Сетевые видеоконференции как средство профессионального общения

Интервью с руководителем Центра компьютерного обеспечения химических исследований Отделения общей и технической химии Российской академии наук в Институте органической химии РАН, доктором химических наук Андреем Семеновичем Мендковичем.

КомпьютерПресс: Название вашего Центра довольно часто упоминается в областях, довольно далеких от химии. Например, оно фигурирует в списке десяти ведущих отечественных суперкомпьютерных центров, указывается как место нахождения Центра управления одной из старейших и крупнейших российских научно-образовательных сетей — FREEnet, а в последние годы — еще и как место проведения крупных международных видеоконференций. С чем это связано?

Андрей Мендкович: Это связано в первую очередь с тем, что, хотя в каждой конкретной области существуют специфические особенности использования информационных технологий (в том числе и в каждой конкретной области научных исследований), большинство задач, решаемых в рамках компьютерного, информационного обеспечения отдельной научной дисциплины, все же носят общий, универсальный характер. Поэтому, как правило, результаты работы нашего Центра использовались и используются не только химиками, и даже не только научным сообществом.

В качестве примера можно обратиться к истории, которая в масштабе «сетевой цивилизации» выглядит совсем древностью.

Сейчас мало кто помнит, что «в начале было Слово», и слово это было BITNET. Еще до эпохи Интернета была такая сеть, узлами которой служили компьютерные «мамонты» — мэйнфреймы. У нас это были ЕС ЭВМ. Самая мощная из них в то время, ЕС-1066, работала в нашем Центре.

Поскольку наиболее острыми проблемами для пользователей нашего центра в те годы были доступ к зарубежным источникам информации и оперативное взаимодействие с зарубежными коллегами при проведении совместных исследований, то в ноябре 1990 года мы создали международный узел европейской части BITNET, которая называлась EARN (European Academic and Research Network). Так как с аналогичными проблемами сталкивались и другие научные институты и вузы, то их вычислительные центры стали подключаться к нашему узлу и довольно быстро сформировалась национальная сеть SUEARN. Позднее, в 1991 году по этим же причинам нами была создана первая в нашей стране некоммерческая научная и образовательная IP-сеть FREEnet, которая сразу после отмены ограничений КОКОМ (существовали и такие) была интегрирована в глобальный Интернет.

Сейчас такого рода проблемы любая организация решает, просто подключаясь к одной из многочисленных существующих сетей, а тогда нам приходилось создавать эти сети.

В 1995 году, когда стало ясно, что целый ряд направлений химии не может развиваться из-за отсутствия мощных вычислительных ресурсов, мы создали суперкомпьютерную систему, которая и фигурирует в упоминавшейся вами первой десятке суперкомпьютерных центров.

Такая ситуация неоднократно повторялась и в последующие годы. У наших пользователей возникала необходимость в определенных видах сервиса и технологиях, а эти виды сервиса, технологии и соответствующие инфраструктуры либо отсутствовали, либо не были общедоступными, и нам приходилось их создавать. Таким образом, решение задач, выходящих за пределы формальных обязанностей организации, — своеобразная плата за наиболее полное удовлетворение потребностей пользователей.

КП: Какие задачи такого рода вы решаете в настоящее время?

А.М.: По-видимому, следует упомянуть о самом новом для нас направлении работы — о нашем участии в международных мероприятиях по апробации и внедрению новой, шестой версии IP-протокола (IPv6). Являясь первым в России сервис-провайдером IPv6, мы участвуем в работе IPv6 Форума и международной экспериментальной сети 6REN. Более подробную информацию об этом можно найти на сервере российского отделения IPv6 Форума (http://www.ipv6.ru).

О преимуществах протокола IPv6 сказано и написано очень много. Поэтому я ограничусь лишь замечанием, что наряду с очевидными и общими для всех причинами, в том числе и неизбежностью массового перехода на эту версию протокола в ближайшие годы, мы имеем еще одну причину для работы в этой области. Дело в том, что IPv6 открывает новые возможности для развития одного из наиболее приоритетных для нас направлений, а именно — для компьютерного обеспечения работы территориально распределенных коллективов, и в первую очередь для такой его составляющей, как технологии сетевой видеоконференц-связи (ВКС).

