Разработка и анализ алгоритма построения топологии сети многоточечной видеоконференцсвязи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Тупицын, Виталий Валерьевич

• Тупицын, Виталий Валерьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Тупицын, Виталий Валерьевич

Содержание

Введение

1. Анализ современных проблем в системах многоточечной видеоконференцсвязи

1.1. Вводные замечания

1.2. Многоточечная видеоконференцсвязь

1.2.1. Виды видеоконференцсвязи

1.2.2. Видеоконференцсвязь с использованием сервера

1.3. Технологии передачи видеоданных

1.4.1. Многоадресное вещание по 1Р-сети

1.3.2. Внутридоменные протоколы многоадресного вещания

1.3.3. Междоменная маршрутизация пакетов

1.4. Распределенные сети

1.4.1. Классификация распределенных самоорганизующихся 35 сетей

1.4.2. Структурированные распределенные 38 самоорганизующиеся сети

1.5 Системы распределения информации в самоорганизующихся 39 распределенных сетях

1.5.1 Алгоритм «Зиг-Заг»

1.5.2 Алгоритм «НАЙС»

1.5.3 Алгоритм «САКС»

1.5. Краткие выводы

2. Разработка нового алгоритма построения логической топологи сети видеоконференцсвязи, с учетом многопотоковой передачи информации

2.1. Вводные замечания

2.2. Основные требования к топологиям множественных деревьев

2.3. Процедура проверки связности графа

2.4. Новая метрика для определения стоимости связей между узлами в топологии сети

2.5. Критерий определения эффективной структуры сети для передачи данных в реальном времени

2.6. Алгоритм построения логической топологии 1Р-сети на ^ основе множественных деревьев

2.7. Краткие выводы ^

3. Сравнительный анализ предложенного и известных алгоритмов построения логической топологии сетей видеоконференцсвязи

3.1. Вводные замечания ^

3.2. Определение числа субпотоков для многопутевой передачи ^ мультимедиа трафика реального времени

3.3. Оценка масштабируемости предлагаемого решения

3.4. Анализ интенсивности нагрузки на отдельные элементы сети

3.5. Определение набора весовых коэффициентов для построения эффективной топологии сети

3.6. Анализ вычислительной сложности предложенного алгоритма

3.7. Краткие выводы

Заключение

Список Литературы

Приложение 1 К°Д пРогРаммы, моделирующей сеть

1 многоточечной видеоконференцсвязи

П ж нии 2 Акты внедрения результатов диссертационной цд р работы

Перечень сокращений

Видеоконференцсвязь Многоточечная Видеоконференцсвязь

Международный Союз Электросвязи

Address Allocation Protocol - протокол распределения адресов

Autonomous System - автономная система

Border Gateway Protocol - протокол пограничного шлюза

Content Delivery Network - сеть доставки контента

Constant Bit Rate - постоянная битовая скорость

Distance Vector Multicast Routing Protocol - протокол дистанционно-векторной многоадресной маршрутизации

Enhanced Interior Gateway Routing Protocol - расширенная версия протокола IGRP

Internet Group Management Protocol - межсетевой протокол управления группами

Internet Protocol - интернет протокол Вещание видеоданных по IP протоколу Local Area Network - локальная сеть

Multicast Address Allocation Server - сервер распределения групповых адресов

Multicast Address-Set Claime - схема распределения мультикаст адресов

Multicast Border Gateway Protocol - протокол пограничного шлюза для многоадресных маршрутов

Multicast Backbone - специальная информационная магистральная сеть

Media control unit - сервер для организации ВКС

Multicast Source Discovery Protocol - протокол обнаружения источников многоадресных сообщений

Open System Interrupt - взаимодействие открытых систем

Open Shortest Path First - протокол динамической маршрутизации

Protocol Independent Multicast Sparse Mode - протокол маршрутизации многоадресных сообщений

Quality of Service - качество обслуживания

Routing Information Protocol - протокол маршрутной информации

Request for Comments - пронумерованная документация, содержащий технические документации и стандарты

Source Active - сообщение об активности

Scalable Adaptive Hierarchical Clustering - алгоритм с адаптивной иерархической кластеризацией Session Announcement Protocol - протокол анонсирования сеанса

Session Description Protocol - протокол описания сеанса Time to Live - время существования пакета данных

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и анализ алгоритма построения топологии сети многоточечной видеоконференцсвязи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Современное развитие информационных технологий серьезным образом влияет на все сферы жизнедеятельности человека, и особенно на способы коммуникаций. Увеличение пропускной способности сетей связи и повышение вычислительной мощности абонентских терминалов привело к широкому распространению видеотелефонии и видеоконференцсвязи (ВКС) [1-3].

Видеоконференцсвязь - это телекоммуникационная технология интерактивного взаимодействия трех и более абонентов, при которой между ними возможен обмен аудио- и видеоинформацией в реальном масштабе времени. Спектр применения данной технологии очень широк: простое общение группы людей, производственные совещания, дистанционное обучение, удаленные презентации и т. п.

Передача мультимедийной информации в режиме реального времени, необходимой для проведения многоточечной видеоконференцсвязи (МВКС), представляет собой сложную техническую задачу. Для её успешного решения необходимо выполнить ряд жестких требований: небольшое число потерянных пакетов, малое время задержки при доставке сигнала, возможность передачи больших потоков информации и т. п. Невыполнение одного из этих требований может привести к неудовлетворительной работе всей системы ВКС.

