Tài liệu Luận văn tốt nghiệp "Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6" ppt

Công nghệ VoIp có rất nhiều ưu điểm như: giảm cước phí dịch vụ thoại đường dài; hỗ trợ nhiều cuộc gọi với băng tần thấp hơn; nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao; sử dụng có hiệu qu

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống

VoIPv6

MỤC LỤC

Lời Nói Đầu……… 1

Lời Cảm Ơn……… 2

Mục Lục………3

Danh Mục Các Từ Viết Tắt……… 5

Danh mục Các hình Vẽ……….8

Chương 1 : Tổng quan về VoIP………9

1.1 Khái niệm VoIP………9

1.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP……… 11

1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP……… 16

1.4 Cơ chế làm việc của VoIP……… 17

1.5 Các vấn đề chất lượng của VoIP……….20

Chương 2 : Kiến trúc hệ thống VoIP………23

2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP……….23

2.2 Các thành phần của mạng VoIP……… 24

Chương 3 : Các giao thức báo hiệu VoIP………32

3.1 Giao thức báo hiệu H.323……… 32

3.2 Giao thức báo hiệu SIP……… 43

3.3 So sánh giao thức SIP và H.323……….50

3.4 Giao thức SGCP……….52

3.5 Giao thức MGCP………52

Chương 4 : Tổng quan địa chỉ IPv6………54

4.1 Sự ra đời của IPv6……….54

4.2 Sơ lược một số đặc điểm của IPv6………56

4.3 Địa chỉ IPv6……… 61

4.4 Hoạt động của địa chỉ IPv6……… 68

Chương 5 : Thiết kế hệ thống VoIPv6……… 76

5.1 Mô tả hệ thống……… 76

5.2 Thực hiện……… 77

5.3 Kết quả……….78

Kết luận……….82

Tài liệu tham khảo……….83

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới, lợi ích mà nó mang lại là rất lớn Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được

là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể Còn đối với các nhà sản xuất, cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở ra những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng

kể Đây cũng là một bước đột phá trong việc tiến tới một xu thế mạng

viễn thông mới Công nghệ VoIp có rất nhiều ưu điểm như: giảm cước phí dịch vụ thoại đường dài; hỗ trợ nhiều cuộc gọi với băng tần thấp hơn; nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao; sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP… Tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm về bảo mật và kĩ thuật phức tạp.

Với tình trạng phát triển nhanhcủa các dịch vụ mạng, dải địa chỉ IPv4 đang ngày càng cạn kiệt, VoIP không thể phát huy hết sức mạnh vốn

có của nó Để tận dụng hết những ưu điểm của truyền thoại qua mạng Internet đồng thời giải quyết được nhược điểm của cả VoIP thế hệ cũ

và IPv4, thì việc nghiên cứu và thử nghiệm truyền thoại qua IPv6 đã được rất nhiều công ty, tổ chức trên thé giới chú ý Ở Việt Nam dù vẫn còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng và nguồn lực song không thể nằm ngoài xu thế phát triển chung đó của thế giới.

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa: điện – điện tử,

đã tận tình dạy bảo và dìu dắt em trong suốt thời gian học tập tại trường

ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp, để em có được kiến thức và có thể thực hiện cũng như hoàn thành đề tài này Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô giáo Đặng Thị Hương Giang, là giáo viên hướng dẫn

đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn cho em trong suốt quá trình làm đề tài.

Và em xin cảm ơn tất cả các bạn trong và ngoài lớp điện tử 16 đã giúp

đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm kiếm tài liệu và góp ý cho bài làm của em được tốt hơn Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình em

đã tạo điều kiện cho em học tập để hôm nay em có thể hoàn thành được

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt Từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt

VOIP Voice over Internet Protocol Hình thức truyền thoại qua InternetTCP/IP Transport control protocol /

Internet protocol

Giao thức truyền và sửa lỗi đối với Các dữ liệu

LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ

WAN Wide Area Network Mạng rộng

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng

SIP Session Inititation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

PBX Private Branche Xchange Tổng đài chi nhánh riêng

RTP Real Time Transport Protocol Vận chuyển thời gian thực

RTCP Real Time Transport control

Protocol

Điều khiển truyền thời gian thực

RSVP Reservation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyênTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tinUDP User Datagram Protocol Dữ liệu người sử dụng

