Будуємо мережу для відео

Даррін Вудс

Наділивши вашу IP-мережу можливостями передачі відео, ви позбудетеся від проблем, пов'язаних з експлуатацією спеціалізованої мережі відеозв'язку. Але непродумана реалізація нових можливостей може стати причиною проблем іншого роду.

Перш ніж створювати мережу для цифрового відео, ре-щиті, для кого вона буде призначена: тільки для внутрішніх користувачів (співробітників вашої організації), тільки для зовнішніх або для тих і інших одночасно. Це дозволить вам визначити не тільки характеристики відео, яке повинне доставлятися за допомогою вашої майбутньої мережі, а й витрати на її будівництво і експлуатацію. Хоча корпоративні користувачі, як правило, більш вимогливі до якості відеосигналу, при розгортанні відеопріложеній тільки в корпоративної мережі ви отримуєте більш високий рівень контролю над способами доставки відео - ви можете використовувати всю міць механізмів гарантованого якості обслуговування (Quality of Service - QoS) і задіяти більш широку смугу пропускання. Недоліком інтегрованого рішення є те, що відеотрафіку буде конкурувати з усіма іншими типами трафіку для вашої мережі. Якщо з затримкою і втратою пакетів при передачі файлів, електронної пошти або роботі з Web-ресурсами ще можна змиритися, то, переглядаючи відео, яке гальмує і сіпаються кожного разу, коли проводиться повторна передача пакетів, ви будете відчувати помітний дискомфорт.

Якість відео, що доставляється зовнішнім користувачам, наприклад відвідувачам вашого Web-сайту, звичайно вам не підвладне. Ви можете контролювати передачу відео тільки в межах кордонів своєї мережі, - поза їх характеристики передачі відео повністю залежать від сервіс-провайдерів, що доставляють його кінцевим користувачам.

Тип розгорнутих в IP-мережах відеопріложеній може варіюватися в широких межах. Швидше за все, за вашою корпоративної магістралі будуть передаватися корпоративні новини або навчальні курси. Таке відео може доставлятися або в режимі запланованої широкомовної передачі, або як «відео по вимогу »(Video on Demand - VoD). Перевагою запланованих відеосеансу є те, що, знаючи, коли саме вони будуть проводитися, ви можете заздалегідь підготувати свою мережу до прийому трафіку підвищеної інтенсивності.

А ось відео VoD здатне «затопити» вашу мережу. Більшість відеопріложеній використовують режим групового віщання (схема «один до багатьох»), тоді як VoD-відео майже завжди передається в режимі «один до одного». Якщо одна людина час від часу отримує відео через вашу мережу, то це не створює ніяких особливих проблем. Однак, якщо 500 користувачів разом підключаються до мережі, наприклад з метою перегляду навчального відео, то в умовах настільки високого навантаження на мережу ваш трафік даних і трафік будь-якого іншого типу може повністю застопоритися. Така ситуація може призвести і до перевантаження серверів, так як їм доведеться завантажувати дані з жорстких дисків для кожного відеопотоку і виштовхувати ці відеопотоки через мережевий інтерфейс.

видеоконференц-зв'язок, колись вважалася дорогою послугою, прив'язаною до технології ISDN, сьогодні може надаватися за загальнодоступної мережі Інтернет за невелику плату, а то й зовсім безкоштовно. Відповідно, коли обладнання видеоконференц-зв'язку було дорогим і не дуже поширеним, їм користувалися в основному тільки великі корпорації; в даний час завдяки послугам, які надаються такими компаніями, як GlowPoint, проводити відеоконференції можуть організації будь-якого розміру. GlowPoint створила одну з перших мереж, яка дозволила підняти якість і надійність відеоконференцій до рівня якості та надійності послуг міжміського телефонного зв'язку.

Час якості

Отже, наскільки висока якість відео вам потрібно? Ви можете істотно знизити інтенсивність трафіку в мережі і одночасно збільшити число переданих по ній відеопотоків, якщо трохи пожертвуєте чіткістю відеосигналу.

Сьогодні відеокодеки стають все більш і більш ефективними. У «перегонах» на досягнення кращої якості при найменшій смузі пропускання продукти компаній Apple і Microsoft йдуть, як кажуть, «нога в ногу». Кодеки обох компаній (Н.264 і VC-1 відповідно) з'являться в наступному поколінні DVD-систем, які будуть підтримувати відео високої чіткості (High Definition - HD) і працювати з Видеоплейер QuickTime і Windows Media. Кодек Н.264 являє собою відкритий стандарт, що забезпечує такий же або більш високий рівень якості відео (у порівнянні з MPEG-2) при вдвічі меншій смузі пропускання.

