Previous: 10.24 Сети Петри    UP: 10 Приложения Down: 10.25.1 Некоторые примеры и приемы WEB-программирования     Next: 10.26 Таблица цветов, их имен и кодов

10.25 Интернет вчера, сегодня и завтра

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

Доклад на конференции в Курчатовском институте в 2001 году

Если считать началом Интернет реализацию проекта ARPA-Net, то время его существования насчитывает более 31 года. Ведь в 1969 году был подготовлен документ RFC-1. Замечу, что протоколы Ethernet были сформированы лишь в 1973-79 годах. Интернет в РФ на 20 лет моложе. Динамику развития этой технологии можно проследить по темпу выпуска RFC (смотри рис. 1). В 2000 году ожидается не менее 250 публикаций.

Рис. 1. Число выпущенных документов RFC по годам.

К 1979 году полностью сформировался пакет протоколов TCP/IP и их приложений, началось внедрение. К 1989 году выявились некоторые недостатки старых протоколов, возникла необходимость разработки новых. Рост числа публикаций в период 1989-99 в основном определяется разработками в области безопасности (TLS (RFC-2246, -2817), RADIUS (RFC-2058), а также RFC-2817, -2845, -2875 и многие др.), мультимедиа (MIME; RFC-1590, -2045, -2046, -2047, -2048, -2049) и специальных приложений (например, протокол IOTP). Рост числа WEB-серверов (рис. 2) также впечатляет. В 2004 году число WEB-серверов превысило 50 миллионов, число же рабочих станций примерно в 10 раз больше и скоро превысит миллиард.

Рис. 2. Рост числа WEB-серверов в период 1994-2000 годы

К числу новейших достижений Интернет следует отнести электронную торговлю (протоколы IOTP, SET, CyberCash и др.), IP-телефонию, мощные поисковые системы, электронную прессу и многое другое. IP-телефония уже сегодня существенно понизила тарифы на международные переговоры. Схема реализации IP-телефонной сети показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема IP-телефонной сети

На рисунке MVW-модуль (Multiflex Voice/WAN), включаемый в маршрутизатор, например, CISCO-3662, служит для связи с общедоступной телефонной сетью. Если сеть “А” размещена в Рио-де-Жанейро, а “В” в Москве, то любой клиент нижней сети сможет разговаривать с клиентом в Рио “бесплатно”, а с клиентами телефонных сетей “А” и “B” по локальным тарифам. В левой части рисунка показаны телефонные аппараты, которые подключаются непосредственно к сегменту локальной сети. Такие приборы уже поступили в продажу.

Грядет интеграция цифрового телевидения, телефонии (включая видео-телефонию) и Интернет, звуковые и видео письма уже реальность. Схема построения интерактивной сети цифрового кабельного телевидения показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема реализации интерактивного цифрового телевидения

Данная схема, реализованная в США и Канаде несколько лет назад, позволяет клиентам индивидуально заказывать программу телевидения на неделю вперед. Помимо этого в режиме меню можно получить данные о погоде, состоянии дорог, заказать билеты в театр или на самолет, а также вызвать на экран нужную статью какой-то газеты. Заказанные фильмы копятся в сервере буферизации и в требуемое время транслируются для клиента-заказчика. Существующая инфраструктура кабельного телевидения в США вполне пригодна для решения таких задач. В реальном масштабе времени здесь передаются только новости и спортивные соревнования.

Помимо ставшей уже привычной электронной почты Интернет дал нам WEB-технологию, глобальные поисковые системы, электронные журналы, оперативный доступ к прессе, электронную торговлю и многое другое. Молодые люди объясняются в любви по электронной почте, в реальном масштабе времени общаются с людьми на других континентах, играют в шахматы с партнерами из других стран. Все шире внедряются IP- и ISDN видео конференции.

Перспективы

1. IP-телефония. IP-телефония уже сегодня теснит традиционную не только потому, что может предложить новые разновидности услуг, но и за счет снижения тарифов. В настоящее время внедряются протоколы RTP, RTCP и RSVP, которые вместе с расширением полосы пропускания магистральных каналов уберут последние барьеры на пути внедрения этой технологии. Можно вполне ожидать дальнейшего снижения требований, налагаемых на полосы пропускания, для реализации одного разговора. Там, где достаточно донести до партнера текст сообщения (например, пейджерная связь), можно реализовать распознавание и преобразование сообщения в ASCII-последовательность, что снизит требования к полосе пропускания в сотни раз. Еще большего эффекта можно достичь, используя схему, показанную на рис. 6 (технологии для этого по большей части уже существуют, но схема пока не реализована).