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6

PC Personnal Computer Máy tính cá nhân

GSM Global System for Mobie Hệ thống toàn cấu cho điện thoại

di độngPCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Tiêu chuẩn viễn thông châu âu

GK Gatekeeper Cổng quản lý mạng

SCN Switching Network Mạng chuyển mạch

ISDN Integrated Service Digital

Network

Mạng dịch vụ tích hợp số

DSL Digital Subcribe Line Đăng ký kỹ thuật số dòng

OAM Operation And Maintenance Vận hành quản lý và bảo dưỡng

ManagementMGW Media Gateway Cổng trung gian

DTMF Dual Tone Multi Frequency

SGW Singnalling Gateway Cổng báo hiệu

RAS Registration Admission And

Status

Tình trạng đăng nhập

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

DRQ Data Read Queue Hàng đọc dữ liệu

HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức chuyển siêu văn bảnIETF Internet Engineering Task Force Nhiệm vụ kỹ thuật Internet

UA User Agent Đại diện người sử dụng

ACK Acknow Ledgement Ghi nhận

SDP Sesion Descripion Protocol Phiên bản mô tả giao thức

SMTP Simple Mail Tranfer Protocol Di chuyển giao thức đơn giảnITU International Telecommunication

Union

Liên đoàn viễn thông quốc tế

RTT Radio Teletype Máy vô tuyến điện báo

OPS Operations Per Second Hoạt động phụ

OSP Operator Station Test Nhà điều hành trạm thử nghiệmCPL Character Per Line Ký tự trên dòng

NAT Network Address Translation Công nghệ thay thế địa chỉ

ID Information Divce Thiết bị thông tin mạng

MAC Media Access Control Kiểm soát truy cập phương tiện

truyền thôngDNS Domain Name Server Hệ thống tên miền

ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ Internet

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉRFC Request For Comments Tài liệu chuẩn cho InternetMSN Multicast Solicited Node Trưng cầu nút

DAD Duplicate Address Detection Dò tìm địa chỉ trùng lặp

ICMP Internet Control Manager ment

Protocol

Chữa giao thức quản lý Internet

NS Network services Mạng lưới dịch vụ

RA Repeat to Address Lặp lại đến địa chỉ

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình địa chỉ động

MTU Maximum Transmition Unit Đơn vị tối đa có thể truyền được

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mã hóa âm thanh………9

Hình 1.2 Mô hình truyền thoại qua IP……… 10

Hình 1.3 Cấu trúc phân lớp của hoạt động VoIP……… 11

Hình 1.4 Các múc độ đánh giá chất lượng thoại……… 21

Hình 3.1 Cấu trúc H.323……… 32

Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323………32

Hình 3.3 Mô tả hoạt động của H.323………37

Hình 3.4 Tiến trình đăng ký với gatekeeper……….38

Hình 3.5 Tiến trình thiết lập kênh media……… 39

Hình 3.6 Tiến trình thay đổi băng thông……… 40

Hình 3.7 Thiết lập cuộc gọi nội vùng………41

Hình 3.8 Thiết lập cuộc gọi liên vùng……… 42

Hình 3.9 Tiến trình ngắt kết nối liên vùng………43

Hinh 3.10 Cấu trúc của SIP……… 44

Hình 3.11 Thiết lập cuộc gọi qua Proxy Server………48

Hình 3.12 Thiết lập cuộc gọi qua Redirect Server………49

Hình 4.1 Định dạng IPv6 header……… 58

Hình 4.2 Địa chỉ Unicast toàn cầu………63

Hình 4.3 Mô tả cấu trúc địa chỉ link-local………64

Hình 4.4 Mô tả cấu trúc địa chỉ Site-Local……… 65

Hình 4.5 Mô tả cấu trúc địa chỉ Multicast………66

Hình 4.6 Mô tả cấu trúc địa chỉ Node Solicited……… 68

1.1 Khái niệm VoIP :

VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol – nghĩa là “truyền giọng nói

trên giao thức IP”) là truyền tiếng nói của con người (thoại) qua mạng thông tin

sử dụng bộ giao thức TCP/IP Nó sử dụng các gói dữ liệu trên mạng LAN, WAN, Internet với thông tin được truyền tải là mã hóa của âm thanh VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ

