Карпенко М.П. Телеобучение

Подождите немного. Документ загружается.

М.П. Карпенко. Телеобучение

381

Программную часть системы составила программа цифровой достав-

ки Fazzt Digital Delivery System американской компании KenCast. Програм-

ма хорошо известна во всем мире благодаря ее использованию в спутнико-

вом Интернет-сервисе «Европа Он-лайн». Но, в отличие от ЕОЛ, которая

использует версию программы Fazzt 6.0, система SSDS использует версию

Fazzt 6.1.

Программа Fazzt в свою очередь состоит из двух базовых частей: Fazzt

Host и Fazzt Client.

Fazzt Host устанавливается на центральном сервере системы и служит

для формирования исходящего потока данных в соответствии с написан-

ными сценариями, управляет процессом кодирования файлов перед от-

правкой, созданием очередей, горячих папок и карусельных передач фай-

лов и потоков.

С помощью программы Fazzt Host подготовленные к отправке матери-

алы определенным образом упаковываются в файлы ***. p и размещаются

Центр доступа

электронная почта,

телефония

электронная

почта,

телефония

Центр

доступа

Базовый вуз

24 Мбит/с

Рис. 6.8. Принципиальная схема Информационно-спутниковой образовательной техно-

логии

382

Телекоммуникации и виртуальные среды

в так называемых «каруселях» – директориях, которые формируются на

каждый день и к которым обращается программа при передаче данных.

«Карусели» создаются согласно расписанию рассылки учебно-методичес-

кого обеспечения, которое заблаговременно доводится до сведения руко-

водителей центров доступа. Файлы передаются по очереди в течение су-

ток с 10:00 до 10:00 без перерыва. Объем ежедневной «карусели» в среднем

составляет 10 Гб. При скорости передачи 4,3 Мбит/с за сутки «карусель»

успевает прокрутиться два раза, что повышает надежность доставки ма-

териалов в центры доступа. Расписание рассылки учебно-методического

обеспечения составлено таким образом, что все необходимые для учебно-

го процесса материалы в электронном виде центр доступа может принять

и разместить на своем сервере за неделю.

Fazzt™ имеет свой собственный упаковщик (Fazzt Packager), кото-

рый позволяет операторам на центральном сервере комбинировать не-

сколько небольших по размеру файлов в один большой или разбивать

большой файл на несколько меньших по размеру. Упаковщик включает

в себя опцию сжатия, которая уменьшает размер файлов перед отправ-

кой, так что они пересылаются быстрее и эффективней. В большинс-

тве случаев экономия, достигнутая посредством сжатия, успешно ком-

пенсирует дополнительное повышение числа пакетов при кодировании

Fazzt FEC.

При формировании файлов указывается путь для их распаковки на

приемном сервере центра доступа, так что структура принятого контен-

та полностью соответствует структуре на центральном сервере в Москве.

Файлы имеют достаточно информативные названия (например, Каталог

методических пособий бакалавриат.fpk), что облегчает работу инженера

на приемном сервере.

Прием цифрового контента в центре доступа осуществляется с помо-

щью программы Fazzt-Client, которая устанавливается на сервере центра

доступа и осуществляет декодирование и восстановление принятых фай-

лов, записывая принятые данные на жесткий диск согласно установленно-

му пути. Все эти задачи клиентская программа выполняет автоматически

и при минимальном участии пользователя.

Расписание рассылки составлено так, что все необходимые для цент-

ра доступа материалы передаются в течение месяца, повторяясь несколько

раз в неделю. Этим достигается возможность восстановить утерянную ин-

формацию в случае сбоя на сервере центра доступа.

М.П. Карпенко. Телеобучение

383

Аппаратная часть системы SSDS состоит из следующих основных ком-

понентов: центрального сервера, инкапсулятора IP/DVB с управляющим

компьютером, QPSK-модулятора, компьютерной DVB PC-карты Pent@

NET или SkyStar2 TV.

Центральный сервер с установленной на нем программой Fazzt Host

служит для подготовки и генерирования исходного IP-потока цифровых

данных на вход IP-шлюза.