Рис. 5. Схема возможного снижения требуемой полосы пропускания при передаче голоса

Символьное отображение голоса приводит к потере индивидуальных особенностей говорящего и эмоциональной окраски его речи. Системы распознавания людей по голосу уже существуют. Индивидуальные особенности голоса вещь достаточно стабильная. Если произвести анализ голоса конкретного человека и параметризовать эти особенности, то их можно будет использовать в дальнейшем в течение длительного времени. Если набор этих параметров записать на телефонную магнитную карту, то этой картой не сможет воспользоваться никто другой. Передача этих данных принимающей стороне может производиться в процессе установления телефонного соединения. В принципе можно параметризовать и эмоциональную окраску речи говорящего, но в этом случае это нужно делать в реальном масштабе времени. Реализация предлагаемой схемы будет приводить к дополнительным задержкам, но при использовании быстродействующих процессоров эти задержки можно минимизировать. Снижение требуемой полосы пропускания вместе с повсеместным внедрением протоколов RTP и RSVP сделает беседу через Интернет общедоступной.

2. Электронные книги и сфера развлечений. Если индивидуальные особенности голоса и эмоциональная окраска факторизованы, появляется возможность сделать плейеры, которые будут оспроизводить текст голосом определенного актера. Это потребует разработки специального языка разметки текста (вроде HTML) с учетом требуемой эмоциональной окраски. В этом случае на одном CD можно записать целую библиотеку.

Мало того, что появляется возможность заказывать программу телепередач на неделю вперед, получать различную справочную информацию, в принципе могут стать доступными многосюжетные фильмы, где сценарий адаптируется под вкус и желание зрителя (такие фильмы уже снимаются). Зритель может вмешиваться по ходу фильма и направлять линию сценария по одному из нескольких возможных путей.

Сети Интернет открывают новые возможности для интерактивных сетевых развлечений. Ограничения здесь иногда возникают лишь из-за полосы пропускания каналов. Развитие технологии виртуальной реальности будет еще более разнообразить возможности сетевых развлечений.

Дистанционное обучение может решить проблему учебников и откроет новые возможности в дополнительном образовании, которое крайне важно при массовом перепрофилировании производств. В сочетании с технологией MBONE и IP-видеоконференциями это позволит сделать уроки высококлассных преподавателей доступными в общероссийском масштабе. Хорошие же учителя также редки, как и хорошие врачи. В отличие от телевизионных учебных программ здесь возможно задавание вопросов и получение на них ответов в процессе занятия.

Интернет – новое средство массовой информации. Здесь предстоит решить не только технические, финансовые, правовые, но и политические проблемы.

Развитие Интернет впервые предоставляет возможность общения любого гражданина земли с любым, даже с тем, о существовании которого он и не подозревал (многие с этим познакомились через SPAM J). Это качественно меняет современную цивилизацию, создавая невиданные возможности и неведанные до сих пор угрозы.

Темпы технического прогресса зависят от скорости накопления информации об окружающем нас мире и о нас самих. Одним из параметров, определяющих этот процесс, является задержка с момента получения информации (в результате измерения, исследования или обработки уже известных данных) и до получения ее заинтересованными лицами. Последние сто лет эта задержка оставалась почти постоянной. В науке время публикации статьи в журнале занимало до полугода (книги до года). В сфере общественной жизни (газеты) задержка составляла около суток. За последние годы сначала радио и телевидение сократило эту задержку в общественной сфере до часа-двух. Интернет сократил задержку с момента появления научных данных до их опубликования до нескольких часов (в реферируемых журналах до месяца), то есть более чем в 5 раз за десять лет. Это неизбежно скажется на темпах технического прогресса в сторону его существенного ускорения, причем в самое ближайшее время.

Нерешенные пока проблемы:

1. Сетевая безопасность. Существующее программное обеспечение пока не может предоставить требуемого уровня конфиденциальности при передаче информации в бизнесе и частной жизни. Постоянная тенденция унификации программных средств, операционных средств и протоколов (тенденция в принципе положительная) таит в себе угрозу создания благоприятных условий для создания компьютерных вирусов с глобальной зоной действия. Требуются более надежные и эффективные программы мониторинга и детектирования вторжения хакеров и сетевых вирусов, нужны также средства для борьбы с нежелательной рекламой (SPAM). В РФ не обеспечены юридические аспекты шифрования (для электронной подписи и сертификатов). Смотри RFC-1704, -2485 и др.
2. Поиск нужной информации. Если 6-8 лет назад люди обменивались адресами узлов, где имеется какая-то полезная информация, то сегодня проблема в выборе узла, где следует искать нужные данные. Все, кто пользуется поисковыми серверами типа Alta-Vista или Rambler, знают, что почти на любой запрос приходят десятки и сотни ссылок на один и тот же документ, лежащий в разных депозитариях. Решение проблемы может быть достигнуто путем автоматического присвоения индивидуальных кодов всем документам в сети (ID-атрибут объекта META в языке HTML). Задача релевантности документа запросу также ждет своего эффективного решения. Внедряются кластерные системы поиска, тезаурусы и многие другие ухищрения, но проблема из-за лавинного роста суммарного объема данных также далека от решения, как и десять лет назад.
3. Пропускная способность каналов особенно с учетом мультимедийных требований (например, ТВ высокого разрешения). В новом тысячелетии человечество выроет из земли миллионы тонн медного кабеля и закопает туда соответствующее количество оптических волноводов.
4. Сетевая диагностика. Это не только выявление нежелательных вторжений, но и детектирование всплесков широковещательных сообщений, а также дубликатов IP-адресов и их местоположения. Нужны средства для выявления узких мест в сети, до того как они станут реальной проблемой. Смотри, например, RMON (RFC-2613, -2074, -2021, 1757, -1513)
5. Решение проблемы мультимедийной передачи без потерь по IP-каналам. Этому может способствовать повсеместное внедрение протоколов RTP и RSVP. Необходимо дальнейшее совершенствование алгоритмов выявления и управления перегрузками в IP-каналах.
6. Оптимальная маршрутизация. На очереди создание внешних протоколов маршрутизации, учитывающих состояние каналов (сегодня они используют алгоритм вектора расстояния), а также разработка универсальных алгоритмов вычисления метрики, учитывающей реальную загрузку, пропускную способность, задержку и другие характеристики каналов.
7. Создание единой сети прокси-серверов, которая будет гарантировать доставку самой свежей версии документа или программы с самого “близкого” сервера, что может в разы снизить загрузку каналов, сделать сеть более надежной и эффективной. Это предполагает дальнейшее совершенствование протокола HTTP.