Hình 1.1: mã hóa âm thanh

VoIP là một công nghệ mà cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thôngrộng thay vì dùng đường dây điện thoại tương tự (analog) Nhiều dịch vụ dùngVoice over IP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác dùng cùng loại dịch vụ, tuynhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi những người khác dùng số điện thoạinhư số nội bộ,đường dài, di động, quốc tế Trong khi cũng có những dịch vụ chỉlàm việc qua máy tính, hay loại điên thoại qua IP(IP phone) đặc biệt Cũng có vàidịch vụ cho phép dùng điện thoại truyền thống qua một bộ điều hợp (adaptor) VoIP cho phép thực hiện cuộc dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet.VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự analog vào tín hiệu số(digital) trước khi truyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đấu nhận.Khi tạo một cuộc gọi VoIP dùng điện thoại với một bộ điều hợp, chúng ta sẽnghe âm mời gọi, quay số sẽ xảy ra sau tiến trình này VoIP có thể cũng sẽ chophép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng haydùng microphone

VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vìphải được truyền qua mạng PSTN Ngày nay nhiều công ty đã thực hiện giảipháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chinhánh xa nhau.

Hình 1.2 Mô hình truyền thoại qua IP

Nhìn chung VoIP có thể vừa thực hiện mọi cuộc gọi như trên mạng điện thoạikênh truyền thống PSTN, vừa đồng thời truyền dữ trên cơ sở mạng truyền dữliệu Do các ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụnên VoIP ngày nay được triển khai một cách rộng rãi

Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế côngnghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh Nó ghép nhiều kênh thoại trên mộtđường truyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vìthế có thể giảm giá thành Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hóa tín hiệutiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói

tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự củabản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu.

Để thực hiện việc này, điện thoại IP thường được tích hợp sẵn các nghi thứcbáo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP ( IP PBX ) củadoanh nghiệp hay của nhà cung cấp dịch vụ Điện thoại IP có thể ở dạng như mộtđiện thoại thông thường ( chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đườngdây thì điện thoại IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet ) hoặc phần

mềm thoại (soft-phone) cài trên máy tính.

Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP phổ biến hiện nay được mô tả giống nhưcấu trúc phân lớp của mô hình TCP/IP và được biểu diễn như sau:

Hình 1.3 cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP

1.2 Đặc điểm của điện thoại IP và mạng VoIP:

Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu,khai thác tính linh hoạt trong quá trình phát triển các ứng dụng mới của giao thức

IP và nó được áp dụng trên mạng toàn cầu là mạng Internet Các tiến bộ của côngnghệ mang đến nhưng ưu điểm như sau:

 Giảm chi phí cuộc gọi:

Ưu điểm nổi bật của điện thoại IP so với dịch vụ điện thoại hiện tại là

khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất lượng chấp

H.323 RTP, RTCP, RSVP TCP, UDP IPv4, IPv6 Network, Access

nhận được Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, thì chi phí cho mộtcuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập Internet.Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyềntải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao Đồng thời, kỹthuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64Kbps xuống thấp tới 8Kbpskết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việctruyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tàinguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ.

So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua

mạng IP:

+ PSTN: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi

phí phải bỏ ra để duy trì cho một kênh 64kbps suốt từ đầu cuối này tớiđầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng đài Chi phí này đối vớicác cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn

+ IP: Người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh

64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương Nhàcung cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng góitín hiệu thoại và gửi chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất

để tới được Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có người liênlạc đầu kia Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi

do phần lớn kênh truyền 64Kbps đã được thay thế bằng việc truyềnthông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao

 Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại

IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể đi trên cùngmột mạng IP Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựngnhững mạng riêng rẽ

 Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống

kín, thì rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trongmạng Internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới.Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mởrộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống

 Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói

thông tin trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lậpkênh nào Gói tin chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thôngtin đó có thể đến được đích Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trongmạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không cần phảitập trung vào chức năng thiết lập kênh

 Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh tài nguyên

băng thông cung cấp cho một cuộc thoại là cố định, nhưng trong điệnthoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơnnhiều Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp thìbăng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể,nhưng khi lưu lượng của mạng cao thì mạng sẽ hạn chế băng thông củatừng cuocj gọi ở múc duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằmphục vụ cùng lúc được nhiều người nhất Điểm này cũng là một yếu tốlàm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP.Việc quản lý băng thôngmột cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ

cao cấp hơn như điện thoại hội nghị (là loại điện thoại để bàn VoIP

dựa trên SIP có khả năng mở rộng cao với công nghệ hàng đầu Điện thoại hội nghị mang lại âm thanh rõ nét tuyệt vời trong toàn bộ phòng họp trên hệ thống điện thoại VoIP), điều mà với công nghệ chuyển

mạch cũ thì không thực hiện vì chi phí quá cao

 Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra

nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại như: Cho biết thông tin vềngười gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc

mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất

 Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người sử dụng có thể vừa

nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữliệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia

 Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và

sử dụng giao thức IP, ngày nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộngrãi nhất và có rất nhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở cácgiao thức của mạng IP, VoIP có thể kết hợp sử dụng các ứng dụng này

để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng Kỹ thuật VoIP được sử dụng chủyếu kết hợp với các mạng máy tính do đó có thể tận dụng được sự pháttriển của công nghệ thông tin để nâng cao hiệu quả sử dụng, các phầnmềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vujcua mạng VoIP.Công nghệ thông tin càng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả,

sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực.Tuy nhiên công nghệ IP cũng có những hạn chế như:

 Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng

chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là khôngthể tránh và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trênmạng Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải có một

kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: tỉ số nénlớn, có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc…

Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder-bộ mã hóa và giải

mã) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn Đồng

thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ

mới để có tốc độ cao hơn và có cơ chế thực hiện chức năng QoS

(Quality of Service-chất lượng dịch vụ).

 Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp,

trông đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhaucùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng Do vậy không có gì đảm bảorằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sửdụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật Và nguy cơ nghe léncuộc gọi VoIP khá cao do các gói dữ liệu phải chuyển tiếp qua nhiềutrạm trung gian trước khi đến người nghe hoặc vấn đề truy cập trái phép(unauthorized access attack), hacker có thể lợi dụng các lỗ hổng bảomật để xâm nhập vào hệ thống mạng

 Ngoài ra: VoIP có thể gặp những vấn đề như không thể sử dụng được

dịch vụ khi cúp điện, không thể kết nối đến các dịch vụ khẩn như: cấpcứu, báo cháy

) Ứng dụng của VoIP:

+ Internet Telephone: là thiết bị giống như điện thoại thông thường

nhưng có thể kết nối vào mạng máy tính đồng thời có thể hỗ trợ hoặc không

hỗ trợ kết nối vào mạng điện thoại công cộng PSTN Internet Telephone còn

có khả năng truyền và nhận tín hiệu âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu, nó

có thể sử dụng được như một thiết bị truy cập Internet thông thường InternetTelephone trong tương lai sẽ phát triển mạnh với mô hình nhà cung cấp dịchvụ

+ Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng VoIP với mạng điện

thoại công cộng PSTN thì gateway IP – PSTN là một cổng kết nối cho phéptrao đổi các thông tin trên hai mạng Gateway có thể trực tiếp hai mạng nóitrên hoặc có thể sử dụng kết hợp với các PBX Gateway IP – PSTN có haigiao diện chính đó là: giao diện với mạng PSTN và giao diện với mạng

Internet Gateway có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu cũng như chuyển đổi

và xử lý các bản tin báo hiệu sao cho phù hợp với các giao diện

+ Các ứng dụng mở rộng: Trên cơ sở gateway IP – PSTN, chúng ta có

thể phát triển thiết kế gateway IP – mobile để có thể trực tiếp trao đổi thôngtin giữa mạng di động với mạng Internet Điều này có ý nghĩa hết sức to lớntrong thời điểm thông tin di động đang phát triển trên khắp toàn cầu Người sửdụng máy di động không chỉ có thể liên lạc được mà còn có khả năng truynhập thông tin và sử dụng các dịch vụ Internet Có thể mở rộng kết hợp vớicác ứng dụng web phone Ngoài ra có thể phát triển các ứng dụng VoIP nhưtruyền hình hội thảo hay điện thoại có hình

Như vậy điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềmnăng Trong tương lai điện thoại IP sẽ cung cấp các dich vụ hiện có của điênjthoại trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích chođông đảo người dùng Tuy nhiên điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽkhông trở nên hấp dẫn hơn PSTN vì nó chạy trên mạng IP Khách hàng chỉ chấpnhận loại dịch vụ này vì nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượttrội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại

1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP

1.3.1 Mô hình PC to PC

Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, mộtmicrophone, một speraker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông quamodem hoặc card mạng Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máytính, vậy là đã có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet.Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giảinén tín hiệu đều được máy tính thực hiện Trong mô hình này chỉ có những máytính nối với cùng một mạng mới có khả năng trao đổi thông tin với nhau