Важливою характеристикою якості є видеороздільність. Хоча стандартне повноекранне відео має дозвіл 640 х 480 пікселів, цілком можливо, що для ваших відеопріложеній підійде і більш низька роздільна здатність. Для потокового відео, як правило, достатньо лише чверті дозволу повноекранного відео, тобто 320 х 240 пікселів. Використовуючи спеціальні алгоритми, багато кодеки здатні відтворювати відео з роздільною здатністю, яка здається більш високою, ніж є насправді.

відеосервери

Хоча відеосервери, можливо, і не є частиною власне мережевої інфраструктури, це одна з важливих ланок ланцюга доставки відеоконтенту. Вони захоплюють відео з джерела і кодують його. Ви можете створити свій власний відео сервер або купити повністю готову систему. Розгортання власного відеосервера передбачає встановлення сервера, плати захоплення та/або організацію з'єднання FireWire з цифровою відеокамерою. Відео може захоплюватися і кодуватися в різних форматах, а потім поширюватися практично в реальному часі або зберігатися для пізнішої передачі.

Недолік кодування відео в реальному часі - можливе зниження його якості, оскільки кодування попереднього кадру повинно закінчитися до вступу на вхід процесора наступного кадру. При швидкості 30 кадрів в секунду ЦПУ може легко перевантажуватися. Якщо ви хочете підвищити якість, слід затримати поширення відео до тих пір, поки воно не буде належним чином закодовано. Це здасться трохи парадоксальним, але в такій ситуації підвищення якості відео можливо за рахунок зниження його бітової швидкості передачі.

Готові, виконані «під ключ», системи оснащуються вбудованими процесорами для кодування відео, що забезпечують більш високу продуктивність. Такі системи краще підходять для кодування відео в реальному або близькому до реального масштабі часу і дозволяє доставляти його на настільні системи в різних форматах, включаючи WMV (Windows Media Video) і MPEG-1, 2 і 4. Якщо вам необхідно обслуговувати як внутрішніх, так і зовнішніх користувачів, то краще створити по щонайменше дві різні версії відео: одну - з більш високою бітової швидкістю і більш високою якістю - для внутрішніх користувачів і іншу - з меншою швидкістю і більш низькою якістю - для зовнішніх.

При бажанні архівувати відео для подальшого програвання ви можете сконфігурувати відеосервери для зберігання відео та надання його в режимі VoD. Наприклад, компанії Kasenna і VBrick Systems надають обладнання, виконує як кодування, так і зберігання/поширення відео, включаючи функції сервера потокового мультимедіа. Важливою перевагою готових систем є їх комплексна технічна підтримка, яка здійснюється одним постачальником. Хоча в багатьох випадках дешевше використовувати комбінацію з декількох серійно випускаються відеопродуктів.

Велике значення має метод розповсюдження відео. При використанні методу «один до одному »для підтримки максимально очікуваного числа потоків вам необхідна система з дуже великою смугою пропускання і дуже великої обчислювальної потужністю. Якщо кожен відеопотік займає смугу пропускання, що дорівнює А, то необхідна для передачі N таких потоків загальна смуга пропускання складе N х А.

Вашому відеосервери буде потрібно не тільки продуктивний процесор, але й високошвидкісний жорсткий диск, що забезпечує максимально швидку передачу відео. Одні лише дисководи SCSI и SATA (Serial ATA) навряд чи впораються із завданням формування безлічі відеопотоків, так що вам доведеться організувати RAID-масив дискових накопичувачів SCSI або SATA, здатний "виштовхувати" кілька сотень мегабіт даних за секунду. Крім того, в залежності від числа підтримуваних потоків вам, можливо, знадобиться одна або декілька інтерфейсів Gigabit Ethernet.

Якщо доставка відео користувачам проводиться за заздалегідь складеним розкладом, то замість методу розповсюдження «один до одного» можна використовувати метод «один до багатьох », тобто групову розсилку відео, що дозволяє знизити вимоги до процесорної потужності та пропускної здатності відеосервера.

Як підготувати свою мережу до передачі відео

1. Визначте місце розташування своїх майбутніх користувачів відео: чи будуть вони внутрішніми користувачами (співробітниками вашої компанії) або зовнішніми (що здійснюють доступ до вашої мережі через Інтернет)?

2. Визначте, трафік яких відеопріложеній буде передаватися по вашій мережі: видеоконференц-зв'язок, відео за розкладом, потокове відео, відео на вимогу або буде використовуватися їх комбінація?

