فنّاوری ویدئو کنفرانس در آموزشهای مهندسی

قاسم سلیمی، مهدی زهتابیان و زینب پیروین نژاد  1396/11/03 


عوامل اثر گذار بر کیفیت استفاده از فنّاوری ویدئو کنفرانس در آموزشهای مهندسی

 

چکیده:

 پژوهشهای اخیر نشان داده اند که فنّاوری ویدئوکنفرانس، هماکنون به عنوان راهبردی سودمند برای ارتباط استاد با دانشجو در محیط های یاد دهی و یادگیری در دانشگاهها و مراکز آموزش عالی کاربرد دارد هدف مقالۀ کنونی، کاوشی پیرامون عوامل اثر گذار بر ارتقای کیفیت بهره گیری از فناوری ویدئوکنفرانس در آموزشهای مهندسی است. روش پژوهش مورداستفاده در این پژوهش، مطالعۀ موردی بوده است.

به منظور تحقق هدف پژوهش، با 10 دانشجوی تحصیلات تکمیلی یکی از رشته های مهندسی که از فنّاوری ویدئوکنفرانس در کلاس بهره برده بودند به شیوه گروه کانونی مصاحبه شد و سپس مصاحبه ها با استفاده از روش تحلیل مضمون، تجزیه وتحلیل شد. یافته های پژوهش بیانگر آن است که عوامل اثرگذار بر کیفیت بهر ه گیری از فناوری ویدئوکنفرانس را می توان در سه مقوله اصلی نقشها، تعاملات یاد دهی  یادگیری و ساختار جای داد. بر این اساس، در پایان مقاله پیشنهاداتی برای برنامه ریزی و سیاس گذاری کاربرد این فنّاوری در محیطهای یاددهی و یادگیری مهندسی ارائه شده است که تامل در این پیشنهادات می تواند در تعالی کیفیت آموزشهای مهندسی اثرگذار باشد.

 

واژه های کلیدی: آموزش مهندسی، کیفیت، فنّاوری اطّلاعات، ویدئو کنفرانس و مطالعه موردی

 

  1. مقدمه

دانشگاهها با بازآفرینی رسالتها و چشماندازهای نهادی خود، طیف وسیعی از دانش سنتی، دانش مجازی، دانش شبکه ای، دانش فنّاوری اطلاعات و ارتباطات و... را تولید و با بازآفرینی رسالتهای آموزشی، پژوهشی، خدماتی، انتشاراتی، فنّاوری، نیازآفرینی، نوآوری و ارزش آفرینی در اشکال فرامدرن، به سه نسل سنتی 1، اطلاعاتی 2 و دیجیتالی 3 ارائه می دهند (قورچیان، 1383)  در راستای توسعۀ موج بهر هگیری از فنّاوریهای نوین در فرایند یاددهی و یادگیری بهویژه در آموزش مهندسی، چالشها و بهعنوان یکی از موضوعات چالشبرانگیز، همواره ، ویدئوکنفرانس  چشم اندازهای استفاده از فنّاوری موردتوجه پژوهشگران بوده است.

در واقع، باید اذعان کرد که بازار کار در صنایع و مراکز صنعتی،به ویژه کشورهای درحال توسعه، به مهندسانی نیاز دارند که دانش و مهارت لازم در استفاده از این فنّاوریها را داشته باشند. بنابراین، تأمل در مسائل آموزش مهندسی از یک سو و قابلیتهای یادگیری الکترونیکی از سوی دیگر، لزوم بهره برداری از این شیوه آموزشی را بیش ازپیش آشکار می سازد (هداوند، مشیرزاده و رئیسی، 1391) .

در دهه های اخیر و همزمان با توسعه و نهادینه شدن فنّاوری اطلاعات و ارتباطات در محیطهای آموزش عالی، آموزشهای مهندسی همراستا با سایر آموزشها از فنّاوریهای نوین استفاده میکنند.

این استفاده میتواند مزیتها و چالشهایی برای محیطهای آموزش مهندسی به همراه داشته باشد. پیشینۀ پژوهش نشان داده است که فنّاوری ویدئوکنفرانس هزینه و زمان را برای مکانهای دور کاهش می دهد؛ خلاء های موجود در خدمات آموزشی اعضای هیئت علمی را پر می کند؛ بهره وری آموزشی را افزایش میدهد؛ ملاقاتها و ارتباطات رودررویی را، که به دلیل هزینه های گران سفر ناممکن بودند، ممکن می سازد و استفاده از این راهبرد آموزشی، دسترسی به یادگیری را بهبود می بخشد همچنین (Martin, 2005; Rose et. Al., 2000; Townes & Ewing, 2005; Doggett, 2008). پژوهشگران بر این باورند که این فنّاوری هم اکنون روشی سودمند برای ارتباط با افراد در هر نقطه از جهان است، پیشینۀ پژوهش نشان می دهد که ویدئوکنفرانس یادگیری را از طریق ارتباط با افرادی، که پیشتر بنا به دلایلی (مالی یا زمانی) در دسترس نبودند، بهبود می بخشد.

بنابر این، پیشینۀ تجربی و مطالعات حوزة آموزش نشان داده است که ویدئوکنفرانس به طور فزایند های برای آموزش اعضای هیئت علمی در تحصیلات تکمیلی و دانشجویان دیگر در سطوح مختلف استفاده می شود.  دراین راستا، مطالعات پژوهشگرانی مانند: وانگ و وایزیمس ( 2005 )؛ مارتین ( 2011 )؛ تارگیوت، سبی وهمچنین مطالعات بسیاری (Candarli & Yuksel, گیلیز ( 2008 ) این موضوع را تائید میکند ( 2012

 

به بررسی دیدگاه دانشجویان دربارة این فنّاوری در کلاس درس پرداخته اند. هرچندکه دانشجویان عمدتاً معتقدند که ویدئوکنفرانس مزایای خاصی همچون افزایش انگیزه، تعامل، جدید بودن و بهبود مهارتهای ارتباطی را دربردارد؛ اما همۀ دانشجویان با فنّاوری جدید راحت نیستند، این موضوع ممکن است مربوط به سبکهای مختلف یادگیری، راهبردها و آشنایی نداشتن با فنّاوری جدید باشد علی رغم منافعی که این فنّاوری دارد، موفقیت آن به مواردی همچون مدرسان،  دانشجویان و نگرش آنها به فنّاوری آموزشی بستگی دارد.