1.3.2 Mô hình PC to phone

Mô hình PC to phone là một mô hình được cái tiến hơn so với mô hình PC

to PC Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọiđến mạng PSTN thông thường và ngược lại Trong mô hình này mạng Internet vàmạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị đặc biệt dó là gateway.Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTNcũng như các mạng GSM hay đa dịch vụ khác

1.3.3 Mô hình phone to phone

Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to phone, sử dụng Internet làmphương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN Tất cả các mạng PSTN đều kết nối vớimạng Internet thông qua các gateway Khi tiến hành cuộc gọi, mạng PSTN sẽ kếtnối đến gateway gần nhất, tại đây địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTNsang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích Đồng thờigateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau

đó mã hóa, nén, đóng gói lại và gửi qua mạng Mạng đích cũng được kết nối vớigateway và tại đó địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN và tín hiệuđược giải nén, giải mã, rồi chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vàomạng PSTN đến đích

1.4 Cơ chế làm việc của VoIP:

Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó

là những tín hiệu analog Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùngthuật toán đặc biệt để chuyển đổi Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổikhác nhau như IP phony hay soft phone, nếu dùng điện thoại analog thôngthường thì cần một Telephone Adapter (TA) Sau đó giọng nói được số hóa sẽđược đóng vào gói tin và gởi trên mạng IP Trong suốt tiến trình một giao thứcnhư SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển cuộc gọi như là thiết lập, quay số,ngắt kết nối… và RTP thì được dùng cho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trìchất lượng dịch vụ trong quá trình truyền

1.4.1 Số hóa tín hiệu Analog:

Biểu diễn tín hiệu tương tự(analog) thành dạng số (digital) là công việc khókhăn Vì bản thân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đócần một số lượng lớn các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tầnsố(frequency) và pha (phase), chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhị phân(zero và one) là rất khó khăn Cần thiết cần có cơ chế dùng để thực hiện sựchuyển đổi này và kết quả của sự phát triển này là sự ra đời của những thiết bịđược gọi là codec (coder-decoder) hay là thiết bị mã hóa và giải mã Tín hiệu đệnthoại analog được đặt vào đầu vào của thiết bị codec và được chuyển đổi thànhchuỗi số nhị phân ở đầu ra Sau đó quá trình này thực hiện trở lại bằng cáchchuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng quy trình codec

1.4.2 Lấy mẫu (Sampling):

Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10Khz.Tuy nhiên, hầu hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này Do

đó để tiết kiệm băng thông trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM

và cả TDM Các kênh điện thoại thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300đến 3400Hz Tuy nhiên trong thực tế sẽ có một ít năng lương nhiễu được chuyểnqua dưới dạng các tần số cao hơn tần số hiệu dụng 3400Hz Vì thế phổ tẩn số cóthể được mở rộng đến 4Khz, theo lý thuyết Nyquist: khi một tín hiệu thì được lấymẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ ít nhất bằng hai lần phổ tần sốcao nhất, sau đó những mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việc tái tạo lạichính xác tín hiệu ở thiết bị nhận Với phổ tần số cao nhất cho thoại là 4000Hzhay 8000 mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125 microgiây

1.4.3 Lượng tử hoá (Quantization):

Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác chomỗi mẫu được lấy Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với

biên độ (theo chiều cao) của mẫu Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối vớibiên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi mẫu sẽ được so sánh với một tậphợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó Qui định rằng tất cả cácmẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng giá trị Sau đógiá trị gán được dùng trong hệ thống truyền Sự phục hồi hình dạng tín hiệu banđầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại.

1.4.4 Mã hóa (Encoding):

Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mứchay giá trị Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương chomẫu Bảy bít còn lại biểu diễn cho độ lớn; bit đầu tiên chỉ nửa trên hay nửa dướicủa dãy, bit thứ hai chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên haydưới và cứ thế tiếp tục Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây chodịch vụ kênh điện thoại Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băngthông Với tùy chọn này thì một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi đồng thời

1.4.5 Nén giọng nói(Voice Compression):

Mặc dù kĩ thuật mã hóa PCM 64 Kps hiện hành là phương pháp được chuẩnhóa, nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứngdụng đặc biệt Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏhơn tốc độ của PCM, nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số.Chắc hẳn, các mã hóa tốc độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt lànhiễu và méo tần số