КП: Технология ВКС существует довольно давно и получила достаточно широкое распространение. Какие же проблемы в этой области требуют своего решения сегодня?

А.М.: Действительно, первым годом эры видеоконференций можно, по-видимому, считать год 1964-й, в котором на Всемирной ярмарке Корпорацией «AT&T» была представлена система видеотелефонии Picturephone (рис. 1). Несмотря на то что данная система вызвала несомненный интерес, она не получила сколь-нибудь широкого распространения вследствие необходимости использования специальных, не повсеместно доступных, дорогостоящих каналов связи. Существовавшие в то время коммутируемые каналы имели емкость почти на три порядка меньше, чем было необходимо для функционирования Picturephone. Необходимость же предварительного заказа выделенных каналов связи существенно снижала привлекательность данной системы для потребителя, и в 1973 году производство и продажа Picturephone были прекращены.

В дальнейшем усилия компаний — разработчиков систем групповых видеоконференций были сосредоточены на снижении стоимости оборудования и эксплуатационных расходов. Тем не менее это снижение происходило довольно медленно. Представленная на рынке в 1982 году система компании Compression Labs., Inc. имела цену 250 000 долл. и использовала каналы связи, аренда которых стоила около 1000 долл. в час. В 1986 году компанией PictureTel Corporation была предложена существенно более экономичная система, стоящая 80 000 долл. и использующая каналы связи стоимостью 100 долл. в час, но лишь спустя пять лет этой компании удалось снизить стоимость комплекта оборудования до 20 000 долл. и затраты на каналы связи до 30 долл. в час, достигнув уровня, делающего систему доступной для достаточно широкого круга корпоративных пользователей.

Однако превращение видеоконференции в общедоступный вид сервиса стало возможным только в 90-х годах в результате территориальной экспансии и глобализации инфраструктуры сетей передачи данных, в первую очередь — Интернета, достижений в области технологии сжатия цифровых аудио- и видеосигналов, а также снижения стоимости передачи единицы информации в публичных сетях. Кроме того, прогресс в развитии средств вычислительной техники, появление настольных систем видеоконференций, использующих персональные компьютеры, сопровождались в этот период снижением стоимости соответствующего аппаратного и программного обеспечения приблизительно на 30% в год. Одним из основных факторов, обеспечивших указанное снижение стоимости, был переход к массовому производству стандартизированных аппаратных и программных средств. Последнее, в свою очередь, явилось следствием принятия ITU-T (International Telecommunication Union — Telecommunication Standard Section) двух важных серий стандартов: H.320 в 1990 году и H.323 в 1996-1998 годах, а также T.120 в 1993-1996 годах. Благодаря этому была обеспечена совместимость систем различных производителей.

Одновременно происходило и изменение структуры рынка систем видеоконференций. В частности, его сектор, связанный с продажей систем, требующих специально оборудованных помещений (Conference Room), составлявший в 1993 году около 60%, к 1997 году сократился в 10 раз, тогда как секторы, связанные с продажей систем для обслуживания малых групп и настольных систем, базирующихся на персональных компьютерах, увеличились за этот же период соответственно с 10 до 40% и с 16 до 38%. Столь быстрый рост названных секторов рынка не в последнюю очередь, по-видимому, был обусловлен быстрым распространением ISDN, доступность которого, например, в США уже к 1995 году достигла 85%.