Для выполнения установленных требований для разного количества

участников необходимо обеспечить распределение информационных потоков

t

с учетом характеристик всех каналов и устройств в сети. При проведении сессии ВКС крупного масштаба от 20 участников с использованием централизованного подхода вся нагрузка на обеспечение качественной связи ложится на MCU (Media Control Unit - сервер многоточечной ВКС), что

требует высокопроизводительного оборудования, обладающего высокой стоимостью, и высокоскоростных каналов связи.

Указанные недостатки отсутствуют в децентрализованной системе ВКС, в которой нагрузка распределяется на все элементы пропорционально их ресурсам и характеристикам, тем самым увеличивая масштабируемость и уменьшая стоимость такого решения.

В настоящее время использование таких систем для проведения МВКС достаточно широко изучено. Первые теоретические работы опубликованы Коммаредди, Вангом, Кастро и др. [5-9] В последние годы наблюдается значительный рост активности разработок в этом направлении, в связи с увеличением пропускной способности каналов «последней мили», позволяющих участвовать в МВКС [20-31, XX]. Применение современных алгоритмов сжатия информации в совокупности с новейшими разработками в области передачи информации по различным каналам связи позволяет использовать данную услугу на широком множестве устройств и платформ.

Исследования, проведенные в данном направлении, показали, что наилучших результатов можно добиться при организации многоточечной ВКС на основе децентрализованных самоорганизующихся сетей и специальных алгоритмов построения топологии сети на прикладном уровне модели OSI («Найс,» «САКС», «Зиг-Заг»).

Главным достоинством таких алгоритмов является отсутствие необходимости поддержки протоколов прикладного уровня на сетевом оборудовании и высокая степень масштабируемости. Однако большинство из этих алгоритмов используют один узел в виде центрального элемента, и информационный поток передается по одному маршруту на все узлы сети, что негативно сказывается на характеристиках работы системы в случае проведения сессии крупной МВКС от двадцати участников.

Анализ существующих алгоритмов свидетельствует о том, что одни из них используют насыщение ветвей графа сети, обеспечивая баланс потоков, а другие - учитывают количество потерянных пакетов и время доставки

пакета, но не обеспечивают равномерной загрузки сети. Во всех рассмотренных алгоритмах используются аддитивные сверки различных метрик, характеризующих качество обслуживания, но ими не учитывается характер трафика ВКС.

Таким образом, актуальной является задача разработки алгоритма построения логической топологии 1Р-сети с использованием новой метрики для организации МВКС на прикладном уровне.

Целью диссертационного исследования является разработка и исследование алгоритма построения логической топологии 1Р-сети на основе множественных деревьев для улучшения функционирования системы многоточечной ВКС.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи.

1. Разработка новой метрики расчета топологии сети ВКС, состоящей из трех критериев и учитывающей Рекомендации Международного союза электросвязи (МСЭ).

2. Разработка методики определения количества суперузлов для распределения информации в сети.

3. Разработка алгоритма на основе множественных деревьев для организации системы МВКС, использующего полученную метрику и методику.

4. Исследование сетевых характеристик получаемого решения и его масштабируемости.

Объектом исследования являются распределенные системы МВКС в ГР-сетях на прикладном уровне.

Предметом исследования является алгоритм построения логической топологии сети на основе множественных деревьев в распределенных системах МВКС.

Методы исследования

При решении поставленных задач использовались теория телетрафика, теории графов, элементы комбинаторного анализа, компьютерного моделирования, теория построения телекоммуникационных сетей, методы математического анализа, теория потоков в сетях, теория оптимальных иерархических структур.

Научная новизна представляемых результатов состоит в следующем.

1. Предложена метрика расчета стоимости связей в распределенных системах на основе времени задержки сигнала, количества потерянных пакетов и используемой полосой пропускания, в соответствии с Рекомендациями МСЭ.

2. Определены характеристики логической топологии сети, влияющие на достижение необходимо уровня качества работы системы МВКС. Показано, что использование данных характеристик повышает эффективность применения множественных деревьев для организации МВКС.

3. Разработан алгоритм построения логической топологии распределенной 1Р-сети на прикладном уровне для организации МВКС.

4. Разработана методика определения числа суперузлов на основе значений метрики расчета стоимости связей.

Практическая значимость

1. Разработан новый алгоритм построения логической топологии 1Р-сети на основе множественных деревьев, уменьшающий количество потерянных пакетов, среднюю задержку сигнала и увеличивающий эффективную ширину полосы пропускания. Данный алгоритм может быть использован в системах передачи мультимедийной информации, связи, протоколах маршрутизации, а также в ряде других прикладных задач систем передачи информации.

2. Создана модель распределенной сети для организации МВКС, позволяющая задавать большое число характеристик каналов связи, изменять топологию сети для нескольких суперузлов, задавать тип очереди на узле связи и т. д.

3. Получено свидетельство на программный продукт для анализа работы телекоммуникационных сетей и прогнозирования качества обслуживания - Цпкгасег, зарегистрированный в Реестре программ для ЭВМ.

Разработанные методики и алгоритмы требуют для их практической реализации относительно небольших вычислительных ресурсов, что позволяет использовать их для работы в системах реального времени.

Результаты работы внедрены в соответствующие разработки предприятия ООО «Медиа-мир», г. Ярославль. Отдельные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ЯрГУ в рамках дисциплин «Системы коммутации» и «Сети связи».

Личный вклад автора

Выносимые на защиту положения предложены автором в ходе выполнения научно-исследовательских работ на кафедре динамики электронных систем Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. Практическая реализация методов и моделирование на ЭВМ проводилась коллективом исследователей при личном участии автора.

Достоверность полученных научных результатов обусловлена применением адекватного математического аппарата и совпадением теоретических и экспериментальных значений. Результаты исследований согласуются с известными результатами других исследований по данной тематике.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических семинарах и конференциях.

