Videoconferenza
Audioconferenza
progettazione
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Distribuzione a valore aggiunto
Videoconferenza su reti IP
Di seguito vengono elencate le predisposizioni da effettuare per il collegamento dei sistemi alle reti TCP/IP. Vengono inoltre riassunti i requisiti necessari per realizzare unÂ’infrastruttura di rete TCP/IP con le caratteristiche adeguate a supportare sessioni di videocomunicazione "real-time".
Requisiti di Rete per Sessioni “Punto-Punto” su reti TCP/IP
I requisiti che deve avere una rete per consentire sessioni Punto-Punto fra due sistemi di videoconferenza sono i seguenti:
  • Il percorso di rete fra i due Terminali IP dovrà avere una larghezza di banda costante per tutta la durata della sessione di videoconferenza. I terminali IP reagiscono a variazioni della banda disponibile variando di conseguenza il bit rate trasmesso, ma questo non è istantaneo ed ha un impatto notevole sulla qualità percepita dallÂ’utilizzatore. Frequenti fluttuazioni nella banda disponibile degradano non poco la qualità della videocomunicazione.
  • Se nel percorso di rete sono presenti NAT o Firewall, questi devono essere H.323 e/o SIP compatibili e adeguatamente configurati.
  • La larghezza di banda necessaria in una LAN/WAN Full Duplex risulta essere la somma del “bit rate audio” + “bit rate video” + “bit rate canale dati”, aumentata dell'overhead del protocollo (approssimativamente per lo stack RTP/UDP/IP si può considerare un overhead medio del 20%). Nel caso di reti LAN/WAN Half Duplex la larghezza di banda necessaria si ottiene raddoppiando il numero ottenuto. Se, ad esempio, fosse necessario garantire 384 Kbps per il video e 64 Kbps per lÂ’audio, la larghezza di banda necessaria sarà di almeno (384+64)x1,2 = 540 Kbps per un collegamento Full Duplex e di 540x2 = 1080 Kbps per un collegamento Half Duplex.
  • L'overhead effettivo è dipendente dalla lunghezza dei pacchetti (ma pacchetti lunghi aumentano il tempo di latenza e diminuiscono la robustezza contro gli errori) e dal protocollo di rete. In alcune reti di accesso il protocollo potrebbe risultare poco efficiente: ad esempio, un collegamento ADSL con protocollo PPPoE (Point to Point Protocol over Ethernet) richiede un overhead di 103 bytes; per pacchetti di 240 bytes, lÂ’overhead sarebbe del 43%, diminuisce al 21% per pacchetti di 500 bytes e diventa del 10% per pacchetti di 1000 bytes. Poiché in una sessione di videoconferenza il video occupa gran parte della banda, lÂ’overhead effettivo è fortemente dipendente dalla lunghezza dei pacchetti video.
  • È preferibile utilizzare su WAN meccanismi di Quality of Service (QoS), invece che sovradimensionare la larghezza di banda della rete. Il sovradimensionamento non è efficace nel caso di traffico a burst e in ogni caso non è una soluzione che dia garanzie nel lungo periodo.
  • Bisognerà strutturare la rete IP in modo che la latenza, il jitter e la perdita dei pacchetti siano i più bassi possibile. Come ciascuno di questi parametri possa influenzare la qualità della videocomunicazione sarà esaminato nei paragrafi successivi.
  • È preferibile che i Terminali IP siano collegati a porte di rete LAN di tipo “switched”, per minimizzare il traffico nella sottorete locale.
Requisiti di Rete per Sessioni “Multi-Punto” su reti TCP/IP
In una Conferenza IP Multi-Punto del tipo "a stella" (Gatekeeper e MCU nello stesso nodo), tutti i flussi audio, video, dati, controllo e segnalazione convergono verso la Multipoint Control Unit (MCU); di conseguenza la larghezza di banda necessaria è data dalla somma delle bande necessarie per ogni singolo collegamento punto-punto tra ciascun terminale IP e l’MCU.
Se l’architettura IP è più complessa (più di un Gatekeeper, più MCU in cascata), vanno analizzati i singoli collegamenti punto-punto, effettuando poi le somme conseguenti.