 

در مطالعهای دیگر پژوهشگری بر روی نظرات دانشجویانی، که کلاسهای ویدئوکنفرانس را در موقعیت آموزش معلم تجربه کردند، تمرکز کرده است. در مصاحبه ها دانشجویان مسائلی را در زمینۀ مشکلات فنی مطرح کردند که عبارت بودند از فقدان تعامل و آموزش برای دانشجویان و استادان هر چند اظهار داشتند که ویدئوکنفرانس می تواند همچنین پتانسیل بسیار زیادی در آموزش مدرسان و تعامل آنها با دانشجویان داشته باشد با مقایسۀ روشهای کلاس درس، برخط بودن 1 و ویدئوکنفرانس از یافته های مطالعۀ دیدگاه دانشجویان نشان داد که دانشجویان و استادان هر دو معتقدند اثر روش کلاس درس مؤثرترین روش است و در میان روشهای فنّاورانه ابتدا روش تدریس برخط و سپس روش ویدئوکنفرانس گزارشهای متعددی حاکی از این است که در شدیدترین حالت، اثربخش خواهد بود افت تحصیلی پنجاهدرصدی برای آموزش الکترونیکی در مقابل ده درصدی برای آموزشهای متداول گزارش شده است.

یکی از دلایل افت تحصیلی را در این آموزشها نوپا بودن این نوع نظام آموزشی مطرح کرد ه اند. همچنین مطالعات نشان میدهد استفاده از روشهای برخط در تدریس و یادگیری در سالهای آینده رونق بیشتری خواهد گرفت و در نتیجه محیطهای آموزش مهندسی نیز از این روند تأثیر خواهند پذیرفت. پژوهش آلن و سیمن نشان می دهد ثبت نام برخط درحال رشد است و مؤسسات آموزش عالی همچنان رکورد از راه دور  افزایش ثبت نام برخط را گزارش می دهند. در حال حاضر، دو نوع فنّاوری در دور ههای استفاده می شود

: 1 ارائۀ برخط و 2 ویدئوکنفرانس

در آموزش رایج برای ارتقای اثربخشی و کارآمدی آموزش از فنّاوریهای مرتبط با رایانه و اینترنت استفادة فراوانی می شود .ارائۀ برخط تعاملات همزمان یا غیر همزمان دانشجو/ مدرس یا دانش آموز/ محتوا را از طریق اینترنت ارتباط الکترونیکی دوسویه » تحت عنوان " از راهدور " دربردارد.

 آموزشهای شامل میان دو یا چند گروه در مکانهای جداگانه به وسیلۀ صدا، ویدئو یا سیستمهای رایانه ای دور ه های ویدئوکنفرانسی تعاملات همزمان دانشجو/ مدرس و دانشجو/ محتواست که لزوماً در مکان یکسان هم نیستند. دانشجویان و مدرسان در طول دورة تحصیلی ممکن است از طریق یک ارتباط دوسویۀ سیستم صوتی یا ویدئویی با یکدیگر تعامل داشته باشند. دانشجو و مدرس می توانند یکدیگر را از طریق صفحۀ رایانه بلافاصله ببینند.

امکان استفاده از دوره های مختلف را از طریق انواع روشهای ارائۀ مطلب، که " از راه دور " آموزش مبتنی بر فنّاوری است، برای دانشجویان فراهم می کند. در نتیجه از یک رنسانس روشهای آموزشی فنّاورانه به منابع بیشتری نیاز دارد که به " از راه دور " بهره می برد. پیدایش و محبوبیت قوی آموزش انتظارات بالاتر و بررسیهای دقیق تری منجر می شود. اگر قرار باشد که برنامه های آموزش از راه دور از طریق کلاس درسهای سنتی ادامه پیدا کرده و رشد یابد، باید نتایج عملکردهایشان را نشان دهند در کنار مزایای فراوان این نوع آموزش افرادی هم دربارة کیفیت ارائۀ آن ابراز نگرانی میکنند. صاحبنظران بر این باورند که آموزش از راه دور می تواند کیفیت آموزش عالی را کاهش دهد.

اعضای هیئت علمی نگران این شیوة آموزشی و تأثیری هستند که بر نقش آنها در آموزش دانشجو و دانشکده را " رابطه "  خواهد داشت: همچنین نگرانی عمده این است که این شکل از فنّاوری به سه دستۀ " از راه دور " در کلاس درسهای سنتی از بین ببرد. بر این اساس، چالشهای آموزش مختلف تقسیم می شود: کیفیت آموزش، هزینه های پنهان و نگرش اعضای هیئتعلمی، دانشجویان و می تواند غیرشخصی و غیرانسانی باشد و " از راه دور " مدیران. پژوهشها نشان داده است که آموزشهای حتی ممکن است از روابط میان استادان و دانشجویان بکاهد.

برخی از صاحبنظران آموزش همچون مالونی ( 1999 ) نیز بر این باورند که بسیاری از نقدهایی که پیرامون ظهور آموزش از راه دور نوشته شده، اعضای هیئت علمی را نگران و مضطرب کرده است. اعضای هیئت علمی پرسشهای بسیاری دارند که از آموزش تا مالی طبقه بندی می شود. آنچه برخی از ایشان را می رنجاند این است که آنها مدیران

دانشکده ها را می بینند که چگونه از شهریه های بالقوة بازار آموزش عالی و شهریه های اخذ شده از دانشجویان جدید هیجان زده اند .

پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که علی رغم جذابیت و کاربرد موضوع استفاده از فنّاوری

ویدئوکنفرانس در آموزشهای مهندسی، مطالعات اندکی در این زمینه صورت گرفته است. این موضوعدر مطالعات داخل کشور بیشتر به چشم میخورد. باتوجهبه شکاف مطالعاتی فوق هدف مقالۀ کنونی، کاوشی پیرامون عوامل اثر گذار بر ارتقای کیفیت بهره گیری از فنّاوری ویدئوکنفرانس در آموزش مهندسی است. با این امید که بتوان با کاوش عوامل اثر گذار، زمینۀ ارتقای کیفیت بهره گیری از این فنّاوری ویدئوکنفرانس در آموزش مهندسی کشور و بهویژه در محیط موردمطالعه فراهم کرد. پرسش اساسی، که نویسندگان درصدد پاسخگویی به آن در این پژوهش بوده اند، عبارت است از:

 


 

ارزیابی شبکه های Ip برای پشتیبانی از ویدئو کنفرانس با استفاده از شبیه ساز opnet

  1396/11/10 


ارزیابی شبکه های Ip برای پشتیبانی از ویدئو کنفرانس با استفاده از شبیه ساز opnet

1396/11/10

ارزیابی شبکه های Ip  برای پشتیبانی از ویدئو کنفرانس با استفاده از شبیه ساز opnet

 

چکیده

یکی از کاربردهای کلید فناوری اطلاعات، آموزش و تربیت از راه دور نیروی انسانی می باشد. یکی از رایج ترین موارد تحقق امر در آموزش از راه دور ، استفاده از فناوری ویدئو کنفرانس است. گسترش ویدئو کنفرانس روی شبکه های IP  در زمینه های صنعتی و دانشگاهی به سرعت در حال افزایش است. با توجه به اینکه زیرساخت هزینه برای برقراری ارتباطات تصویری هزینه بالایی دارد لذا قبل از پیاده سازی این نوع سیستم ها در محیط واقعی مبرم به شبیه سازی محیط و بررسی عوامل بازدار خواهیم داشت. با عمومیت سازی opnet  ، عملیاتی کردن شبکه های IP  در پشتیبانی از کاربردهای بلادرنگ اهمیت ویژه ای پیدا کرده است در این مقاله نحوه ارزیابی شبکه های IP  در پشتیبانی از ویدئو کنفرانس با استفاده از شبیه ساز opnet  مورد بررسی قرار گرفته است همچنین جزئیات قابل توجهی از چگونگی مدلسازی و پیکربندی opnet  برای اهداف بلادرنگ و تحلیل نتایج شبیه سازی را ارائه میکنیم.

 

  1. مقدمه

گسترش ویدئو کنفرانس روی شبکه های IP  در هر دو زمینه صنعتی و دانشگاهی به سرعت در حال افزایش است. اخیرا بهره گیری از کامیپوتر در بکارگیری از ویدئو کنفرانس در حوزه ارتباطات سازمانی و آموزش از راه دور مورد توجه قرار گرفته است. درسال های گذشته استاندارد H.323  توسط اتحادیه بین المللی ارتباطات معرفی شد . بدین ترتیب مسیر همواری برای رشد و توسعه ویدئو کنفرانس فراهم شد. استاندارد H.323  از مجموعه پرتکل های توسعه یافته شده می باشد. که به وسیله اتحادیه بین المللی ارتباطات در محیط های بلادرنگ چندرسانه ای مانند ویدئو کنفرانس بر روی IP  های موجود شبکه بسیار مفید و موثر واقع شده است. شایان ذکر است که شبکه های IP  جز بهترین شبکه ها برای کاربردهای غیر بلادرنگ محسوب می شوند. از طرف دیگر ویدئو کنفرانس نیازمند تحویل بسته های داده ، با کم ترین تاخیر ، لرزش ، نرخ از دست دادن بسته ها و پهنای باند کافی است. برای تحقق این اهداف توسعه موثر ویدئو کنفرانس باید ویژگی های ترافیک بلادرنگ را پشتیبانی کند و بتواند IP  های موجود شبکه و IP های جدید را حمایت کند. برای توسعه چنین خدماتی توسعه دهندگان ، مدیران ، طراحان ، مهندسان با چالش ها و سوالاتی همچون کیفیت سرویس ویدئو کنفرانس ، تاثیر بارگذاری ویدئو کنفرانس جدید بر روی کیفیت سرویس برنامه های کاربردی موجود و استاندارد سازی کیفیت سرویس روبه رو می شوند. در این قسمت به طور خلاصه تعدادی از ابزارهای تجاری و کاربردی در توسعه ویدئو کنفرانس بر روی شبکه های داده ای را معرفی میکنیم. ابزار EURESOM Jupitor II قوانینی را برای ارزیابی کیفیت سرویس انتها به انتها در برنامه های کاربردی شبکه های آگاه از کیفیت سرویس بر روی شبک های IP  ارائه کرده است . ارزیاب NetIQ Vivinet جریان FTP  را به تقلید از ترافیک VOIP  میان دو میزبان را ایجاد و کیفیت ترکیب فراخوانی ها را ارزیابی میکند.

ابزار BMC PATROL DashBoard تاثیر سرویس های چندرسانه ای بر روی شبکه را تحلیل می کند این ابزار می تواند به صورت سریع مشکلات خاص شبکه را که بر روی کارایی برنامه های کاربردی تاثیر می گذارد را شناسایی کند. سیستم Spirent’s IPTV محصولی ست که شامل خصوصیات گوناگون مانند تست زیربنایی تصویر ، تست کیفیت تصویر IPTV ، تست بارگذاری سرور تصویر و دیواره آتش است. در بسیاری از موارد این ابزار از  دو دیدگاه متداول در ارزیابی توسعه ویدئو کنفرانس در شبکه ها مورد استفاده قرار میگیرند. دیدگاه اول بر پایه انجام اندازه گیری ظرفیت شبکه و سپس پیش بینی آمادگی شبکه بر پایه ارزیابی صحت تجهیزات شبکه می باشد. دیدگاه دوم بر پایه تزریق ترافیک ویدئو کنفرانس در شبکه و اندازه گیری نتایج تاخیر ، لرزش و از دست دادن بسته های داده است. با توجه به هزینه بالای این ابزارها ، تا کنون رویکرد جامعی برای توسعه موثر VOIP ارائه نشده است. به ویژه این ابزار ها توان پیشگویی  تعداد فراخوانی های شبکه و مهندسی عامل هایی از قبیل جریان VOIP  و توزیع فراخوانی ، ظرفیت رشد شبکه و تاثیر ترافیک پس زمینه بر روی سرویس ها و برنامه های کاربردی موجود شبکه را ارائه نمی دهد. در این مقاله نشان خواهیم داد که چگونه ابزار شبیه ساز opnet  می تواند موجب ارزیابی شبکه در پشتیبانی از ویدئو کنفرانس شود.