10

- 12-ой, 14-ой Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Москва, 2010, 2012.

- 21-ой Международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии». Москва, 2013.

- 12-ой Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург, 2012.

- 13-ой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития и применения средств ПВО в современных условиях». Ярославль, 2012.

- 1Х-ой Международной научно-технической конференции «Техника и технология: Новые перспективы развития». Москва, 2011.

Публикации по работе

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 10 докладов на научных конференциях, получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников, содержащего 112 наименований, и приложения. Она изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 8 таблиц.

На защиту выносятся

1. Метрика, характеризующая канал связи на основе данных по количеству потерянных пакетов, задержке сигнала и ширине полосы пропускания в соответствии с Рекомендациями МСЭ.

2. Методика определения числа суперузлов на основе значений метрики расчета стоимости связей.

11

3. Алгоритм построения логической топологии IP-сети на прикладном уровне модели OSI на основе множественных деревьев, с использованием предложенной методики и метрики для организации системы многоточечной ВКС.

Благодарности.

Автор выражает слова глубокой благодарности своему научному руководителю доценту Алексею Николаевичу Тараканову за помощь и поддержку на всех этапах выполнения данной работы. Отдельная благодарность В.Г. Медведеву, И.С. Ненахову, Ю.С. Корневу, A.B. Абрамову, работы которых оказали значительное влияние на формирование взглядов автора в данном научном направлении.

Особая благодарность профессору Юрию Александровичу Брюханову, доцентам Андрею Леонидовичу Приорову и Владимиру Вячеславовичу Хрящеву за постоянную поддержку во время обучения в аспирантуре и подготовки данной диссертации.

Особая признательность моим коллегам по кафедре В.А. Волохову, И.В. Апалькову, И.Н. Трапезникову, Ю.А. Лукашевичу, И.С. Мочалову, а также соавторам всех моих публикаций.

Отдельная благодарность моей семье за предоставленную возможность заниматься научной деятельностью и бесконечное терпение.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПРОБЛЕМ В СИСТЕМАХ МНОГОТОЧЕЧНОЙ ВИДЕОКОНФЕРЕНЦСВЯЗИ

1.1. Вводные замечания

На протяжении более двух десятилетий использование современных решений в области высоких технологий позволяет развиваться одному из самых перспективных направлений межличностных коммуникаций -видеоконференцсвязи (ВКС) [1-4]. В последнее время наблюдается настоящий переворот в данной области, связанный с появлением нового стандарта сжатия -Н.265, который должен стать достойной заменой кодеку Н.264 при потоковой передаче видео, а с его внедрением требования к пропускной способности каналов передачи данных снизятся практически вдвое. Кроме того на настоящий момент для видеосвязи характерно интеграция социальных сервисов и облачных решений.

В настоящее время области применения видеотехнологий могут быть разделены на четыре группы. В первую входят приложения и сервисы, обеспечивающие интерактивное взаимодействие удаленных пользователей в режиме реального времени. К этой группе относятся видеосвязь и различные ее производные, включая многоточечное взаимодействие, то есть видеоконференцсвязь с количеством участников более трех (многоточечная видеоконференцсвязь, МВКС). При функционировании таких приложений видео по сети одновременно передается в обе стороны, при этом предъявляются жесткие требования к задержке трафика и ее вариации. Для видеосвязи высокой четкости необходимы каналы с шириной полосы пропускания в несколько десятков Мбит/с, а для транскодирования видео -мощные вычислительные платформы. Таким образом, ВКС представляет собой наиболее требовательное к ресурсам сети и серверного оборудования видеоприложение [2, 3].

Приложения трех оставшихся групп менее требовательны к характеристикам передачи трафика, так как в них передача видеоданных осуществляется только в одну сторону. К данным трем группам видеонаблюдение, различные категории IP-TV и информационные дисплеи, в которых отображение информации осуществляется с электронных цифровых носителей. Как правило, подобные информационные дисплеи образуют территориально распределенную систему и устанавливаются в общественных местах (крупных офисах, учебных заведениях, торговых центрах, на стадионах и т. д.), а управление ими и вывод информации производится из единого центра, реализующего принцип «любой источник - в любом месте - в нужное время - на любом экране». Ключевое достоинство таких систем - их исключительная универсальность и гибкость, позволяющая демонстрировать на дисплеях самую разнообразную информацию. Фактически система цифровых дисплеев представляет собой сеть телевещания со своими каналами, программами и материалами, рассчитанными на определенную целевую аудиторию. При этом демонстрируемый контент может варьироваться от статических изображений до видео высокого разрешения со звуковым сопровождением [2, 3].

Наиболее популярными областями применения видеотехнологий в настоящее время являются видеонаблюдение и ВКС, что объясняется доступностью и широким распространением оборудования для данных отраслей. В рамках данной работы будет рассматриваться МВКС, как наиболее современное решение для совместной работы.

1.2. Многоточечная видеоконференцсвязь

В настоящее время видеоконференцсвязь (ВКС) используется не только для обеспечения удаленного взаимодействия сотрудников компаний, но и для

решения массы других задач, в том числе дистанционного обучения (проведение видеолекций, семинаров и консультаций) и телемедицины. Одна из самых крупных российских сетей ВКС развернута в Верховном суде РФ и используется для проведения судебных процессов, допроса свидетелей, общения адвокатов, родственников и т.п. (терминалы данной системы установлены в более чем 1500 точках).