Таким образом, к 1996-1997 годам завершился первый этап развития технологии видеоконференций, в результате которого видеоконференции стали стандартным и доступным видом сервиса. Настолько доступным, что они стали широко использоваться для личного, неделового общения, став чем-то вроде одной из разновидностей IRC (Internet Relay Chat). Неудивительно, что усилия производителей аппаратного и программного обеспечения были направлены на удовлетворение потребностей именно этой, наиболее перспективной с точки зрения числа продаж — группы пользователей, которые к тому же не испытывали необходимости ни в высоком качестве изображения и звука, ни в системах управления конференцией. Таким образом, произошла переориентация на разработку доступных рядовому потребителю, дешевых и простых в производстве и использовании систем. При этом оказались «забытыми» другие группы потребителей, в первую очередь корпоративных. К 1996-1997 годам основной проблемой стало отсутствие систем ВКС для «забытых» групп пользователей. Это и было «облачком на горизонте» в голубом небе технологий ВКС.

КП: О каких именно группах пользователей идет речь?

А.М.: Превращение видеоконференций в широкодоступный вид телекоммуникационного сервиса действительно, как я уже сказал, привело к существенному изменению состава их пользователей, но эти изменения не сводились к появлению упомянутой выше группы «любителей пообщаться вечерком по сети».

Если существовавшие в 80-е годы системы видеоконференций обслуживали главным образом представителей деловых кругов и сотрудников правительственных организаций, то к середине 90-х одной из наиболее активных стала группа пользователей, образованная представителями научного и образовательного сообществ. Более того, в отдельных странах, в том числе и в России, данная группа является в настоящее время доминирующей не только по активности, но и по относительной численности.

В целом повышенная активность данной категории пользователей является вполне естественной, так как семинары, конференции, конгрессы и т.п. являются для них традиционной и важной формой обмена профессиональной информацией. Доминирующая роль этого круга пользователей в России обусловлена рядом присущих нашей стране особенностей: наличием значительного количества территориально удаленных друг от друга научных и образовательных центров, недостатком средств для обеспечения адекватного уровня традиционных форм научного сотрудничества, таких как национальные и международные конференции, научные командировки и т.п.

Существование данной категории пользователей систем видеоконференций заметным образом сказалось на предъявляемых к этим системам требованиях и, как следствие, на тенденциях их развития на втором этапе. В частности, наличие среди пользователей представителей науки и образования обусловило ряд специфических требований, не характерных для первого этапа развития данных систем, на котором основной формой видеоконференции было «видеосовещание» с участием нескольких немногочисленных локальных групп и преобладанием устного обмена информацией.

КП: Каковы эти требования?

А.М.: Среди специфических требований следует упомянуть следующие:

  • масштабируемость, как в плане численности локальных аудиторий, так и в плане их общего числа;

  • повышенное качество изображения и звука, позволяющее удаленным участникам получать адекватное представление о демонстрируемом объекте;

  • эффективная работа не только с аудио- и видеоинформацией, но и с данными;

  • коллективное использование приложений;

  • развитая интегрированная система управления как технической, так и содержательной составляющими видеоконференции.

Другими словами, данной группе пользователей нужна система, способная обслуживать аудитории с численностью участников от нескольких десятков до нескольких сотен. Кроме того, используемые технические средства должны обеспечивать высокое качество передаваемых и принимаемых аудио- и видеосигналов, возможность приема вопросов от удаленных участников распределенного мероприятия к докладчикам в основной аудитории, а также обращение слушателей, находящихся в этой аудитории, к докладчикам в других локальных аудиториях и их участие в распределенной дискуссии.

Следует упомянуть и о том, что проведение крупномасштабных международных конференций, в том числе и распределенных, требует, как правило, использования нескольких рабочих языков и соответственно системы синхронного перевода. В случае распределенной сетевой конференции последнее является не только организационной, но и технической проблемой, так как увеличивает число аудиопотоков, требующих оперативной коммутации. Поэтому типовые аудио- и видеосистемы аудиторий сетевой конференции начинают напоминать аналогичные системы телевизионных студий. В качестве примера можно привести схемы систем, использовавшихся в нашем конференц-зале при проведении Международного конгресса Global360 в 1997 году (рис. 2 и 3).

