Используя кодеки, поддерживающие эту технологию, можно организовать многото

чечную видеоконференцию без помощи MCU. Реализация данной технологии подразумевает возможность для одного из участников, занимающего пост председателя, по своей инициативе или по запросу других участников выбирать активный терминал для трансляции аудио- и видеопотока на все остальные. Достоинством такого способа является его дешевизна при высоком качестве видео, недостатками — невозможность микширования звука и существенная, зависящая от навыков председателя, задержка в переключении видео.

Улучшая эту технологию, VCON ввел функцию автоматического переключения активного терминала по запросу, оставив председателю возможность при необходимости вмешиваться в этот процесс.