Тем не менее, до сих пор в большинстве компаний, где развернуты системы ВКС, соответствующие терминалы установлены, как правило, только в нескольких конференц-комнатах и кабинетах руководителей. В компаниях, где специализированные решения для ВКС отсутствуют, распространение получили бесплатные сервисы (например, Skype), которые рассматриваются производителями коммуникационного оборудования, прежде всего, как инструмент для ознакомления с сервисами ВКС, а не как полнофункциональное решение [1].

Главными препятствиями на пути более масштабного внедрения ВКС в корпоративную среду представляются высокая стоимость соответствующих продуктов и неготовность (психология, трудности освоения) пользователей. Качественная система ВКС - это решение, обладающее высокой стоимостью, где наиболее дорогостоящей частью системы являются серверы MCU (Media Control Unit) и другие инфраструктурные компоненты. Однако в настоящее время наблюдается снижение стоимости решений, связанное как с появлением новых производителей оборудования ВКС, так и с виртуализацией решений, а также их программной реализацией. К примеру, компании LifeSize и Polycom уже представили свои программные решения с функциональностью, которой ранее обладали только аппаратные средства.

Главной технической проблемой внедрения ВКС являются характеристики каналов связи. Решением данной проблемы может служить выделение более высокого приоритета трафика видеоданных при их передаче. Производители систем ВКС стараются снизить эффективную ширину полосы пропускания, например, внедрением технологии Н.264 High Profile [1,2].

На втором месте в ряду технических сложностей - проблемы интеграции ВКС с другими корпоративными системами (телефонией, бизнес-приложениями и др.). Видеоконференцсвязь долгое время существовала сама по себе, однако ценность этого вида коммуникаций существенно повышается при его включении в общую среду унифицированных (объединенных) коммуникаций или систему поддержки совместной работы. Среди приоритетов в части интеграции -обеспечение взаимодействия с телефонной системой и программными приложениями. К примеру, взаимодействие систем ВКС и видеонаблюдения позволит в ходе видеоконференции контролировать процесс отгрузки важного товара или проведение восстановительные работы на месте аварии (через установленные в соответствующих местах камеры видеонаблюдения).

Кроме того, в настоящее время в системах ВКС нередко реализуется интеграция с мобильными устройствами, что вызвано ростом производительности и увеличением энергоэффективности мобильных процессоров. Ведущие поставщики систем ВКС уже реализовали в своих решениях функции по поддержке основных мобильных платформ (Android, iOS, Windows). При этом при наличии подключения через Wi-Fi качество видеосвязи соответствует рекомендациям МСЭ (однако в данном случае накладывается ограничение на местоположение пользователя вблизи точки регулярного присутствия). В то же время, возможности мобильного широкополосного доступа ограничиваются, прежде всего, структурой и параметрами сетей сото-

вой связи третьего и четвертого поколения, т.к. данные сети не предназначены для работы двунаправленной видеосвязи в реальном времени [5, 6].

1.2.1. Виды видеоконференцсвязи

Большинство компаний используют классическую схему ВКС, включающую использование аппаратных терминалов и сервера MCU. К таким системам относятся, прежде всего, аппаратные комплексы компаний Polycom, Cisco/Tandberg, LifeSize, Sony, Radvision, VCON. Среди производителей программных решений можно отметить такие компании, как TrueConf и «Видеомост». В настоящее время наблюдается также интеграция аппаратных средств и программных решений. В связи с этим граница между «аппаратными» и «программными» производителями постепенно стирается.

На сегодняшний день услугами ВКС пользуются порядка 16% компаний, две трети из которых используют программные клиенты, а треть - аппаратные терминалы ВКС.

Главным сдерживающим фактором в распространении облачных сервисов ВКС считается возможность несанкционированного доступа к передаваемой видеоинформации, недоверие к поставщикам облачных сервисов, а также отсутствие предложений с приемлемым соотношением цена/функциональность. Среди других препятствий были названы приверженность к исторически сложившейся практике применения ВКС, высокая стоимость каналов связи, потенциальные проблемы с оперативным восстановлением сеансов ВКС, а также наличие специальных требований по защите информации в государственных структурах, являющихся одним из главных заказчиков на российском рынке ВКС [6].

Системы видеоконференцсвязи могут быть классифицированы по формату общения, количеству участников и отводимой им роли (рис. 1.1).

: «я!у?и;

; I

I

шш

Рис. 1.1. Виды видеоконференцсвязи

Видеотелефония (видеозвонок) - сеанс связи, во время которого два абонента (пользователя) могут общаться друг с другом с использованием аудио- и видеосигналов. Одновременная передача голоса и изображения позволяет собеседникам полноценно взаимодействовать друг с другом, несмотря на расстояние. Во время видеозвонка при помощи различных инструментов совместной работы, таких как показ презентаций, управление рабочим столом, передача файлов и т.п., появляется возможность обмена в реальном времени практически любыми данными.

Веб-конференция - технология, с помощью которой можно реализовать онлайн-встречу с целью неофициального или делового' общения, а также для совместной работы над документами и различными мультимедиа-файлами.

Вебинар - один из видов веб-конференции, предполагающий одностороннее вещание со стороны ведущего, который не может свободно взаимодействовать с остальными участниками. Однако вебинары могут быть и совместными, предоставляя такие дополнительные возможности, как опрос и голосование. Различные провайдеры могут предоставлять также участникам веб-конференции такую услугу, как анонимность пользователя. Благодаря данной функции участники могут не знать о присутствии друг друга на общей конференции.