Задачей шлюза является инкапсуляция входных IP-пакетов в MPEG-

2/DVB-совместимый транспортный поток. В процессе работы шлюз фор-

мирует динамическую и статистическую таблицы пользователей. В табли-

цах отображаются IP-адрес пользователя, его МАС-адрес, присвоенные

ему максимальная и минимальная скорости и скорость передачи в данный

момент времени. Таблицы отображают как зарегистрированных, так и не-

зарегистрированных пользователей.

Сформированный инкапсулятором транспортный поток DVB по ASI-

интерфейсу подается на QPSK-модулятор, откуда по IF-частоте 70 МГц мо-

дулированная несущая поступает на спутниковый передатчик.

На приемной стороне в центре доступа в компьютер вставляет-

ся DVB PC-карта Pent@NET или SkyStar2 TV с соответствующим опера-

ционной системе драйвером. Сигнал на вход карты поступает с прием-

ной спутниковой антенны. В приемном компьютере данная спутниковая

карта выполняет роль спутникового приемника/декодера и служит для

приема данных. Карта SkyStar2 TV, в отличие от Pent@Net, может быть

использована также для приема спутниковых цифровых телевизионных

каналов.

Функция формирования «каруселей» (Carousel) позволяет пользова-

телю на приемной стороне выбирать, какие из предстоящих трансляций

представляют для него интерес и должны приниматься программой, а

какие должны игнорироваться. «Карусель» крутится в канале продолжи-

тельное время (в нашем случае 24 часа), в течение которого пользователь

обязательно сможет принять нужный ему файл. Эта функция позволяет

пользователю не быть зависимым от пропадания напряжения или плохой

погоды. При использовании избыточности в 20% система позволяет вос-

становить 40% пропавшей при приеме информации.

Инженер центра доступа ежедневно должен обновлять так называе-

мый «анонс» тех файлов, которые передаются в этот день в рассылке. На

экране монитора анонс выглядит следующим образом (рис. 6.9).

384

Телекоммуникации и виртуальные среды

Рис. 6.9. Анонс передаваемых файлов

Рис. 6.10. Перечень принятых файлов

М.П. Карпенко. Телеобучение

385

Напротив тех файлов, которые необходимо принять в этот день, ин-

женер ставит галочку. Перечень принятых файлов на экране монитора вы-

глядит так (рис. 6.10).

Программа определяет статус принятых или непринятых файлов:

− Complete (файл принят полностью);

− Incomplete (файл поврежден при приеме);

− Validated (поврежденный файл восстановлен).

Файлы со статусом Incomplete при повторной передаче файла в «кару-

сели» в течение дня могут быть восстановлены. Файлы, успешно принятые

и распакованные, отображаются на экране монитора следующим образом

(рис. 6.11), что позволяет пользователю определить, где на сервере нахо-

дится тот или иной файл.

Рис. 6.11. Принятые файлы

Запатентованная KenCast-защита Fazzt FEC от потери или поврежде-

ния пакетов, которая долгое время применялась для защиты передаваемых

файлов, теперь возможна и для потоков данных.

Программа Fazzt™ использует совершенно новый запатентованный ал-

горитм исправления ошибок при передаче Fazzt Forward Error Correction

386

Телекоммуникации и виртуальные среды

(Fazzt FEC™), который обеспечивает дополнительную защиту передавае-

мой информации от ошибок. Данный алгоритм позволяет пользователям

самостоятельно установить максимальный процент допустимой потери

пакетов. Файл кодируется перед трансляцией путем добавления специаль-

но созданных защитных пакетов ***.fec. Декодер на принимающей стороне

может восстановить исходный файл, если процент потерянных пакетов

ниже заданного, и сможет восстановить всю недостающую информацию

так, что принятый файл будет идентичен посланному. На практике обыч-

но бывает достаточно около 4–6% дополнительной информации, чтобы га-

рантировать, что файлы будут доходить до приемной стороны целиком с

первого раза, без обратной связи.

Fazzt™ также имеет процедуру подтверждения. Процедура подтверж-

дения анализирует полученные данные, состоящие из данных файла и

дополнительных данных, и может доказать, что полученный и восстанов-

ленный файл идентичен оригинальному отправленному файлу. В то вре-

мя как традиционные алгоритмы исправления ошибок с использованием

контроля циклическим избыточным кодом (CRC) обеспечивают ограни-

ченную способность обнаружения ошибок, подтверждение, выполняемое

в Fazzt™, является во много раз более мощным средством, так как при этом

подтверждается весь файл, а не только пакеты/биты, входящие в него.