  1. ساختار شبکه

شکل 1 ، شبکه یک سازمان متوسط در یک ساختمان بزرگ با کمترین قطعات ویدئو کنفرانس اعم از دوازه بان H.323  و ایستگاه های H.323  را نشان می دهد. گره دروازه بان عملیات سیگنالینگ جهت برقراری ، اتمام و مجوز برقراری نشست ویدئویی را فراهم میکند. همچنین حداکثر پهنای باند را برای هر نشست را مشخص می کند. فرض بر این است که گره دروازه بان ترافیک سیگنالینگ را در طول اجرای نشست ویدئو کنفرانس ایجاد نمی کند و تنها قبل و بعد از اتمام نشست ایجاد می کند. به همین دلیل از ترافیک سیگنالینگ ایجاد شده صرفه نظر میکنیم . ایستگاه های H.323  یا کامپیوترهای شخصی که مجهز به امکانات چند رسانه ای اعم از نرم افزار های سمعی و بصری دوربین و میکروفون می باشد. این شبکه مبتنی بر اترنت است و سویچ های لایه 2 اترنت به وسیله مسیریاب به یکدیگر متصل شده اند. مشخصات مسیریاب Cisco 2621 و  33003Com Superstack می باشد . سویچ شماره 1 به طبقات 1 و 2 و دو سرویس دهنده ، و سویچ شماره 2 به طبقه 3 و چهار سرویس دهنده متصل شده اند. شبکه مورد نظر به دلیل انتشار جداگانه ترافیک که به صورت همزمان بر روی چند شبکه اعمال می شود از شبکه محلی مجازی استفاده می کند. در مجموع 5 شبکه محلی وجود دارد که همه ی این شبکه های محلی مجازی هستند.

 

 

سویچ 1 برای اتصال سه شبکه محلی مجازی پیکربندی شده است که شبکه محلی مجازی 1 شامل سرویس دهنده پایگاه داده و سرویس دهنده فایل ، شبکه محلی مجازی 2 شامل طبقه 1 و شبکه مجازی 3 شامل طبقه 2 می باشد. از طرف دیگر سویچ شماره 2 برای اتصال 2 شبکه محلی مجازی پیکربندی شده است. شبکه محلی 4 شامل سرویس دهنده های پست الکترونیکی ، HTTP ، وب و کش پروکسی و دیواره آتش می باشد. ارتباط میان اجزای شبکه با پیوندهای 100 Mbps دوطرفه همزمان برقرار می شود. لازم به توضیح است که پیوندهای مشترک در کاربردهای بلادرنگ مورد استفاده قرار نمی گیرند.

  1. جریان ترافیک و توزیع فراخوانی

معیار مهمی که در تعیین تعداد نشست ها وجود دارد جریان نشست ها و توزیع آنها می باشد. جریان ترافیک با مسیری که نشست ها در طی این مسیرها انتقال می یابند مشخص می شود . توزیع نشست ها نیز با درصدی از نشست ها که در خارج از یک طبقه ، قرار دارند متناسب است. در این مثال فرض میکنیم که تعداد نشست ها در هز سه طبقه یکسان است. ترافیک درون طبقه ای 20 درصد و ترافیک بین طبقه ای 80 درصد کل ترافیک را تشکیل می دهد. چنین توزیعی را می توان به صورت یک درخت ساده احتمال مطابق شکل 2 توصیف کرد.

 

 

شکل (2) : درخت احتمال توزیع نشست

 

ابتدا دو معیار مهم را باید مشخص کرد معیار اولی پهنای باند در دسترس و معیار دومی تاخیر انتها به انتها می باشد. تعداد واقعی نشست های ویدئو کنفرانس که شبکه می تواند متحمل شود به این دو معیار محدود شده است در این مقاله فرض بر این است که ویدئو کنفرانس به صورت نقطه به نقطه و جریان ذخیره شده تصویر و انتشار تصویر در این مقاله در نظر گرفته نشده است.

 

  1. پهنای باند

نشست ویدئو کنفرانس شامل دو جریان مستقل از هم صوت و تصویر است. پهنای باند مورد نیاز برای فراخوانی صوت بر روی یک مسیر یا سربار بسته برابر 50pps یا 90.4kbps می باشد. کد گذار و کد گشای G.711 20 میلی ثانیه صوت در هر بسته نمونه برداری می کند. و 50 عدد از این قبیل بسته ها در هر ثانیه نیاز به انتقال دارند که هر بسته در داخل یه فریم اترنت ارسال می شود. 160 بایت نیز از سرآیندهای لایه های پرتکل به هر بسته اضافه می شود. پهنای باند مورد نیاز برای فراخوانی سیگنال در هر مسیر 100pps یا 108.8kbps است. برخلاف اندازه ی ثابت صوت اندازه ی بسته های ترافیک تصویر وابسته به ماهیت فضایی محتویات تصویر کدگذاری شده است. یک فریم تصویر در اترنت با محدوده اندازه 65 تا 1518 بایت بسته بندی می شود. شکل 3 نمودار تابع توزیع تجمعی مشخصات اندازه بسته تصویر ، جمع آوری شده از اینترنت ، را نشان می دهد. تابع توزیع تجمعی شکل 3 محدوده اندازه بسته های بزرگتر از 512 که 65 درصد کل اندازه بسته ها در بر دارد را نشان می دهد.