Видеоконференция - сеанс видеоконференцсвязи, который предусматривает одновременное участие сразу нескольких удаленных пользователей (в отличие от персональных конференций в режиме «точка-точка», где максимальное количество участников - два). Во время сеанса групповой видеоконференции пользователи могут не только видеть и слышать друг друга, но и обмениваться данными, а также использовать инструменты совместной работы над документами в режиме реального времени. Цель многоточечных видеоконференций - дать возможность участникам, которые не могут присутствовать на встрече лично, поучаствовать в ней удаленно [1, 2, 6].

Групповые видеоконференции делятся, в свою очередь, на симметричные и ассиметричные. Видеоконференцсвязь является симметричной, если все ее участники могут полностью взаимодействовать между собой: они видят, слышат друг друга, а также имеют возможность общаться. Видеоконференции, в которых отсутствует обратная связь между какими-либо участниками, называются асимметричными. Обычно во время проведения симметричных видеоконференций количество взаимодействующих между собой участников не превышает нескольких десятков, тогда как в асимметричной видеоконференции могут принимать участие до сотни и более удаленных пользователей.

Существует три вида асимметричных видеоконференций: селекторные совещания, видеоуроки (видеосеминары) и видеовещание (трансляция).

Во время селекторного совещания виртуальная аудитория делится на тех, кто поддерживает двустороннюю связь (этим человеком является ведущий видеоконференции и несколько назначенных им докладчиков) и тех, кто может только видеть и слышать выступающих.

В ходе видеовещания - сеанса видеоконференцсвязи в режиме трансляции, обратная связь не обязательна, в связи с тем, что основная задача докладчика -донести до слушателей необходимую информацию и наглядно ее

продемонстрировать. Данный вид трансляции не подразумевает обратную связь в реальном времени, в связи с этим фактом видеоданные у некоторых участников могут отставать от реального времени не несколько секунд.

Групповую ВКС можно организовать аппаратным и программным способом. Программное обеспечение видеосвязи подразделяется на распределенное, централизованное и поставляемое в качестве сервиса [1,2].

1. Видеосвязь через сервер. В этом случае поступающая информация обрабатывается специализированным сервером, для связи с которым используется клиентское программное обеспечение, устанавливаемое на компьютеры пользователей. Такой тип видеоконференцсвязи может работать как через интернет, так и в локальной сети.

2. Видеосвязь как сервис: передача аудио и видео потоков на клиентское приложение, работающее через интернет, осуществляется через удаленный сервер провайдера.

3. Распределенная видеосвязь подразумевает маршрутизацию звонков через компьютеры пользователей программы, что позволяет провайдеру избежать внедрения дорогостоящей инфраструктуры централизованных серверов, но в то же время увеличивает нагрузку на оконечные устройства пользователей. В распределенных системах видеосвязи центральным элементом является узел идентификации, который хранит минимальную необходимую информацию: учетные записи пользователей, копии их списков контактов и тому подобное.

1.2.2. Видеоконферепцсвязь с использованием сервера

Аппаратные комплексы видеосвязи используют специализированный сервер многоточечных видеоконференций (МСЦ) - это устройство, позволяющее организовывать групповые видеоконференции между терминалами ВКС. Для организации групповых видеоконференций МСО-сервер связывает между собой

терминальные устройства, которые могут работать с различными протоколами для организации МВКС.

Во время сеанса многоточечной конференции МСи-сервер управляет сразу несколькими терминалами, согласовывает их функции по обработке видеоданных, а также перенаправляет потоки медиаданных между ними.

В отличие от программных ВКС серверов, МСи-сервер реализует групповые видеоконференции по принципу микширования медиапотоков, т. е. смешивая и перекодируя потоки участников видеоконференции в реальном времени, например, для создания эффекта картинка-в-картинке, что накладывает очень жесткие требования на вычислительные мощности МСи-сервера. Программные же сервера чаще всего реализуют схему мультиплексирования потоков, при которой перекодирование отсутствует, сервер лишь перенаправляет медиапотоки участников видеоконференции, а сжатием/декодированием и микшированием медиапотоков занимаются терминальные устройства [3].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тупицын, Виталий Валерьевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Терминология Видеоконференцсвязь // URL hltp://trueconf.ru/support/ videoconferencing-terminology/ (дата обращения 21.09.13)

2. Попов М. Видеоконференцсвязь (ВКС) как явление // URL http://www.legion.ru/news/30401 (дата обращения 27.02.13)

3. Тимофеев А.В. Модели и методы маршрутизации потоков данных в телекоммуникационных системах с изменяющейся динамикой. - М.: Новые технологии, 2005.

4. Вишневский В.М. Теоретические основы построения компьютерных сетей. - М.: Техносфера, 2003.

5. Поздняк И.С. Методы маршрутизации в сетях NGN // Труды VII международной науч.-техн. конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Самара, 2006. С. 148-149.

6. Головин C.JI. Технологии мультисервисных сетей // СЮ, 2005, №10. С. 27-32.

7. ITU-T Recommendation G.1010: End-user multimedia QoS categories. // URL http://www.itu.int/rec/T-REC-G.1010-200111-I/en (дата обращения: 27.02.12).

8. Smith G., Tournoux P.U., Boreli R., Lochin E. On the Limit of Fountain MDC Codes for Video Peer-To-Peer Networks // The 1st IEEE WoWMoM Workshop on Video Everywhere, 2012.

9. Lopez-Fuentes F. P2P Video Streaming Combining SVC and MDC // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science -

SPECIAL SECTION: Efficient Resource Management for Grid-Enabled Applications, 2011. P. 296-306.

10. Штовба С.Д. Муравьиные алгоритмы // Exponenta Pro. Математика в приложениях, 2003, №4. С. 70-75.

11. Гольдштейн А.Б. Технология и протоколы MPLS. - СПб.: БХВ, 2005.