Можно организовать как многоадресную карусельную рассылку

(Multicast), так и однонаправленную передачу (Unicast). И Multicast-, и

Unicast-каналы могут работать одновременно независимо друг от дру-

га. Центр доступа, в свою очередь, может одновременно принимать как

Multicast-передачу, так и Unicast. В СГА скорость передачи по Multicast-

каналу составляет примерно 4,3 Мбит/с, а по Unicast-каналу – 1 Мбит/с.

По адресному каналу пересылается информация по заявкам центров до-

ступа. И те и другие каналы могут динамически создаваться и убираться.

Например, можно полностью отказаться от каруселей и принудительно

передавать данные всем центрам доступа или выборочно (по заявкам).

Но в нашем случае в центрах доступа не будет возможности оперативно

восстановить потерянные по какой-либо причине материалы, так как регу-

лярные рассылки в каруселях позволяют инженеру выбрать для приема не-

обходимые файлы в любое время согласно расписанию. Принудительная

же рассылка носит одноразовый характер, и в случае поломки приемного

оборудования либо при выключенном сервере переданные материалы до

центра доступа не дойдут.

М.П. Карпенко. Телеобучение

387

Широкополосная односторонняя спутниковая связь с 2000 года ис-

пользовалась академией для передачи больших объемов информации из

базового вуза в центры доступа. Поскольку в этот период развития образо-

вательной сети производилась рассылка одного пакета данных большому

количеству пользователей, то этот процесс не требовал спутникового ре-

сурса для реализации обратной связи. Но остальные вузовские процессы

(администрирование обучения, прием результатов контрольных меропри-

ятий, проведение занятий с использованием видеоконференцсвязи и т. д.)

требуют качественной обратной связи. Поэтому в 2003 году руководство

вуза принимает решение о переходе на двустороннюю спутниковую связь

для быстрой и недорогой организации мультисервисной распределенной

сети (голос, видео, конференц-связь, передача данных), а также для обес-

печения качественной обратной связи самых удаленных центров доступа

с базовым вузом.

6.2.3. Второй этап развития образовательной сети – использование

двусторонней спутниковой связи. Система «Платон»

Новый этап развития телекоммуникационной технологии СГА, осно-

ванный на внедрении системы двусторонней спутниковой связи, позволил

вывести на следующий качественный уровень взаимодействие базового

вуза и центров доступа академии

. Двусторонний интерактивный обмен

данными усовершенствовал учебный процесс, осуществляемый дистанци-

онными методами. При этом была реализована возможность применять

приемы и методы традиционной педагогики в виде возможности непос-

редственного контакта учащегося с преподавателем. А также была реали-

зована возможность обратной связи очно, в режиме реального времени.

Переход на двустороннюю спутниковую связь определил преимущес-

тва распределенной образовательной сети, основанные на использовании

соответствующей среды передачи данных (рис. 6.12).

Двунаправленная интерактивная IP-связь. В среде с указанными харак-

теристиками качественная и высокоскоростная передача информации из

базового вуза в ЦД и обратно осуществляется системой, полностью под-

держивающей интерактивные IP-приложения. Типовая конфигурация по-

мимо обмена информацией учебного характера между базовым вузом и

Карпенко М.П. ИКТО: состояние и перспективы развития // Материалы между-

народной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные

технологии в образовании – 2004». Москва, 28 мая 2004 г. С. 78–83.

388

Телекоммуникации и виртуальные среды

центрами доступа может включать в себя информационное обеспечение

внутренних бизнес-процессов распределенного вуза (финансовые опера-

ции, электронная почта, электронный документооборот и др.).

Голос через IP (VoIP

). Использование корпоративной телефонной сети

позволяет снизить затраты на телефонную связь в пределах сети распреде-

ленного вуза.

Надежное многоадресное IP-вещание. Оптимизация использования ка-

налов связи основана на снижении трафика за счет целевой многоадрес-

VoIP (Voice over IP) – передача голоса посредством Интернет-протокола.