این درصد در سیستم سیسکو به تایید رسیده است. در شبیه سازی ما اندازه فریم تصویر را 1344با نرخ 30 فریم در ثانیه در نظر میگیریم این فرض تقریبا نرخ 320kbps ترافیک تصویر را در بر خواهد داشت . پهنای باند 320kbps متشکل از چندین کانال ارتباطی 64kbps که این پهنای باند قابل قبول برای ویدئو کنفرانس با نظریه پیش فرض کدگذار و کدگشای تصویر H.261 ، وضوح تصویر CIF  و نرخ فریم 30 H.323 است. بنابراین برای نشست ویدئو کنفرانس دو طرفه پهنای باند موردنیاز 160pps یا  857.6kbps خواهد شد.

 

 

شکل (3): نمودار اندازه بسته تصویر و تابع توزیع تجمعی متناظر

 

 

  1. تاخیر انتها به انتها

بهم منظور دستیابی به تعامل نشست ویدئو کنفرانس با محاورات طبیعی ، کران بالای تاخیر انتها به انتها برای بسته های صوت و تصویر باید بصورت کمینه نگه داشته شود. ضرورتا یک چنین تاخیری میتواند در 3 مرحله به صورت زیر انجام شود:

نمونه برداری صوت ، کدگذاری ، فشرده سازی و تاخیر بسته بندی از طرف فرستنده

انتشار ، انتقال و تاخیر صف بندی در شبکه

بافرکردن ، بازکردن فشرده سازی ، باز کردن بسته بندی ، کدگشایی و بازخورد تاخیر از طرف گیرنده

مطابق با پیشنهادات بین المللی ارتباطات ، در مواردی که تاخیر ارتباطات کم تر از 150 میلی ثانیه باشد، بیشتر کاربردهای تعاملی اعم از گفتاری و غیرگفتاری ، تعاملات شفافی خواهند داشت.در ویدئو کنفرانس تاخیر جداگانه برای صوت و تصویر وجود ندارد و هر دو بصورت همزمان در نظر گرفته می شود. طبق تحقیقی که به وسیله مرجع [11]  شده ، تفاوت تاخیر بین صوت و تصویر باید کم تر از 80 میلی ثانیه باشد تا شاهد گفتگوی طبیعی انسان باشیم بنابراین کران بالای تاخیر انتها به انتهای یک طرفه بسته صوت یا تصویر را 100 میلی ثانیه در نظر میگیریم که این تاخیر به دو قسمت 80 میلی ثانیه برای تاخیر شبکه و 20 میلی ثانیه برای تاخیر ایستگاه های فرشتنده و گیرنده شکسته می شود.

 

  1. تنظیمات شبیه سازی

برای بررسی شبیه سازی از نسخه آموزشی 14 شبیه ساز opnet  استفاده کرده ایم . در این قسمت جزئیات شبیه سازی ترافیک ، پیکربندی شبیه سازی و نتایج شبیه سازی ارائه شده است. شکل 4 شبکه مورد ارزیابی را نشان می دهد. طبقات شبکه بصورت زیر شبکه مدل سازی شده است. و سه ایستگاه زیر شبکه توسط سویچ به هم وصل شده اند. برای مثال در شکل 5 ایستگاه های اترنت برای طبقه اول به صورت F1_C3و F1_C2, F1_C1 نام گذاری شده است که F1_C1 منبع ارسال فراخوانی صوت و تصویر است و F1_C3 منبع و محل ترافیک پس زمینه است . فرض بر این است که در هر 2 ثانیه یک بار 3 نشست ایجاد می شود. در این مدل کارایی ایستگاه های داخلی و پیوندهای اطراف هسته شبکه تاثیری برروی نتایج شبیه سازی ندارد و تنها تاثیر بر روی بهره وری و تاخیر صف بندی پیوندهای ارتباطی ما بین ایستگاه های زیرشبکه با سویچ بیرونی است. 

 

 

شکل (4): مدل opnet  برای سازماندهی شبکه

 

 

شکل (5): مدل زیرشبکه

 

 

  1. پیکربندی قطعات

جهت پیاده سازی مدل شبکه ، برخی از تنظیمات پیش فرض قطعات شبکه نیاز به تغییر دارند. در شبکه مورد نظر نرخ ارسال برای مسیریاب Cisco 2621 و 25.000pps می باشد. بنابراین با در نظر گرفتن 25 درصد فاکتور رشد ، نرخ ارسال مسیریاب 18.750pps خواهد شد.همچنین نرخ ارسال برای سویچ 33003Com Superstack ,  1.3Mpps􀀃 می باشد. بنابراین با در نظر گرفتن 25 درصد فاکتور رشد سرعت سویچینگ  سویچ 975.000pps خواهد شد.

  1. تنظیمات شبکه محلی مجازی

ترکیب شبکه های محلی مجازی در مدل شبکه ضروری است. این امر باعث بازتاب دقیق رفتار ترافیک در شبکه واقعی خواهد شد. درواقع شبکه های محلی مجازی می توانند بر روی هر سویچی که این خصوصیت رو پشتیبانی کند. تعریف شوند.

در opnet  شبکه های محلی مجازی بر مبنای پورت پیاده سازی می شوند. همچنین یک پورت دقیقا می تواند به یکشبکه محلی مجازی تعلق داشته باشد. بنابراین اگر یک پورت نیاز بر این داشت که ترافیک را بر چندین شبکه  محلی مجازی حمل کند در این صورت جدول VLAN port configuration آن پورت در هر  سویچ ، پارامتر VLAN scheme باید به port-based VLAN   تنظیم شود. سپس جدول VLAN port configuration ایجاد شده و با شماره پورت ها به همراه شناسه های شبکه محلی مجازی پر شود. پورتی که به صورت مستقیم به مسیریاب متصل شده است و ترافیک شبکه محلی مجازی را به مسیریاب حمل می کند. بنابراین شناسه شبکه محلی مجازی این پورت به Untagged Trunk Link  تنظیم شده است.