3. Визначте, відео якої якості вам необхідно передавати? Якщо ви збираєтеся транслювати повноекранне відео високої чіткості, то характеристики якості повинні бути найвищими, а якщо - тільки зображення голови оратора, ви можете істотно знизити вимоги до рівня якості.

4. Виберіть систему кодування відео. Ви можете зібрати її самі на основі серійно устаткування, що випускається/ПЗ або замовити систему «під ключ».

5. Виберіть засоби доставки відео. Багато чого тут буде залежати від того, чи будете Чи ви доставляти відео кожному окремому користувачеві індивідуально (за схемою «Один до одного»), або безлічі користувачів одночасно (за схемою «один до багатьом »).

6. Розробіть мережу для доставки відео, не забувши при цьому про всіх інших типах трафіку, виділивши під них достатню смугу пропускання. Це може спричинити за собою розгортання засобів QoS.

7. Встановіть білінгову систему. Переконайтеся, що у вас є всі необхідні кошти для виписки рахунків окремим користувачам або цілим підрозділам (відділам компанії).

Мережа для передачі відео

І нарешті, перейдемо до розгляду магістралі розповсюдження відео, тобто до самої мережі. Найбільшою перешкодою на шляху впровадження корпоративних відеопріложеній є відсутність у мережі механізмів QoS. Більшість корпоративних мереж не призначені для ефективної доставки відео, і фахівці деяких ІТ-підрозділів вважають, що всі типи даних повинні оброблятися однаково, без будь-якої пріоритизації. (Якщо ваш ІТ-відділ працює саме так, то вам пора змінити своє ставлення до цього питання.)

Хоча відеотрафіку - це, можливо, всього лише невелика частина проходить через вашу мережу трафіку, його впливом на мережу не можна нехтувати. Для передачі відео необхідні ті ж самі комутатори і маршрутизатори, які ви використовуєте для передачі трафіку VoIP (Voice over IP). Крім того, вам потрібно задіяти механізми QoS рівня 3 (DiffServ) і віртуальних ЛВС (ВЛВС; Virtual LAN - VLAN). Технологія DiffServ забезпечить Пріорітізація пакетів, гарантуючи доставку користувачам всіх кадрів відео до одного. Розщеплення мережі на окремі ВЛВС дозволяє передавати відео тільки тим користувачам, які в ньому дійсно потребують, і виключає його попадання туди, де його бути не повинно. Адже нікому не потрібно, щоб відеотрафіку опинився в ВЛВС бухгалтерії або, навпаки, трафік бухгалтерії - у ВЛВС, призначеної для відеопотоків.

Якщо ви самі контролюєте роботу територіально розподіленої мережі (WAN), то для підтримки алгоритмів QoS має сенс використовувати технологію мультипротокольний комутації на основі міток (Multiprotocol Label Switching - MPLS). Сьогодні багато сервіс-провайдерів надають послуги з передачі відео, причому одні з них передають тільки відео, а інші - також і інші типи трафіку. Наприклад, компанія Akamai розміщує дані та відео недалеко від кінцевих користувачів, використовуючи свою загальнонаціональну мережу, що дозволяє копіювати дані на сервери, які розосереджені по всій країні (США. - Прим. ред.). Такий підхід добре працює для заздалегідь записаного відео або планованого «живого» відео, розповсюджуваного методом групового мовлення.

Щоб надавати зовнішнім користувачам відеопослуги високої якості, вам буде потрібно безліч резервних мережевих з'єднань на випадок аварії в WAN-мережі. Причому мережеві з'єднання йде орендувати у різних IP-провайдерів, що підвищить рівень гарантій з доставки відео.

Білінгові системи

Білінгові системи для сервісів VoD все ще знаходяться в зародковому стані. Якщо в штаті вашої компанії є група програмістів, ви можете створити свій власний метод виписки рахунків та інтегрувати його у свою існуючу бухгалтерську систему. Якщо у вас немає своїх програмістів, можна найняти їх з боку. Багато готові системи доставки відео включають білінгове ПЗ.

Проблема білінгу і конфігурації відеоконференцій є не такою гострою. Так, компанії Forgent і VCON продають ПЗ, що дозволяє планувати виклики і забезпечувати доступність необхідних для відеоконференції мережевих і відеоресурсів. Крім того, їх ПО збирає дані про виклики для виписки рахунків.

Не сподівайтеся, що без попереднього планування і підготовки ви зможете просто додати відеотрафіку в існуючу мережу. Намітьте основні цілі та розробіть стратегію компанії відносно відео, а потім модернізує свою мережу так, щоб вона дозволяла доставляти відеоконтент надійно і без збоїв.

Список літератури

«Мережі та системи зв'язку »№ 08 2005 г.