Функциональные воз-

можности среды пере-

дачи данных

Преимущества распределенной образовательной

сети, основанные на функциональных возможно-

стях требуемой среды передачи данных

Двунаправленная ин-

терактивная IP-связь

Широкополосный Ин-

тернет/Интранет досту

Расширенные возможности доступа в распреде-

ленную сеть вуза и Интернет из каждого УЦ

Надежное многоад-

ресное

IP-вещание

Оптимизация использования каналов связи, осно-

ванная на снижении трафика за счет многоадрес-

ной рассылки одних и тех же данных

из базового

вуза в различные УЦ

Голос через IP (VoIP)

Видеоконференцсвязь

Организация корпоративной телефонной сети, ко-

торая снижает затраты на телефонную связь в пре-

делах всего распределенного вуза

Возможность проведения коллективных занятий,

которые проводятся в режиме реального времени

преподавателем головного вуза одновременно с

несколькими группами из разных УЦ

Обеспечение совместимости инфраструктуры сети

на всех этапах ее развития

Масштабируемость

Качественная и высокоскоростная передача ин-

формации из базового вуза в УЦ и обратно

Рис. 6.12. Функциональные возможности среды передачи данных, необходимые для

полнообъемной реализации дистанционного учебного процесса в образовательной сети

распределенного вуза

М.П. Карпенко. Телеобучение

389

ной рассылки одних и тех же данных из базового вуза в центры доступа.

Необходимо, чтобы информация распределялась из центра между мно-

гим пользователям и доставлялась на места максимально надежно и без

перегрузки сети. Например, надежное многоадресное IP-вещание может

использоваться для обновления программного обеспечения серверов и до-

ставки новой информации в центры доступа.

Видеоконференцсвязь. Возможности проведения коллективных заня-

тий, организованных с помощью видеоконференцсвязи, а так же корпора-

тивных совещаний, которые проводятся из базового вуза одновременно с

различными центрами доступа в разных городах России и зарубежья ре-

ализуются в среде, поддерживающей режим интерактивной видеоконфе-

ренцсвязи между базовым вузом и центрами доступа. При этом участники

семинара или совещания могут видеть и слышать друг друга, пользуясь

обычными компьютерами, так как скорости входящих потоков обеспечи-

вают четкое изображение и высокое качество звука.

Масштабируемость. Система предусматривает возможность неограни-

ченного расширения. Используемые оборудование и топология позволяют

увеличивать количество подключаемых локальных центров доступа, обес-

печивая совместимость инфраструктуры сети на всех этапах ее развития.

Широкополосный Интернет/Интранет доступ. Расширенные возмож-

ности доступа к web-серверам и информационным системам базового вуза

и Интернет из каждого центра доступа должны быть реализованы в среде,

характеризующейся повышенными скоростями передачи данных (в том

числе за счет применения методов TCP-ускорения) при низких затратах на

оборудование и его обслуживание.

Все перечисленные преимущества привели к необходимости прове-

дения исследований и научно-практических разработок новых вариантов

коммуникационной системы, обеспечивающей:

− работу интерактивных и мультимедийных IP-приложений;

− видео/информационное вещание и мультивещание;

− высокоскоростную многоадресную передачу больших объемов дан-

ных (более 500 Гб в сутки).

Как известно, элементами любой телекоммуникационной системы

(рис. 6.13) являются передатчик, коммуникационный канал и приемник.

Передатчик – это устройство, которое преобразует исходную инфор-

мацию в сигнал, пригодный для передачи, и передает его по коммуникаци-

онному каналу.

390

Телекоммуникации и виртуальные среды

Коммуникационный канал – это физическая среда, которая использу-

ется для передачи сигнала от передатчика к приемнику. Эта среда обладает

физическими свойствами, которые приводят к ухудшению характеристик

предаваемого сигнала.

Приемник – это устройство, позволяющее восстановить исходную ин-

формацию из принятого сигнала.

Рис. 6.13. Модель коммуникационной системы

Модель цифровой коммуникационной системы (рис. 6.14) включает

источник цифровой или аналоговой информации (например, голос, видео

или компьютерные данные), кодер источника информации, который осу-

ществляет перевод аналогового сигнала в цифровую форму и его компрес-

сию. На выходе этого кодера информация представляет собой последова-

тельность двоичных информационных битов, которые поступают на вход

канального кодера.

Канальный кодер осуществляет помехоустойчивое кодирование, что-

бы сделать сигнал более устойчивым к воздействию присутствующих в