Во многих случаях для сетевой видеоконференции может быть использована уже существующая инфраструктура Интернета и стандартные программные средства, например Mbone. Формирование такой сети — задача не всегда тривиальная и предполагает привлечение квалифицированных специалистов. Однако в целом техническое обеспечение подобной конференции не требует значительных финансовых затрат и стало уже вполне традиционным. Достаточно сказать, что за последние два-три года мы участвовали в проведении около полутора десятков таких конференций, в том числе и международных. К настоящему времени их проведение уже не носит экспериментального характера и является для нас плановой работой.

Однако есть и другая категория распределенных мероприятий, для которых упомянутые технические решения малопригодны.

КП: Что это за мероприятия и какая технология должна быть для них использована?

А.М.: В первую очередь это крупномасштабные международные распределенные видеоконференции, имеющие высокий официальный статус. Примером может служить международный конгресс «Технологии информационного общества» (Information Society Technologies — IST98), организованный ЕС в 1998 году, в техническом обеспечении которого мы принимали участие. Система видеоконференции Global360, являвшейся своеобразным расширением этого конгресса, включала 19 аудиторий в Америке, Европе и Азии, а общее число находящихся в различных географических точках источников материалов, использованных при формировании ее программы, равнялось 28. Общая продолжительность трехдневной программы составляла 29 часов.

Проведение этого мероприятия потребовало формирования специализированной высокоскоростной АТМ-сети (рис. 4), которая связала все упомянутые выше аудитории и источники материалов, а также обеспечила интеграцию в единое распределенное мероприятие собственно конгресс IST98, параллельные конференции в Базеле и Москве, центр управления сетью в университете г. Линц (Австрия) и «Электронный театр» на территории выставки IST98 в Вене, который предоставлял возможность посетителям принять участие в интерактивных сессиях глобальной видеоконференции.

Естественно, что видеоконференция такого масштаба требовала не только формирования специализированной сети, но и использования специального, довольно сложного программного обеспечения, имеющего встроенную систему оперативного управления, способного организовать в рамках этой сети как многоадресное (multicast), так и одноадресное (unicast) вещание. Кроме того, программное обеспечение должно было иметь средства избирательного регулирования качества отдельных компонентов вещания и служб (изображение, звук, управление, асинхронные службы) в пределах доступной скорости передачи данных и многое, многое другое. Для проведения данного мероприятия был использован новый для того времени программный продукт ISABEL, основные функциональные элементы которого приведены в таблице на рис. 5. Представление о взаимодействии этих элементов дает схема фрагмента экспериментальной сети, обслуживавшей одно из крупных международных распределенных мероприятий в 1997 году (рис. 6).

Собственно видеоконференция IST98/Global360 явилась итоговым испытанием версии 3R3 этого продукта.

КП: Из сказанного ясно, что это довольно сложный продукт, создание которого под силу только крупной компании. Кем же он создан?

А.М.: Это результат работ по одному из крупнейших проектов NICE и EXPERT программы ACTS (Advanced Communications Technologies) 4-й рамочной программы Европейской Комиссии в 1996-1998 годах.

Основной задачей проекта NICE являлось исследование вопросов, связанных с реализаций высокоскоростных распределенных приложений с использованием АТМ-инфраструктуры. В качестве основного типа приложений были выбраны распределенные сетевые мероприятия (телеконференции).

Участниками проектного консорциума являлись ведущие европейские операторы связи (такие как Belgacom, Deutsche Telekom, Telefonica de Espana, EUTELSAT, France Telecom, Telenor и другие), а также университеты и исследовательские центры, в том числе и основной разработчик ISABEL — Мадридский политехнический университет. Российскими участниками проекта были:

  • Институт органической химии РАН (Центр управления научной и образовательной сетью FREEnet), г. Москва;

  • Ярославский государственный университет (Университетский центр Интернет), г. Ярославль;

  • Международный телекоммуникационный центр, г. Новосибирск.

