<< >> Otsikko

KOUTIVA-PROJEKTIN TEKNINEN KEHITYSTYÖ JA TOTEUTUS


Jarkko Järvinen, Mika Piiksi & Jarno Suvanto
Tiivistelmä. Projektin kouluihin on puolentoista vuoden aikana rakennettu mittava laiteympäristö joka perustuu yhteyksissä käytettyyn ATM-teknologiaan. Tässä artikkelissa esitellään erityisesti koulujen ympäristöä ja pohditaan siihen tehtäviä parannuksia.

1 TEKNINEN TILANNE

Kaukajärven yläasteen (kuten muidenkin projektin osapuolien) ATM-yhteyden on toimittanut Telecom Finland. Tälle yhteydelle on varattu kaistaa 10 Megabittiä/sekunti ja se on kiinteä poin-to-point PVC-yhteys (Permanent Virtual Circuit). ATM-yhteydellä pystytään yhdistämään esimerkiksi kaksi toisistaan maantieteellisesti suurillakin etäisyyksillä olevaa perinteistä ethernet- tai token ring-lähiverkkoa. Yhteys on siis kiinteä linja kahden pisteen välillä, toistaiseksi sillä ei voi ottaa yhteyksiä muualle. ATM-yhteyksien kytkentäisyyttä parhaillaan ja tulevaisuudessa uskotaan myös monipisteyhteyksien/-neuvotteluiden olevan mahdollisia. Kaukajärven yhteyttä on testattu mm. tcpblast-ohjelmistolla, jolla on todettu yhteyden hyötykuorman olevan TCP-tasolla noin 8-9Mb/s. Tämä on varsin oletettava nopeus kun eri protokollien otsikkokentät yms. otetaan huomioon.

Digitaalisen Median Instituutin päässä Kaukajärven yhteyttä palvelee "Kotka"-kone (Sun SparcStation 1000, nopea disk-array, käyttöjärjestelmänä SunOS 5.4). Tässä koneessa on kiinni Zeitnetin 155,5Mb/s ATM-kortti, jolle on määritetty myös 10Mb/s kaista Kaukajärvelle. Sunista riittää tällaisen kaistan hyödyntämiseen videolla ja datalla tehoa varsin mukavasti. Kaukajärvellä on Unix-työasema mallia Sun SparcStation 10 ("Kauksu"), johon on varattu yksi neljän gigatavun kovalevy tulevaisuuden käyttöä varten.

Kaukajärvellä, kuten myös Normaalikoululla, on verkkotekniikkana kilpavaraus-ethernet, joka tarkoittaa käytännössä sitä, että kaikki koneet, jotka ovat kiinni samassa aliverkossa, taistelevat samasta kymmenen megabitin kaistasta. Tämän vuoksi aliverkotusta on Kaukajärvellä muutettu niin, että luokat ovat ristiinkytketty eri aliverkkoihin/hubeihin. Tällöin, jos luokassa kaikki koneet haluavat samaan aikaan hakea videokuvaa "Kotkalta", Kaukajärven verkon pään rasitus ainakin periaatteessa puolittuu. Hubit on siis kytketty Kaukajärvellä Ciscon reitittimen eri ethernet-portteihin. DMI-Kaukajärvi yhteyden kapasiteetti taasen on jaettu näiden porttien kesken.

Normaalikoulun ja Kaukajärven välinen yhteys on samanlainen kuin DMI-Kaukajärvikin, eli 10 Mb/s. Sillä on syyslukukauteen 1996 mennessä ollut vain koemuotoista käyttöä. Venäjän etäopetus alkoi elokuussa 1996, jonka myötä yhteyttä käytetään lähes päivittäin videon ja audion siirtoon. Kuten sanottu, on ATM-verkko toistaiseksi point-to-point-tyyppinen, siksi kouluilla on lisäksi käytössään kiinteät internetyhteydet esim. www- ja sähköpostikäyttöä varten.

TTKK/DMI:n "Kotkalle" on tallennettu MPEG-formaattiin (Motion Picture Expression Group) kompressoitua videomateriaalia. Tallennettua MPEG-kuvaa voidaan Kaukajärveltä käsin kelata eteen- ja taaksepäin ja pysäyttää kuten videoissa. Videokuvaa siirretään Kaukajärvelle siten, että "Kotka"-koneella pyörii smbd-demoni, joka saa "Kotkan" näyttämään windows-koneille toiselta windows-koneelta, joka haluaa jakaa levyjään. Videoneuvotteluissa on käytetty Bitfieldin BVCS-videoneuvottelujärjestelmää, joka vaatii kaistaa 0 - 2048 kb/s. Kortin avulla pystytään välittämään ääntä sekä kuvaa jopa 25 Hz päivitysnopeudella, joka tarkoittaa täysin nykimätöntä kuvaa. Kortissa on liitäntä kahdelle kameralle, joista toinen voi olla S-VHSkamera, jolloin kuvan laatu on entistäkin parempi. Toistaiseksi käytössä on ollut kuitenkin vain yksi kamera. Koulujen välisillä etäopetustunneilla on koekäytössä ollut Microsoft Netmeeting-ohjelma. Se mahdollistaa sovellusten jakamisen, "piirustustaulun-" sekä keskusteluohjelman käytön eri kouluissa olevien oppilaiden ja opettajan välillä.