12. Хелеби С., Мак-Ферсон Д. Принципы маршрутизации в Internet / 2-е изд. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2001.

13. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. - 3-е изд. - СПб.: Питер, 2006.

14. Тимофеев А.В., Сырцев А.В. Модели и методы маршрутизации потоков данных в телекоммуникационных системах с изменяющейся динамикой - М.: Новые технологии, 2005.

15. Ермолаев С.Ю. Муравьиные алгоритмы оптимизации // Инфокоммуникационные технологии, 2008, Т.6, №1. С.23 - 29.

16. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2006.

17. Амато В. Основы организации сетей Cisco, том 2. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2004.

18. Лихтциндер Б.Я., Попов П.М. Инжиниринг трафика в мультисервисных сетях // Электросвязь, 2005, № 7. С. 22-26.

19. Ильин В.Э., Позняк Э.Г. Линейная алгебра. - М.: Наука-Физматлит, 1999.

20. Лихтциндер Б. Я. Автоматизация расчета характеристик трафика ATM // Инфокоммуникационные технологии, 2003, Т.1, № 1. С. 47-53.

21. Харрари Ф. Теория графов. - М.: Мир, 1973.

22. Diestel, R. Graph Theory. - New York: Springer-Verlag, 2005.

23. Татт У. Теория графов. - М.: Мир, 1998.

24. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир,

1981.

25. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию - М.: Наука, 1983.

26. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. - М.: Наука, 1992.

27. Райзер М. Оценка характеристик систем передачи данных // ТИИЭР,

1982, Т.70, №2. С. 28-59.

28. Вишневский В.М., Белоцерковский Д.Л. Задача синтеза топологии в развитии информационно-вычислительных сетей ЭВМ // Тезисы докладов Международной конференции по проблемам управления. Москва, 1999, Т.З. С. 185-187.

29. Вишневский В.М. Модели теории очередей для анализа сетей ЭВМ с иерархической структурой // Проблемы управления в сетях ЭВМ, 1979. С. 31-68.

30. Вишневский В.М., Воробьев В.М. Архитектура IP-сети для качественной передачи телефонии // Электросвязь, 2000, №10. С. 1415.

31. Лагутин B.C., Степанов С.И. Телетрафик мультисервисных сетей связи. - М.: Радио и связь, 2000.

32. Круглый З.Л. Исследование вычислительных систем с помощью сетевых моделей: Автореф. дисс. на соис. уч. ст. канд. тех. наук / Институт проблем управления. - М., 1983.

33. Иглхарт Д.Л., Шедлер Д.С. Регенеративное моделирование сетей массового обслуживания. - М.: Радио и связь, 1984.

34. Захаров Г.П., Лохматко В.В., Мирошников В.И. Проблемы оптимизации структурных сетей ПД // Процессы адаптации в информационно-вычислительных сетях, Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР. М., 1982.

35. Зайченко Ю.П., Гонта Ю.В. Структурная оптимизация сетей ЭВМ. -Киев: Техника, 1986.

36. Лихтциндер Б.Я. Попов П.М. Инжиниринг трафика в мультисервисных сетях // Электросвязь, 2005, № 7. С. 22-26.

37. Jacobs S., Eleftheriadis A. Providing video services over networks without quality of service guarantees//RTMW, 1996. P. 120-123.

38. Floyd S. Connections with multiple congested gateways in packet-switched networks, part 1: one-way traffic // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 1991, vol. 21(5). P. 30-47.

39. Nichols J., Claypool M., Kinicki R. Measurements of the congestion responsiveness of Windows streaming media // Technical Report, Worcester Polytechnic Institute, USA, 2004. 6 P.

40. Mediano A., Allman M., Floyd S. Measuring the evolution of transport

protocols in the Internet: the extended version // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2005, V. 21(5). P. 30-47.

41. Park K. Self-similar network traffic and performance evaluation // NY: Wiley, 2000.

42. Paxson V. Measurements and analysis of end-to-end Internet dynamics // PhD thesis, Computer Science Division, University of California, USA, 1998.

43. Paxson V. Automated packet trace analysis of TCP implementations // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 1997, V. 27(4). P. 167-179.

44. Moraru В., Copaciu F., Lazar G. Practical analysis of TCP implementations // Technical University of Cluj-Napoca, Romania, 2004. 6 P.

45. Goyal M., Guerin R., Rajan R. Predicting TCP throughput from noninvasive data/7 University of Pennsylvania, USA, 2001. 40 P.

46. Лихтциндер Б.Я., Поздняк И.С. Резервирующий алгоритм построения минимального направленного графа при адаптивной маршрутизации // Инфокоммуникационные технологии, 2007, Т.5, №2. С. 42-46.

47. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. Том 2 - М.: Мир, 1979.

48. Тимофеев А.В., Сырцев А.В. Модели и методы маршрутизации потоков данных в телекоммуникационных системах с изменяющейся динамикой -М.: Новые технологии, 2005.

49. Floyd, S. Connections with multiple congested gateways in packet-switched networks, part 1: one-way traffic // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 1991, V. 21(5). P. 30-47.

50. Floyd S., Jacobson V. Random early detection gateways for congestion avoidance // IEEE ACM Transactions on Networking, 1993, V. 1(4). P. 397-413.

51. Floyd S., Fall K. Promoting the use of end-to-end congestion control in the Internet// IEEE ACM Transactions on Networking, 1999, V. 7(4). P. 458472.

52. Floyd S., Kohler E. Internet research needs better models // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2003, V. 33(1). P. 29-34.

53. Floyd S., Paxson V. Difficulties in simulating the Internet // IEEE ACM Transactions on Networking, 2001, V. 9(4). P. 392-403.