Следует отметить, что присутствие в составе консорциума российских организаций способствовало внедрению технологии высокоскоростных распределенных приложений в нашей стране и обеспечило активное участие России в целом ряде крупных международных мероприятий в 1997-1998 годах, проведенных с использованием указанных технологий. Реализация российской части проекта была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований как важная составляющая работ по развитию технологий компьютерного обеспечения работы распределенных научных коллективов.

Существенной особенностью проекта NICE был комплексный подход к развитию системы видеоконференций, предусматривавший совершенствование как различных технологических составляющих, так и соответствующих организационно-технических моделей. На мой взгляд, именно создание новой модели сетевого мероприятия, которую условно можно назвать «модель Global360», завершило формирование иерархической системы видеоконференций.

КП: Чем же модель Global360 отличается от упоминавшейся традиционной модели виртуального конференц-зала?

А.М.: Как и в случае других информационных технологий, развитие моделей видеоконференций представляло собой эволюцию от имитации традиционных форм коллективных мероприятий к созданию новых форм, реализация которых ранее была принципиально невозможной. На первом этапе сетевые видеоконференции рассматривались как техническое средство, позволяющее расширить круг докладчиков и аудиторию традиционной конференции за счет удаленных участников, физическое присутствие которых в месте проведения мероприятия перестало быть необходимым.

Я ни в коей мере не критикую данную модель. Во многих областях ее применение вполне оправданно и эффективно. В частности, я могу упомянуть весьма любопытный пример ее использования: недавно состоявшийся в нашей стране судебный процесс, в котором участие одной из сторон было обеспечено с помощью системы ВКС, предоставленной российской фирмой «СТЭЛ-Компьютерные системы».

Однако применительно к такой форме мероприятий, как конференции, использование модели «виртуального конференц-зала» хотя и обеспечивало очевидные преимущества, но практически не сказывалось на программе мероприятий и процедуре их подготовки, которые оставались вполне традиционными. В частности, имеющие место изменения носили главным образом количественный характер, не затрагивая содержания программы и качественного состава участников, который ограничивался той же, что и в случае традиционной конференции, профессиональной группой. Таким образом, при использовании модели «виртуального конференц-зала» сохранялся традиционный недостаток профессиональных мероприятий: содержание докладов, представляющее интерес для значительно более широкой аудитории, последней было доступно, как правило, лишь в форме краткого упоминания в средствах массовой информации (если таковое вообще имело место).

Поэтому основным требованием, предъявляемым к новой модели, было обеспечение эффективной (на техническом и организационном уровне) интеграции аудио- и видеоматериалов, поступающих от множества источников в режиме реального времени в единую и однородную программу, доступную, в том числе и в режиме реального времени, широкому кругу зрителей. Для обозначения такой совокупности вещаемых материалов был использован телевизионный термин «канал». Взаимодействие источников материалов и зрителей согласно новой модели осуществлялось (рис. 7) по схеме «публикация-подписка» (publish-and-subscribe).

Такой подход представляет особый интерес для научного сообщества в России, где в последнее десятилетие произошла значительная деградация системы популяризации науки и ее достижений (в частности, сокращение числа научно-популярных публикаций, изданий и передач) и где в то же время наблюдается интенсивное развитие инфрастуктуры компьютерных сетей и рост числа их пользователей.

Применительно к такой форме мероприятия, как конференция, формирование канала предполагало интеграцию программ нескольких крупных конференций, проходящих в территориально удаленных друг от друга аудиториях, материалов вещания из других аудиторий и некоторых специальных материалов, вещаемых из центра управления.

Реализация данной модели потребовала ряда новых компонентов, процедур и функций, таких как:

  • сценарий управления;

  • специальный канал оперативной связи с аудиториями для технической координации и управления программой;

  • профессиональное оформление фоновых экранных изображений и надписей;

  • профессиональные микширование и подготовка видеоматериалов;

  • привлечение профессионального ведущего.