Kuvio 1. KOUTIVAn verkkotilanne 8/96

Kaukajärven koululle on asennettu Nokian EduLink kaapeli-tv-järjestelmä. Jokaisessa luokassa on televisio, jota voidaan ohjata kaukosäätimellä. Televisiot ovat antennijohtoa pitkin yhteydessä ohjausyksikköön, joka välittää mm. CD-i-materiaalia. Ohjausyksikköön syötetty materiaali on siis nähtävillä koulun kaikissa luokissa. Järjestelmä toimii mainiosti myös kollektiivien tiedotusten lähettämiseen kaikille oppilaille ja opettajille.

Edulink-järjestelmä on kytketty verkkoon yhdellä tavallisella PC:llä, johon on asennettu Creative Labsin Video Blaster MP 400 MPEG-videokortti. Videokortin ulostulo taasen on kytketty VGA-PAL -muuntimeen, joka muuttaa tietokoneen kuvan TV-järjestelmään sopivaksi. Järjestelmän avulla voidaan siis normaalien televisiolähetysten ohella katsella DMI:n mediapankista tilattua video- tai multimediamateriaalia.

2 TEKNISEN KEHITYSTYÖN TULOKSIA, SUUNNITELMIA JA PARANNUSEHDOTUKSIA

Kaukajärven palvelinkoneeseen "Kauksuun" pitäisi asentaa lisämuisti paikalleen ja miettiä, miten tätä levyä voisi käyttää hyväksi mahdollisimman tehokkaasti. Tällaiselle levylle mahtuu jo varsin mukavasti esim. videomateriaalia. Tällöin koulun itse tuottamaa materiaalia ei välttämättä tarvitse säilöä TTKK:n koneelle. Samalla tämä levy voisi palvella myös Tampereen Normaalikoululla olevia koneita, koska siellä olevat koneet eivät näe kuin Kaukajärven IP-avaruuden. ATM:n Normaalikoululle tuomat mahdollisuudet ovat toistaiseksi erittäin rajalliset, koska sieltä ei voi olla suorassa tietoliikenneyhteydessä kuin Kaukajärvelle. Kaukajärvi ei puolestaan pysty toimimaan "siltana" muihin yhteyksiin, koska Normaalikoulun koneet käyttävät gatewaynään Normaalikoulun omaa reititintä. Lisämuistin myötä Normaalikoulukin voisi säilöä materiaalia "Kauksulle", esimerkiksi projektien käyttöä varten. Joka tapauksessa tuossa 10Mb/s yhteydessä riittäisi kaistaa muullekin kuin pelkälle videoneuvottelulle, koska yhteys ei ole käytössä kuin ajoittain. Lisäksi "Kauksuun" voisi järjestää nimipalvelun, jota Normaalikoulun koneet voisivat käyttää. Tällöin ei Normaalikoululta tarvitsisi aina ottaa yhteyttä pelkillä IP-numeroilla, vaan käytössä olisi helpommat osoitteet.

Tulevaisuudessa olisi ehkä asiallista myös miettiä kytkentäistä ethernet-keskitintä, joka takaisi kymmenen megan kaistan jokaista työasemaa kohden. Toisaalta jos DMI-Kaukajärvi yhteyteen ei saada lisää kaistaa, tämä on turhaa. "Kotkassa" todennäköisesti riittäisi kuitenkin tehoa niin, että kytkentäisyydestä ja kaistan kasvatuksesta olisi hyötyä.

Videon siirto Samban avulla ei ole mikään erinomainen tapa, koska Samba ei ole alunperin tarkoitettu reaaliaikakäyttöön. Esim. Nokian tekemät vodplay-mediator -ohjelmat ajaisivat asian huomattavasti paremmin, mutta nämä taas vaatisivat Kaukajärven kaikkiin koneisiin videokortit, joihin ei taida olla rahoituksellisesti realistisia mahdollisuuksia. Toisaalta voi miettiä, kannattaako verkossa siirtää avi-formaatin kuvaa vai MPEGiä. Avi on helpompi purkaa, mutta vie enemmän kaistaa ja päinvastoin.

Videoneuvottelu on aika ongelmaton tietoliikennenopeuksien suhteen yksinään käytettynä. Se on kuitenkin suhteellisen tarkka viiveenvaihtelulle. Samoissa ethernet-segmenteissä ei saa olla juurikaan ruuhkaa, tai yhteys katkeilee helposti ja kuvaan tulee pahoja häiriöitä. Tähän auttaisi ethernetin kytkentäisyys ratkaisevasti.