Effetti della Latenza, del Jitter e della Perdita di Pacchetti sulla Qualità delle Sessioni di Videoconferenza
Latenza (Ritardo di Trasferimento) - La latenza di rete è definita come il tempo impiegato da un determinato flusso di dati ad andare dall’interfaccia di rete di un terminale all’altro. La latenza è data dalla somma di diversi addendi: ritardo di propagazione, ritardo di elaborazione, ritardo di trasmissione, ritardo di permanenza in coda, ecc. per ciascun nodo attraversato. In una WAN il ritardo di permanenza in coda è in genere il fattore più critico, dovuto alla congestione sui router; politiche di controllo della priorità, della lunghezza dei pacchetti e delle congestioni influenzano il tempo di latenza effettivo.
La latenza non influenza la qualità del particolare flusso audio o video, bensì la dinamica della conversazione, rendendo molto difficoltosa l'interattività. Inoltre quando il tempo di latenza è elevato l’eco può risultare particolarmente elevato e difficile da cancellare. La codifica del video, in videoconferenze altamente interattive, è responsabile della maggior parte del tempo di ritardo totale; il ritardo di codifica è più fastidioso a bassi bit rate e in presenza di transcodifica. In tali casi è richiesto che la latenza della rete sia particolarmente bassa. Reti IP di elevata qualità sono in grado di contenere il ritardo di permanenza in coda entro i 10 ms; come regola generale, la latenza di rete non dovrebbe mai superare i 100 ms. La latenza di rete può essere facilmente misurata con appositi strumenti.
Jitter - Quando un flusso di pacchetti attraversa una rete IP, i ritardi non sono costanti bensì variabili per ciascun pacchetto. Il terminale ricevente deve ricostruire un flusso di pacchetti costante per poter decodificare l’audio e il video. Ciò si ottiene attraverso un buffer di dejittering, la cui lunghezza è stabilita in base a una stima del jitter di picco rilevato nella rete.
Ogni pacchetto RTP è contrassegnato con time-stamp che consentono la risincronizzazione del flusso e il riordinamento dei pacchetti. Sfortunatamente il buffer di dejittering ha come effetto collaterale l’aumento del tempo di ritardo totale, per cui è bene che sia il più corto possibile.
Nelle sessioni di videoconferenza il jitter non costituisce un problema per l’audio, in quanto questo viene già ritardato per sincronizzarlo con il video ("lip sync"), mentre può portare a perdite di trame video se il jitter effettivo è superiore a quello stimato.
Perdita di Pacchetti (Packet Loss) - La perdita di pacchetti può avvenire a causa delle congestioni di traffico presenti nei router, a causa della presenza di errori di trasmissione o perché i pacchetti arrivano oltre un certo timeout. La videoconferenza "IP based" usa un trasporto "inaffidabile" (stack RTP/UDP/IP) per i flussi Audio e Video, in quanto lo schema acknowledge/ritrasmissione di un trasporto affidabile (TCP/IP) comporterebbe un tempo di ritardo intollerabile per applicazioni interattive. D'altra parte la perdita di pacchetti ha un impatto diretto sulla qualità della videocomunicazione provocando fenomeni quali: immagini con scacchi, video a scatti o bloccato, audio rumoroso o a scatti. I terminali di videoconferenza si scambiano informazioni sulla perdita dei pacchetti e cercano di contrastarla abbassando il loro bit rate, cosa che in ogni caso si ripercuote sulla qualità. Nei casi in cui sia probabile la perdita di pacchetti, è preferibile per la codifica audio scegliere in primis G.711, poi G.722 e infine G.722.1 oppure G.728. Con la codifica G.711 la qualità dell’audio è accettabile in presenza di perdita di pacchetti bassa o moderata. Per il video, la perdita dei pacchetti dovrebbe restare al di sotto dell'1% per una buona qualità e non superare mai il 3% per avere una qualità accettabile. L’elevata perdita di pacchetti può rendere molto lenta anche la fase di set-up delle sessioni di videocomunicazione e/o causare la mancata apertura/instaurazione di uno o più flussi audio/video.

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