Основным компонентом модели, обеспечивающим использование адекватных технических средств для презентации материалов, включенных в программу канала, а также синхронизацию организационных и технических действий, является сценарий управления (control script). Сценарий управления формализуется в виде документа, который содержит поминутное расписание программы канала, цифровой шифр каждого из ее элементов, используемые форматы экранов, название докладов, имена докладчиков и другую информацию, отображаемую на экране при трансляции. Кроме того, сценарий содержит названия файлов с иллюстративными материалами, которые представляются докладчиками в центр управления заранее. Это обеспечивает их преобразование в необходимый для ISABEL формат и презентацию в ходе видеоконференции в полноэкранном формате.

ISABEL преобразует сценарий управления в файл управления, содержащий всю необходимую техническую информацию для каждого пункта программы (формат экрана, фоновая графика и надписи, IP-адрес локальной аудитории и т.п.) и выполняемый в ходе конференции в режиме реального времени.

Новая модель была нами апробирована в ходе целого ряда мероприятий. Например, при проведении в сентябре 1998 года International Distributed Conference — IDC98. Указанная конференция (базовая аудитория в Лиссабоне) проходила в рамках EXPO98 и была интегрирована с распределенной конференцией «Информационное общество и современный город» (базовая аудитория в Москве), организованной Институтом развития информационного общества при поддержке Правительства Москвы и Московской городской думы.

КП: Достоинства новой модели очевидны. Однако очевидно и то, что ее реализация требует более совершенной технической базы и больших затрат, чем проведение упоминавшихся вами конференций по технологии Mbone…

А.М.: Это справедливое замечание. Именно поэтому мы в свое время уделили большое внимание отработке организационных и технических аспектов интеграции технологически неоднородных распределенных мероприятий, включая взаимодействие их центров управления и согласование сценариев управления. Кроме того, была отработана технология формирования и сопровождения Mbone сети, содержащей высокоскоростной (свыше 256 Кбит/c) и низкоскоростной (до 256 Кбит/c) фрагменты.

Если вы посмотрите на схему IST98/Global360 (см. рис. 4), то увидите, что участие российских организаций в этом мероприятии не ограничивалось аудиториями в Ярославском государственном университете и ИОХ РАН (Москва), использующими высокоскоростные АТМ-каналы и ISABEL. Центр управления FREEnet не только выступал в качестве центра управления параллельного Global360 мероприятия — межрегиональной распределенной конференции «Глобал-Россия» (рис. 8), использующей существующую инфраструктуру Интернета и программные средства Mbone, но и обеспечивал интеграцию этих двух технологически разнородных видеоконференций. Такая схема позволяет аудиториям в регионах без дополнительных затрат получить доступ к программе крупных международных распределенных конгрессов и конференций.

КП: А какова общая ситуация с использованием ВКС-технологий у нас в стране?

А.М.: Если говорить о научных и образовательных сообществах России, то ВКС стала для них вполне доступным и стандартным средством профессионального общения. Необходимые для этого комплексы технических средств и способные обслуживать их квалифицированные специалисты имеются в более чем тридцати регионах. В основном они сосредоточены в так называемых университетских центрах Интернет, созданных в рамках программы «Интернет» Института открытого общества. Ежегодно проходит несколько сетевых видеоконференций, в том числе и организуемые Институтом развития информационного общества: ежегодная конференция «Технологии информационного общества» и международные семинары «Электронные библиотеки».

Что касается других секторов рынка ВКС, то они также интенсивно развиваются. Однако у меня создается впечатление, что здесь пока предложение превышает спрос.


Андрей Семенович Мендкович — руководитель Центра компьютерного обеспечения химических исследований.

Председатель научной и образовательной сети FREEnet.

Член совета директоров EARN (European Academic & Research Network), 1991-1994.

Представитель России в TERENA (Trans-European Research & Education Networking Association), 1994-1995.

Представитель России в CEENet (Central & Eastern European Networking Association) с 1994 года по настоящее время.

КомпьютерПресс 3'2000