Valitettavasti EduLinkin VGA-PAL-muunnin kykenee vain VGA-tilaan (640x480), joten kuvan laatu ei ole paras mahdollinen. Tarkkuutta on aika vaikea lisätä, sillä TV:kään ei pysty tämän parempaan tarkkuuteen.

Kouluissa on videokonferenssilaitteet pyritty pitämään mahdollisen yksinkertaisina ja monikäyttöisinä. Laitteita voidaan siis käyttää muihin tarkoituksiin, kun ne eivät ole etäopetuskäytössä. Tämä aiheuttaa sen, ettei videokonferenssin taso ole lähelläkään yhteyden mahdollistamaa maksimaalista tasoa. Seuraavassa muutamia huomioita videokonferenssimuotoisessa etäopetuksessa käytetyistä laitteista.

Koneissa, joihin Bitfieldin kortti asennetaan, on hyvä olla molemmissa asennettuna sama käyttöjärjestelmä. Totesimme lisäksi, että esimerkiksi Windows 95 tukee paremmin korttia kuin Windows 3.11 ja kuvan "jäätymisiä" tapahtuu huomattavasti harvemmin. Kuvan pysähtyessä (yleisin syy nähtävästi TCP-stackin ylivuoto) ainoa keino palauttaa liikkuva kuva on katkaista yhteys (vaikka ääni ja kuva toiseen suuntaan toimisikin) ja avata se uudelleen.

Mikrofonien ja kaiuttimien sijoittelu on suoritettava oikein, jotta voitaisiin välttää äänen kierto-ilmiö. Mikrofonien ja kaiuttimien on oltava mahdollisimman hyviä eli halvimpia ei kannata ostaa. Kokeilemalla saa selville, minkä tehoiset kaiuttimet ja mikrofonit riittävät omia käyttötarpeita varten. Normaalikoululla ja Kaukajärvellä on kokeiltu yhteyttä pelkästään videokameran mikrofonin avulla. Tämä on halvin, mutta ei suinkaan paras mahdollinen ratkaisu, koska ääntä ei saada kaikkein tehokkaammin välitettyä vastaanottajalle. Käyttämällä kameramikrofonia, yhteyteen tulee helposti kaiku-efekti, koska kaiuttimista tuleva ääni välittyy väistämättä mikrofoniin ja sitä kautta takaisin lähettäjälle. Bitfieldin kompressiokortissa on valitettavasti vain yksi äänen sisäänmeno ja yksi ulostulo. Jos halutaan käyttää useampaa mikrofonia, joudutaan hankkimaan mikseri, johon voidaan kytkeä tarvittu määrä mikrofoneja. Mikseriä hankittaessa kannattanee, esimerkiksi kielenopetusta ajatellen, hankkia sellainen malli, johon on mahdollisuus kytkeä kasettinauhuri. Tällöin vaikkapa musiikin tai opetusnauhojen välittäminen on huomattavasti tasokkaampaa. Normaalikoululle ajateltiin ensin opettajan mikrofoniksi langatonta mallia, mutta tällaiset mikrofonit ovat erittäin kalliita ja lähes mahdottomia hankittavaksi kouluihin. Useammalla mikrofonilla ja mikserillä saataisiin toki aikaan myös tämänhetkistä parempi lopputulos, koska esim. puheäänen voimakkuus on eri ihmisillä hyvinkin eritasoinen. Äänen voimakkuuden vaihtelu aiheuttaa yhtä mikrofonia käytettäessä sen, että välillä ääni ei tahdo kuulua ja välillä äänen taso on liian voimakas. Jos halutaan saada ääni ulos mahdollisimman tehokkaasti, kannattaa hankkia vahvistin, joka kytketään äänen ulostuloon. Vahvistimeen taas voidaan kytkeä useita kaiuttimia ja niiden äänen voimakkuuksia voidaan säätää vahvistimesta.

Kaukajärvellä tuleva videokuva välitetään Bitfieldin kortista suoraan television vastaanottimeen. TV:stä on helpompi seurata kuvaa kuin pienestä tietokoneen monitorista. Samalla saadaan ääni ulos television kautta. Videoneuvottelua varten kannattaa varata oma tietokone ja sijoittaa se mahdollisimman lähelle kameraa. Näin sama henkilö voi helposti tarvittaessa toimia kuvaajana ja säädellä yhteyttä tietokoneella. Mikäli opetuksessa oppilaat eivät tarvitse omaa tietokonetta, kannattaa harkita sijoitetaanko videoneuvottelulaitteisto mikroluokkaan vai perinteiseen opetustilaan. Tietokoneluokassa laitteet ovat yleensä pelkästään tiellä ja aiheuttavat ylimääräistä aktiviteettia.


<< >> Otsikko