این تنظیمات برای این منظور است که مسیریاب بتواند ترافیک گذرنده از یک پورت به پورت های دیگر را اداره کند. برای مثال جریان ترافیک مابین طبقات 1و3. بنابراین برای اینکه مسیریاب بتواند ترافیک را در همان پورت برگشت دهد این تنظیمات مناسب نیستند برای مثال جریان ترافیک مابین طبقات 1 و 2. برای فعالسازی چنین جریانی مسیریاب بایستی به صورت one-armed router  پیکربندی شود بنابراین   promiscuous mode برای پورت خاصی فعال و ARP response mode و پورت را به always  تغییر میدهیم.

 

  1. ایجاد ترافیک ویدئو کنفرانس

شبیه ساز opnet  دارای دو کاربرد پیش فرض VoIP_APPLICATION و VC_APPLICATION برای صوت و تصویر دارد که در شکل 4 نمایش داده شده است . شکل 6 پارامترهای قابل تنظیم برای کاربردهای صوت و تصویر را نشان می دهد. در شکل 6 (الف) پارامترهای قابل تنظیم برای کاربرد صوت نشان داده شده است . مهم ترین پارامتر در این قسمت Encoder Scheme است که با G.711 تنظیم شده است . در opnet  یک فریم صوت مجموعه ای از 32 نمونه صوت است که هر کدام از این نمونه ها 8 بیت هستند بنابراین هر فریم صوت 32 بایت می باشد به هر حال هر بسته VOIP  را بصورت توافقی 160 بایت در نظر گرفته شده است . بنابراین برای پارامتر Voice Frames per Packet  عدد 5 را تنظیم میکنیم . شکل 6(ب) و 6(ج) پارامترهای قابل تنظیم برای کاربرد تصویر را نشان می دهند که شامل جریان تصویر 30 فریم / ثانیه و هزینه انتقال 1344 می باشد بعد از تنظیم کاربردهای صوت و تصویر نیاز به تنظیمات ایستگاه ها داریم تا این کاربردها در ایستگاه ها پیاده سازی شوند به طور معمول رفتار ایستگاه های شبکه در پروفایلی تعریف می شود که قابلیت کنترل زمان شروع و پایان عملیات را دارد. ایستگاه های اختصاص داده شده شامل F3_C1, F2_C1,F1_C1 می باشند.در زمان تنظیمات پروفایل باید به خاطر داشته باشیم که هدف ما تعیین ظرفیت شبکه برای پشتیبانی از فراخوان صوت و تصویر است . این موضوع را با اضافه کردن تدریجی فراخوانی صوت و تصویر در شبکه انجام می دهیم این کار تا زمانی انجام می گیرد که بر روی مقدار آستانه یا دامنه تاخیر و ظرفیت شبکه با پهنای باند نظارت شود. پس از حصول هر یک از محدودیت ها حداکثر تعداد فراخوانی ها را می توان بدست آورد محدودیت پهنای باند شبکه تحت تاثیر دور ریزی بسته ها و عدم تناسب میان ترافیک ارسالی و دریافتی قرار دارد.

 

شکل 6 (الف)

شکل 6 (ب)

 

 

شکل 6 (ج)

 

 

 

در شبیه ساز opnet  نیاز به تنظیمات پروفایل برای اضافه کردن فراخوانی های مکرر با نرخ ثابت داریم . برای تحقق به این امر ایتدا پروفایل را برای ایجاد یک فراخوان تنظیم کرده سپس هر 2 ثانیه یک بار این فراخوانی ها اضافه می شوند. بنابراین پارامترهای VideoVoIP_Profile طبق شکل شماره 7 تنظیم میکنیم همان طور که مشاهده می کنید ترافیک اولیه صوت و تصویر پس از 70 ثانیه از شروع شبیه سازی تولید خواهد شد. ترافیک پس زمینه در opnet  به صورت پیش فرض بعد از 40 ثانیه شروع می شود مطابق شکل 7 برای اداره ایجاد فراخوانی ، پارامتر تکرار پذیری را به Unlimited و زمان درون تکراری را به 2 تنظیم میکنیم

 

 

شکل (7) تنظیمات پروفایل صوت و تصویر

 

 

 

  1. ایجاد ترافیک مبتنی برای توزیع فراخوانی

ایستگاه های F3_C1 ,F2_C1 ,F1_C1  برای ایجاد  ترافیک ویدئو کنفرانس اختصاص یافته و با اضافه کردن VideoVoIP_Profile در لیست supported profiles ایستگاه ، باعث پشتیبانی ایستگاه از آن پروفایل می شود هم چنین با تعریف VC_profile و VoIP_profile و اختصاص به ایستگاه ها امکان ایجاد ترافیک صوت و تصویر را فراهم میکنیم . تنظیم destination preferences برای هر ایستگاه امریست ضروری بطوری که نرخ توزیع فراخوانی با انجام این عمل می تواند پیاده سازی شود . در هر ایستگاه برای تعیین مقصد معتبر پارامتر Client Address را به یک مقدار منحصر به فرد برای ارجاع به این ایستگاه تنظیم میکنیم در ادامه symbolic name های Voice Destination  و Video Destination  نشان داده شده در شکل 6 (الف) و 6 (ب) به کاربردها اضافه میکنیم جدول destination preferences یکی از ایستگاه های فرستنده ها در شکل 8 نشان داده شده است .

 

شکل (8) : تنظیمات پروفایل صوت و تصویر

 

 

symbolic name ها مشخص می کنند که ایستگاه به کدام فراخوانی پاسخ دهد . تعیین مقصذ واقعی و نسبت توطیع فراخوانی باعث نگاشت مجموعه ای از نام های واقعی به هر symbolic name می شود. برای مثال در شکل 8 لیستی از اسامی واقعی که اسامی symbolic name صوت و تصویر برای F1_C1 نگاشته شده را نمایش می دهد. به خاطر دارید که F1_C1 ایستگاه فرستنده طبقه 1 است. همچنین شکل 8 انتخاب وزن هایی که در کنترل توزیع فراخوانی ها استفاده شده است را نمایش می دهد. وزن های مبتنی بر درخت توزیع احتمال نمایش داده شده در شکل 2 محاسبه شده اند . ترافیک صوت و تصویر به وسیله ایستگاه های درون طبقه ایجاد و دریافت خواهد شد با توجه به اینکه هدف ما بطور عمده تعیین ظرفیت و تاخیر شبکه است بنابراین هر گونه تاخیر در ایستگاه های زیر شبکه را نادیده میگیریم . آگاهی از تاخیر پردازش در ایستگاه ها برای ما از اهمیت کم تری برخوردار است و تاخیر 20 میلی ثانیه محاسبه شده برای فرستنده و گیرنده را در نظر میگیریم. به عبارت دیگر تنها نکته جالب برای ما تاخیر شبکه با محدودیت 80 میلی ثانیه می باشد. بنابراین processing rate برای هر ایستگاه را به infinity تنظیم میکنیم. این کار با تغییر پارامتر Datagram Forwarding Rate در جدول IP Processing information  ایستگاه ها صورت می گیرد.