54. Blueman G.V., Sunshine C.A. Formal method in communication protocol design // IEEE Transactions on Communications, V. COM-28, №4. P. 624631

55. Perkins C., Hodson O., Harman V. A Survey of Packet Loss Recovery Techiques for Streaming Audio // IEEE Network Magazine, 1998, P. 40-47

56. Park K., Willinger W. Self-similar network traffic and performance evaluation - NY: Wiley, 2000.

57. Moraru B., Copaciu F., Lazar G. Practical analysis of TCP implementations // Technical University of Cluj-Napoca, Romania, 2004. 6 P.

58. Goyal M., Guerin R., Rajan R. Predicting TCP throughput from noninvasive data // University of Pennsylvania, USA, 2001

59. Claypool M., Riedl J. End-to-end quality in multimedia applications // Department of Computer Science, University of Massachusetts, USA, 1998.

60. Floyd S., Handley M., Padhye J. Equation-based congestion control for unicast applications // International computer science institute, Berkeley, USA, 2000.

61. Koucheryavy Y. Multimedia traffic delivery over next-generation telecommunications networks // PhD thesis, Institute of Communications Engineering, Tampere University of Technology, Finland, 2004.

62. Smith G., Tournoux P.U., Boreli R., Lochin E. On the Limit of Fountain MDC Codes for Video Peer-To-Peer Networks // The 1st IEEE WoWMoM Workshop on Video Everywhere, 2012.

63. Lopez-Fuentes F. P2P Video Streaming Combining SVC and MDC // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, SPECIAL SECTION: Efficient Resource Management for Grid-Enabled Applications, 2011. P. 296-306.

64. Амато В. Основы организации сетей Cisco, том 2. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2004.

65. Лихтциндер Б.Я., Попов П.М. Инжиниринг трафика в мультисервисных сетях. - Электросвязь, 2005, № 7. С. 22-26.

66. McDysan. М. QoS and Traffic Management in IP and ATM Networks. -Singapore: McGraw-Hill, 2000.

67. Кучерявый E.A. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет - СПб: Наука и Техника, 2004.

68. Кох Р., Яновскии Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи - М.: Радио и связь, 2001.

69. МСЭ-Т Recommendation Y.1540. IP Packct Transfer and Availability Performance Parameters // December, 2002.

70. МСЭ-Т Recommendation Y.1541. Network Performance Objectives for IP-Based Services // May, 2002.

71. МСЭ-Т Recommendation Y.1291. An Architectural Framework for Support of Quality of Service in Packet Networks // May, 2004.

72. Zhang L., Braden R. Resource reservation Protocol // RFC-2205, September, 1997.

73. Blake S. Architecture for Differentiated Services // RFC-2475, December, 1998.

74. Leon-Garcia A. Communications networks. Fundamental concepts and key architectures. - Singapore: McGraw-Hill, 2000.

75. Таненбаум Э. Компьютерные сети. - 4-е изд. - СПб.: Питер, 2007.

76. Bakos В., Farkas F. Nomadic sharing of media: proximity delivery of mass content within P2P social networks // Proceedings of IWUC, 2006. P. 203208.

77. Ripeanu M., Foster I., Iamnitchi A. Mapping the Gnutella Network: Properties of Large-Scale Peer-to-Peer Systems and Implications for System Design. // IEEE Internet Computing Journal 6(1), 2002. P 50-57.

78. Aberer K., Alima L.O., Ghodsi A. The essence of P2P: a reference architecture for overlay networks. // Proceedings of the Fifth IEEE International Conference on Peer-to-Peer Computing, September, 2005.

79. Loguinov D., Rai V., Ganesh S. Graph-theoretic analysis of structured peer-to-peer systems: routing distances and fault resilience. // Proceedings

of the 2Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols For Computer Communications, Karlsruhe, Germany, 2003, P.395-406.

80. Tran D.A., Hua K.A., Do T.T. A peer-to-peer architecture for media streaming // IEEE Journal on Selected Areas in Communications 22(1), 2004. P.l21—133.

81. Chu Y.H., Rao S.G., Seshan S., Zhan H. Enabling Conferencing Applications on the Internet using an Overlay Multicast Architecture // Proceedings of the ACM SIGCOM, San Diego, USA, 2001. P. 55-67.

82. Xu X., Wang Y., Panwar S.P., Ross K.W. A Peer-to-Peer Video-on-Demand System using Multiple Description Coding and Server Diversity // Proceedings of IEEE ICIP, V. 3, 2004. P. 1759-1762.

83. Leibnitz K. Estimating Churn in Structured P2P Networks // Proceedings of the 20th International Teletraffic Congress: ITC-20, Ottawa, Canada, 2007. P. 630-641.

84. Castro M., Costa M., Rowstron A.I. Performance and Dependability of Structured Peer-to-Peer Overlays // Microsoft Research, MSR-TR2003-94, Cambridge, United Kingdom, 2003.

85. Dijkstra E.W. A note on two problems in connexion with graphs. // Numerische Mathematik, V.l, 1959, P. 269-271.

86. Томас X., Чарльз И.Л., Клиффорд Ш. Алгоритмы: построение и анализ. - 2-е изд. - М.: Вильяме, 2006.

87. Татт У. Теория графов. - М.: Мир, 1988.

88. Goyal V.K. Multiple Description Coding: Compression Meets the Network // IEEE Signal Processing Magazine, September 2001. P 205-213.

89. Ramchandran K. Optimal multiple description subband coding // Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing Chicago, October 1998. P.654-658.