Данный список выглядит коротким потому, что проблем всегда видно меньше, чем их есть на самом деле.

Некоторые материалы по рассмотренным в данном сообщении проблемам можно найти на сервере http://book.itep.ru. В этом году в издательстве “Горячая линия - Телеком” должна выйти моя книга “Протоколы Интернет. Энциклопедия” объемом около 1100 страниц.

Приложение

Предложение по совершенствованию цифровой телефонии

Современные системы цифровой телефонии (например, ISDN) предполагают выделение 32 кбит/с на каждый разговор. Если же перевести все, что говорит человек в символьное представление, то это будет эквивалентно потоку примерно в 64 бит/c (примерно такова же предельная скорость ввода данных с клавиатуры). Разрыв в требуемых пропускных способностях соответствует 5000. Понятно, что символьное представление не содержит индивидуальных особенностей голоса и эмоциональной окраски речи. Современные системы сжатия голосовой информации позволяют сократить требования к полосе пропускания до 7,5 кбит/с, но уже с некоторым ухудшением качества воспроизведения. Наилучшие современные системы (например, VOCODER) позволяют обходиться полосой в 1 кбит/c, при весьма серьезном ухудшении качества (голос неузнаваем и напоминает речь робота). Любое сокращение требования к полосе при сохранении качества передачи голоса крайне желательно. Современная телефония – это высокодоходная отрасль, и любая фирма готова будет заплатить за такого рода разработку, так как это решит конкурентное противостояние в ее пользу. Рост пропускной способности каналов не решает проблемы, так как все телефонные компании используют эту сеть, но преуспеет та, которая сможет предложить более низкие тарифы.

В США планируется выпуск автомобилей с бортовым компьютером, управляемым голосом водителя (руки у него заняты). Таким образом, проблема преобразования голоса в последовательность символов можно считать практически решенной.

Еще большего эффекта можно достичь, используя схему, показанную на рис. 6 (технологии для этого уже существуют, но схема пока не реализована).

Символьное отображение голоса приводит к потере индивидуальных особенностей говорящего и эмоциональной окраски его речи. Системы распознавания людей по голосу уже существуют (например, в системах идентификации). Индивидуальные особенности голоса вещь достаточно стабильная. Если произвести анализ голоса конкретного человека и параметризовать эти особенности, то их можно будет использовать в дальнейшем в течение длительного времени. Если набор этих параметров записать на телефонную магнитную карту, то этой картой не сможет воспользоваться никто другой. Передача этих данных принимающей стороне может производиться в процессе установления телефонного соединения. В принципе можно параметризовать и эмоциональную окраску речи говорящего, но в этом случае это нужно делать в реальном масштабе времени. Реализация предлагаемой схемы будет приводить к дополнительным задержкам, но при использовании быстродействующих процессоров, или аппаратных средств эти задержки можно минимизировать.

На пути реализации проекта надо решить проблему синтеза речи с учетом индивидуальных и эмоциональных особенностей голоса говорящего. Голосовые синтезаторы существуют, но они крайне не совершенны. Понятно, что все перечисленные проблемы не будут решены сразу. Но вполне реально внедрять систему поэтапно, предоставляя клиенту в этом случае выбор: высокое качество и высокий тариф или низкий тариф при пониженном качестве передачи голоса.

Возможные приложения при частичном или полном успехе проекта:

1. Организация пейджерной связи без оператора посредника
2. Снижение телефонных тарифов (особенно для дальней телефонной связи).
3. Обучение языку, коррекция произношения
4. Распознавание преступников по голосу во время их разговоров по телефону с локализацией и оповещением

Грубые оценки показывают, что высокого качества передачи голоса методом параметризации можно достичь при полосе 1-4кбит/c.