 

  1. نتایج شبیه سازی

در این قسمت نتایج نموداری را برای بیشتر قطعات شبکه نمایش می دهیم. مدت اجرای شبیه سازی را بر روی 4 دقیقه تنظیم میکنیم.  ایجاد ترافیک پس زمینه با استفاده از تنظیمات پیش فرض opnet  پس از 40 ثانیه از آغاز اجرای شبیه ساز صورت می گیرد. ترافیک ویدئو کنفرانس اعم از صوت و تصویر از ثانیه 69 آغاز شده و در مجموع 6 فراخوانی بصورت اولیه اضافه می شود که 3 فراخوانی برای صوت و 3 فراخوانی برای تصویر در نظر گرفته شده است. سپس هر 2 ثانیه یک بار 6 فراخوانی دیگر اضافه می شود همان طور که در شکل 9(الف) مشاهده میکنید درثانیه هفتادم سه فراخوانی صوت و تصویر اضافه شده است. بنابراین بارگذاری ترافیک 800 بسته برای صوت و 220 بسته برای تصویر ایجاد شده است. شکل 9 (ب) پهنای باند تولید شده در واحد bps را نشان می دهد. تعداد کل فراخوانی هایی که شبکه می تواند پشتیبانی کند می توان با بررسی پهنای باند یا دامنه تاخیر بدست آورد. ابتدا دامنه پهنای باند بررسی می گردد. شکل 10 به وضوح نشان می دهد که تمامی بسته های ارسالی تحویل داده نشده اند. این امر ناشی از عدم مطابقت ما بین ترافیک ارسالی و دریافتی است. همچنین می توان تعداد فراخوانیهای پشتیانی شده را با بررسی محورهای Y,X  . تعیین کرد . با بررسی محور X  از شبیه سازی زمان اجرا ، واضح است که 3 مورد از آخرین فراخوانی های اضافه شده موفق منجر به عدم مطابقت شده که این عدم تطابق به طور تصادفی برای ترافیک صوت و تصویر صحیح می باشد. به هر حال می توان تعداد فراخوانی های پشتیبانی شده به وسیله شبکه برای صوت و تصویر را با محاسبه تعداد فراخوانی های اضافه شده تا آخرین 3 فراخوانی اضافه شده موفق تعیین کرد. شکل 10 ترافیک بسته های IP  دوریزی شده را نشان می دهد. این بسته ها عموما به دلیل سر ریز در بافر حافظه مسیریاب رخ می دهد.نتایج شبیه سازی مسیریاب نشان می دهد که دورریزی بسته ها بعد از عدم تطابق بین نقاط ترافیک صوت و تصویر به وقوع می پیوندند زیرا بافر زمانی برای پر شدن کامل نیاز دارد.

 

شکل 9 (الف)

 

شکل 9(ب) رفتار عمومی بارگذاری ویدئو کنفرانس

 

شکل (10) : ترافیک ویدئو کنفرانس در واحد PPS

 

 

 

شکل (11) تاخیر انتها به انتها صوت و تصویر را نشان می دهد. زمانیکه فراخوانی ها اضافه می شود پیوند مربوط به SW1 و مسیریاب تا صد در صد اشباع می شود. این نتایج هنگامی که نرخ ورود بیش از ظرفیت پیوند باشد که باعث تاخیر فزاینده ای می شود.در opnet  پیوندها به صورت بافر نا محدود مدل سازی می شوند.پس بنابراین زمانی که تاخیر به سمت بی نهایت میل مند شروع به همانند سازی رفتار تاخیر صفهای M/D/1یا  M/M/1 می نماید. از طرف دیگر مسیریاب در opnet  با بافر محدود مدل سازی می شود (شبیه صف M/M/1/B)

 

شکل (11-الف) تاخیر انتها به انتهای تصویر

 

شکل (11-ب): تاخیر انتها به انتهای صوت

 

 

همان طور که در بخش 5 نیز اشاره شد تاخیر انتها به انتها برای شبیه سازی صوت و تصویر نیاید بیشتر از 80 میلی ثانیه باشد. مطابق شکل 11تاخیر برای صوت و تصویر برای بیشتر قسمت ها بطور مشابه صورت می گیرد زیرا هر دو در مسیرهای یکسانی جریان دارند با بزرگنمایی ناحیه 3 دقیقه درشکل 11 مشاهده میکنیم  که تاخیر تا زمان 3 دقیقه و 2 ثانیه کمتر از 80 میلی ثانیه باقی می ماند سپس به صورت فزاینده افزایش می یابد. با مشخص کردن تعداد فراخوانی هایی که شبکه قادر به پشتیبانی است می توان محدودیت زمانی 80 میلی ثانیه را جبران کرد. تعداد فراخوانی های ویدئو کنفرانس را به این صورت 3×((3×60+2-70)/2) ×3=171 می توان محاسبه کرد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که طبق نتایج شبیه سازی ، تعداد نشست ویدئو کنفرانسی که شبکه براساس شبیه سازی قادر به پشتیبانی است 162 می باشد. با توجه به اینکه مسیریاب یکی از اجزای تاثیر گذار در شبکه می باشد بنابراین ضروریست تا صحت اجرا و رفتار آن مورد بررسی قرار گیرد در ثانیه هفتادم از شکل 12 ترافیک ویدئو کنفرانس با نرخ 6  نشست در هر 2 ثانیه تولید می شود و جریان ترافیک IP  گذرنده از مسیریاب  که به مدت 2 دقیقه و 56 ثانیه ثابت مانده است را نمایش می دهد.

