Aspectos relativos à rede

Fundamentos da Rede para Videoconferência

A videoconferência foi originalmente desenvolvida sob redes que poderiam fornecer alguma garantia sobre o nível do serviço que seria dado as aplicações. O ISDN e/ou circuitos T1 dedicados do mundo dos padrões baseados em H.320 forneciam atrasos previsíveis em paths dedicados. Isso permitiu que os fornecedores de videoconferência criassem produtos que trabalhassem dentro desses parâmetros. De qualquer forma, circuitos dedicados são, também, circuitos caros.

A videoconferências baseadas em padrão IP foi projetada para videoconferências que acontecem em uma rede de dados sem nenhum padrão de qualidade de serviço, como a Internet. Tais redes não são programadas para a entrega de aplicações sensíveis, quase em tempo real. A rede de dados é usada para muitas finalidades: e-mail, navegação na web e outras atividades que estão mescladas com a videoconferência IP.

A informação de áudio/vídeo dentro da videoconferência é segmentada em blocos pela aplicação, codificada e comprimida, colocada em uma série de pacotes de dados e enviada pela rede até terminais remotos em intervalos constantes. Os pacotes de dados chegam até seus destinos em um tempo variado, geralmente fora de ordem. Para manter a impressão de “tempo real” de uma videoconferência interativa, os pacotes devem chegar na hora e a tempo de serem reordenados para serem entregues através do terminal de videoconferência.

Há cinco problemas de rede fundamentais na videoconferência através de rede do tipo Internet. São eles: largura de banda, perda de pacotes, latência, tremulação e políticas.

A largura de banda é o requisito fundamental para que haja espaço suficiente no path da rede para que todos os seus pacotes passem desimpedidos. Para uma idéia de quantidade, uma videoconferência ISDN típica usa 128-384Kbps (kilobits por segundo). Os sistemas de vídeo H.323 baseados em IP podem usar a mesma largura de banda, embora, no geral, eles tendam a ir mais alto já que a rede é barata, então, largura de banda por volta de 384-768Kbps é muito comum. A largura de banda necessária para uma dada velocidade de videoconferência é mais alta em redes IP do que em redes ISDN. Isso é por causa do resultado elevado de pacotes do IP. Esse resultado elevado é de cerca de 20%, então, por exemplo, uma conferência IP a 384Kbps na verdade utiliza 450Kbps da largura de banda.

Videoconferências SIP e H.323 de qualidade mais alta podem ir a 1.5-3.0Mbps , e se você quiser ir a qualidade de broadcast com codecs alternados MPEG 1, 2 e 4 e MJPEG, o céu é o limite - 6 - 20Mbps para transmissões NTSC/PAL, 20 - 50Mbps para HDTV pré-gravado e mais alto para conteúdo “ao vivo”.

Essa largura de banda deve ser simétrica – significando que cada final deveria estar habilitado a enviar e receber a mesma quantidade de dados para a chamada. Essa velocidade de conexão, 384Kbps mais o resultado elevado por exemplo, é a largura de banda máxima que a chamada vai usar nas duas direções. A velocidade real varia dependendo se a imagem de vídeo é estática ou o quanto ela é ativa. Quando a chamada é iniciada, haverá uma estacada no uso da largura de banda a medida que todo o quadro de vídeo é enviado; o uso, então, irá cair enquanto somente atualizações de imagem serão enviadas. Um gráfico mostrando o uso da largura de banda durante a inicialização da chamada de 384Kbps é visto abaixo. Ele mostra somente o tráfico de destino, com basicamente vídeo parado após a inicialização e, assim, a caída significante no uso de largura de banda depois que a chamada foi iniciada.

Diferentes clientes são sensíveis às discrepâncias na simetria da largura de banda de maneiras diferentes, dependendo se a restrição da largura de banda é na chagada ou na saída. Na maioria dos casos, somente a taxa de quatros de vídeo é afetada, embora alguns clientes apresentem queda no vídeo ou mesmo na chamada.

Se você estiver em uma videoconferência multiponto, você precisar ter em mente que o MCU/ponte está vendo todos os streams ao mesmo tempo, mesmo que não estejam encaminhando-os. Portanto, se você tiver uma videoconferência de oito locais rodando a 384Kbps, cada local envia e recebe até 384Kbps para o MCU e o MCU recebe e encaminha 8 X 384Kbps = 3Mbps aproximadamente.

Perda de pacotes é quando os pacotes falham e não chegam corretamente. Isso pode ocorrer devido a largura de banda insuficiente ao longo do caminho (quando congestionamento ocorre, os roteadores derrubarão pacotes) ou talvez erro na transmissão. Os erros ocorrem mais comumente em conexões wireless (sem fios) como microondas, satélites ou Ethernet local wireless. Eles também podem ocorrer em cobre e mesmo em conexões de fibra. A perda de pacotes resulta em efeitos como “tiling” (ladrilhado) dentro da janela de vídeo, perda de pedaços ou áreas em branco dentro da janela de vídeo e/ou interrupção no áudio.

Latência é o atraso de tempo entre o acontecimento de um evento e o terminal remoto vendo ele. A latência é introduzida pelos processos de codificação/decodificação e, portanto, depende do equipamento usado e também pelo tempo que os pacotes levam para atravessar a rede. Há muito pouco que você possa fazer para mudar a latência da rede, em qualquer escala ampla, além de se envolver diretamente com um carregador ou investigação de rede. De maneira otimista, uma conexão dos Estados Unidos pra a Europa em rede de fibra óptica terá aproximadamente 90ms (milésimos de segundo) de latência. Essa mesma conexão indo por satélite pode ser de 200ms.

Latência excessiva aumenta a chance da pessoa “falar uma sobre a outra” porque elas não percebem que a pessoa no outro terminal começou a falar também. Isso é menos significante em chamadas com menos de 50ms de latência de rede. Pode tornar-se muito enervante em chamadas com mais de 150ms. Outro problema é que a latência para o áudio e o vídeo pode ser diferente, e, então, o movimento dos lábios não aparece sincronizado com o áudio.

Tremulação é a variação aleatória na latência devido a coisas como processos que competem rodando no terminal (por exemplo, no desktop de seu PC), outro tráfico bloqueando temporariamente o caminho através dos roteadores ou mesmo a mudança de caminho da rede durante a videoconferência. A variação aleatória é uma das várias coisas que faz os pacotes chegarem fora de ordem de que foram transmitidos. A tremulação resulta em qualidade irregular e imprevisível dentro de uma videoconferência, e o terminal cliente tentará compensar isso fazendo buffering do tráfico por algum tempo limitado antes de rodá-lo para você. Isso aumenta mais ainda a latência.

As políticas são introduzidas por coisas como firewalls e dispositivos de tradução de endereço de rede (NAT), que são geralmente usados para tentar esconder ou proteger os elementos da rede da Internet mais ampla. O H.323 usa portas alocadas dinamicamente e, desse modo, não é muito amigável a firewalls.