90. Wang Y. Redundancy rate-distortion analysis of multiple description coding using pairwise correlating transforms // Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing Santa Barbara, Calif, USA, October 1997. P. 608-611.

91. Vetterli M. Multiple description source coding and diversity routing: a joint source channel coding approach to real-time services over dense networks // Proceedings of the International Packet Video Workshop, Nantes, France, April 2003. P.301-305.

92. Lin S. Multiple description coding for video delivery // Proceedings of the IEEE, 2005. P. 57-70.

93. Гликман Ю.К. Разработка метода и алгоритмов много путевой маршрутизации для повышения отказоустойчивости IP сетей // Текст диссертации, СПб, 2005.

94. Царев Д.С. Разработка алгоритма маршрутизации трафика в MPLS-сети // Текст диссертации, Орел, 2010.

95. Поздняк И.С. Разработка и исследование алгоритмов адаптивной маршрутизации в мультисервисных сетях связи // Текст диссертации, Самара, 2009.

96. Медведев В.Г., Тупицын В.В., Приоров A.JT. Передача потокового видео по сети Radio Ethernet стандарта IEEE 802.11b при максимальной загрузке канала // Сб. докладов 14-й междунар. конф. "Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика". 2007. -С. 61-64

97. Медведев В.Г., Тупицын В.В., Давыденко Е.В. Передача потокового видео по IP-сети при значительной загрузке канала с применением восстанавливающего алгоритма QoS// Сб. докл. 9-й междунар. конф. "Цифровая обработка сигналов и ее применение". 2007. -С. 74-76.

98. Медведев В.Г., Тупицын В.В., Приоров A.JI. Внедрение технологии Triple-Play в локальную сеть Ethernet в режиме максимальной загрузки канала// Сб. докл. 10-й междунар. конф. "Цифровая обработка сигналов и ее применение". 2008. -С. 81-83.

99. Тупицын В.В., Ермаков А.Н., Савасин П.А. Имитационное моделирование сети мониторинга дорожного движения, построенной на основе технологии IEEE802.15.4 ZigBee// Сб. докл. 12-й междунар. конф. "Цифровая обработка сигналов и ее применение". 2010. -С. 111— 113

100. Тупицын В.В., Абрамов А.В., Ненахов И.С. Анализ алгоритма множественных деревьев для топологии пиринговых сетей при организации многоточечных конференций //Материалы 9-й Всероссийской научно-технической конференции "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем". 2011.-С. 55-57

101. Тупицын В.В., Тараканов А.Н., Ермаков А.Н., Савасин П.А., Абрамов

А.В., Ненахов И.С. Анализ алгоритма множественных деревьев и

алгоритма NICE для топологии пиринговых сетей при организации

105

многоточечных конференций // Материалы 4-й Научно-практической конференции "Техника и технология: Новые перспективы развития".

2011.-С. 97-100

102. Тупицын В.В., Савасин П.А. Анализ влияния параметров сети на построение топологии посредством алгоритма множественных деревьев // Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике". 2012. -С 45-48

103. Тупицын В.В., Тараканов А.Н., Ермаков А.Н., Савасин П.А., Абрамов A.B., Ненахов И.С. Алгоритм построения множественных деревьев для пиринговых сетей // Сб. статей 12-й междунар. науч.-практ. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 2012. -С. 170— 173.

104. Тупицын В.В., Тараканов А.Н., Ермаков А.Н., Савасин П.А., Абрамов A.B., Ненахов И.С. Организация системы видеоконференцсвязи с использованием алгоритма множественных деревьев // Сб. докл. 14-й междунар. конф. "Цифровая обработка сигналов и ее применение".

2012. -С. 95-96.

105. Тараканов А.Н., Тупицын В.В., Приоров A.JI. Использование алгоритма множественных деревьев для построения сети видеоконференцсвязи // Тр. 13 Всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы развития и применения средств ПВО в современных условиях» -Ярославль: Филиал BKA им. А.Ф. Можайского, 2012. С. 263-268.

106. Тараканов А.Н., Тупицын В.В., Приоров A.J1. Построение сети

видеоконференцсвязи по алгоритму Дейкстры на основе новой

106

метрики // Журнал "Вестник компьютерных и информационных технологий" - Москва, 2013. № 1. С. 34 - 40.

107. Тупицын В.В., Приоров А.Л., Тараканов А.Н. Исследование масштабируемости систем многоточечной видеоконференцсвязи на основе алгоритмов множественных деревьев // Проектирование и технология электронных средств. 2012. № 4. С. 20-24.

108. V. J. Ribeiro, R. Н. Riedi, R. G. Baraniuk, J. Navratil, and L. Cottrell. pathChirp: Efficient Available Bandwidth Estimation for Network Paths. In Passive and Active Measurement Workshop, 2003.

109. Navratil, J., Cottrell, R.L.: ABwE: A Practical Approach to Available Bandwidth. In: Proceedings of the 4th International workshop on Passive and Active network Measurement РАМ, 2003.

110. Strauss, J., Katabi, D., Kaashoek, F.: A measurement study of available bandwidth estimation tools. In: Proceedings of the 3rd ACM SIGCOMM conference on Internet measurement IMC'03, 2003.

111. Sommers, J., Barford, P., Willinger., W.; A Proposed Framework for Calibration of Available Bandwidth Estimation Tools. In: Proceedings of the 11th IEEE Symposium on Computers and Communications ISCC'06, pp. 709-718, 2006.

112. Goldoni, E., Rossi, G., Torelli, A.: Assolo, a New Method for Available Bandwidth Estimation. In: Proceedings of the Fourth International Conference on Internet Monitoring ICIMP'09, pp. 130-136, May 2009.