 

شکل (12) : ترافیک IP  در مسیریاب

 

شکل 12 نشان می دهد که دور ریزی بسته ها از زمان 3 دقیقه و 10 ثانیه شروع می شود. در این نقطه حافظه 32 مگابایتی صف ارسال مسیریاب به طور کامل پر شده است همچنین تاخیر پردازش بطور فزاینده ای افزایش می یابد. وبه طور نسبی با تاخیر تقریبی 1.1 ثانیه به مدت 18 ثانیه (تا زمان 3 دقیقه و 28 ثانیه) ثابت می ماند سپس تاخیر به سرعت افزایش می یابد علت این کار اشباع پیوند ارسالی از SW1 به مسیریاب در زمان 3 دقیقه و 35 ثانیه می باشد. نتایج کلی تاخیر انتها به انتها ناشی از روشی است که opnet  از مسیریاب و پیوند در مدل سازی استفاده می کند. شکل 13 بهره وری پردازنده مسیریاب را نشان می دهد در این شکل بهره وری پردازنده صد در صد شده است که نقطه اشباع پردازش مسیریاب می باشد. در این نقطه عدم تطابق مابین ترافیک ارسالی و دریافتی رخ می دهد . بعد از این مرحله بافر مسیریاب شروع به پرشدن سریع با فراخوانی های جدید می گرددکه منجر به دور ریزی بسته ها می گردد.

شکل (13): بهره وری پردازنده مسیریاب

 

 

 

بررسی صحت عملکرد پیوندهای کلیدی در شبکه بسیار ضروری است . پیوند های ارتباطی که مابین سویچ های بین طبقه ای و مسیریاب وجود دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. هم چنین بررسی صحت عملکرد پیوندهای ارتباطی که سویچ درون طبقه ای را به ایستگاه کاری که مسئول ایجاد ترافیک ویدئو کنفرانس می باشند ، ضروریست. پیوندهای متصل به مسیریاب از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.بنابراین ما توجه خود را برتحلیل و بررسی دقیق حالت پیوندهای دو طرفه SW1 به مسیریاب 2  SW به مسیریاب خواهیم داشت . در شکل 14 بهره وری برای پیوند SW1    به مسیریاب را مورد بررسی قرار دادیم و تاثیر آن را بر تاخیر انتها به انتهای ترافیک بسته صوت و تصویر مشاهده می کنیم شکل 14 (الف) و (ب) ، نتایج گرافیکی بهره وری برای پیوندهایی که در هر دو مسیر مابین مسیریاب SW1  و SW2  را نشان می دهد.

 

شکل (14) : بهره وری پیوندهای بین مسیریاب و سویچ های SW1  و SW2  

 

  1. نتیجه گیری

این مقاله بدون تشریح چگونگی استفاده از opnet  برای ارزیابی آمادگی شبکه های IP  در پشتیبانی از ویدئو کنفرانس پرداخته است. و تحلیل گسترده ای از نتایج شبیه سازی را بیان میکند. این مقاله ترافیک ویدئو کنفرانس با اندازه ثابت 1344 بایتی برای بسته های تصویر را ارائه می کند. به منظور بررسی دقیق ، نتایج شبیه ساز opnet  برای اندازه ثابت بسته ها ارائه شده در این مقاله با نتایج روش تحلیلی ارائه شده در [12]  مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده کردیم که تفاوت در نشست های ویدئو کنفرانس قابل پشتیبانی فقط 9 عدد می باشد و بیانگر صحت شبیه سازی ما می باشد. زیرا روش تحلیل ارائه شده در [12]  بصورت تقریبی و تخمینی است و روش شبیه سازی ارائه شده در این مقاله با استفاده از شبیه ساز opnet  یک محیط از شبکه واقعی را ارائه می کند. در این مقاله تنها فرا خوانی های ویدئو کنفرانس نظیر به نظیر بررسی شده اندو تکنیک های شبیه سازی و جزئیات ارائه شده در این مقاله می تواند گسترش داده شود. روش شبیه سازی ارائه شده می تواند در محیط های چند رسانه ای مورد استفاده قرار گیرند.

مراجع

[1] Recommendation H.323. Packet-based multimedia

Communication systems, ITU, January 1998.

[2] Eurescom H.323 Studies

http://www.eurescom.de/_public-webspace/P800-

series/P807/start/printerversion.asp.

[3] NetIQ. Vivinet Assessor http://www.netiq.com.

[4] BMCsoftware, PATROL Dashboard

http://www.bmc.com.

[5] Spirent Communications Resources

http://www.spirentcom.com.

[6] Schulzrine H, Casner S, Frederick R, Jacobson V. “RTP:

a transport protocol for real-time applications”. RFC

1889, January 1996.

[7] Calyam P, Lee CG. “Characterizing voice and video

Traffic behavior on the Internet”. In: Proceedings of the

International symposium on computer and information

Sciences (ISCIS), October 2005.

[8] Abler R, Wells G. “Supporting H.323 video and voice in

an enterprise network”. In: Proceedings of the first

USENIX conference on network administration, Santa

Clara, CA, April 7–10, 1999.

[9] Liao B. “IP videoconferencing embracing the next era of

Visual collaborations”. In: Proceedings of the 5th IEEE

Asia-Pacific conference on optoelectronics and

Communications conference, Beijing, October 1999.

[10] Recommendation G.114. One-way transmission time,

ITU, 1996.

[11] Steinmetz R. “Human perception of jitter and media

Synchronization”. IEEE J Sel Areas Commun 1996.

[12] Salah K. “An analytical approach for deploying desktop

Videoconferencing”. IEE Proc Common 2006.

[13] Salah K, Alkhoraidly A. “An opnet-based simulation

Approach for deploying VoIP”. Int J Network Manage


 

نظرات کاربران
ارسال نظر