1.4.6 Packetizing voice:

Mỗi khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia

thành những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, VoIP thì không hiệu quả cho

những gói tin nhỏ, trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header mà kích thưóc cuả dữ liệu thoại (voice data ) cũng

sẽ ảnh hưởng Ví dụ header của IP, UDP, RTP là 40 byte, nếu gói tin voice

cũng chỉ khoảng 40 byte thì hoàn toàn không hiệu quả, kích thước gói tin lớn nhất có thể trong môi trường Ethernet là 1500 byte, dùng 40 byte cho header còn lại 1460 byte có thể sử dụng cho phần dữ liệu thoại, tương đươngvới 1460 mẫu (samples) không được nén hay thời gian để đặt phần dữ liệu vào gói tin Nếu gói bị mất nhiều hay đến đích không đúng thứ tự sẽ làm chocuộc thoại bị ngắt quãng Thông thường, cần khoảng 10s đến 30 s (trung bình là 20s) để đặt dữ liệu thoại vào bên trong gói tin, ví dụ phần

dữ liệu thoại (voice data) vơí kích thước 160 byte không nén cần khoảng 20

s để đặt phần dữ liệu thoại vào bên trong gói tin Số lượng dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng băng thông vàchất lượng của cuộc thoại

1.5 Các vấn đề chất lượng của VoIP:

Đòi hỏi cơ bản nhất của hệ thống VoIP là phải có chất lượng thoại tương đương với chất lượng thoại trong mạng PSTN Chất lượng thoại được chia thành các cấp độ khác nhau, việc đánh giá chất lượng thoại còn mang tính chủ quan nhưng cũng có một số tham số được dùng để đánh giá chất lượng thoại Có 3 tham số chính quyết định chất lượng thoại đó là : trễ, trượt và mất gói

Chất lượng như nói chuyện trực tiếp

Chất lượng điện thoại

Có thể hiểu được ý nhưng chất lượng chưa tốt lắm

Không hiểu hết từ nhưng hiểu ý của người nói

Không hiểu được từ và ý của người nói

Hình 1.4 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại

 Trễ (Delay):

Trễ là một nhân tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại, thời gian trễ lớn làmgiảm chất lượng thoại rất nhiều Mỗi hệ thống truyền thông chỉ cho phép một giớihạn trễ nhất định, khi thời gian trễ trong hệ thống vượt quá 400ms thì chất lượngcuộc liên lạc là không chấp nhận được Thời gian trễ có thể chấp nhận được nằmtrong khoảng từ 200ms đến 400ms Muốn đạt được chất lượng cuộc gọi tốt thìthời gian trễ yêu cầu không quá 200ms Thời gian trễ được phân chia thành 2 loại

là thời gian trễ cố định (như thời gian trễ truyền dẫn) và trễ biến đổi (như thờigian trễ do xếp hàng đợi ở router) Yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết trong hệthống VoIP để có thể nâng cao chất lượng dịch vụ

 Trượt (Jitter):

Trượt là sự chênh lệch về thời gian đén của các gói trong mạng gây ra do sựchênh lệch thời gian truyền dẫn của các gói thoại theo các đường khác nhau từnguồn đến đích Để có thể tái tạo tiếng nói một cách chính xác trung thực thì bênbên thu cần phải loại bỏ Jitter Phương pháp được sử dụng để loại bỏ Jitter hiệnđang được sử dụng là dùng bộ đệm Các gói sau khi nhận sẽ được lưu trong bộđệm và sẽ được xử lý lần lượt Dùng bộ đệm sẽ tránh được những thời gian trễlớn của các gói tin Nhưng bù lại thì bộ đệm làm tăng thêm thời gian trễ trong hệthống, thời gian trượt càng lớn thì dung lượng bộ đệm cũng phải lớn Nhưng bộđệm càng lớn thì thời gian trễ gây ra càng lớn Do vậy việc tính toán dung lượngcủa bộ đệm thích hợp với từng hệ thống là rất cần thiết, sao cho tránh được trượt

mà thời gian trễ không làm giảm chất lượng của hệ thống

 Mất gói (packet loss):

Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyểngiao Các gói tin có thể bị mất trong trường hợp mạng bị quá tải, nghẽn mạnghoặc do đường kết nối không đảm bảo Yêu cầu tỉ lệ mất gói là nhỏ hơn 10% Dohạn chế của thời gian trễ nên các giao thức truyền bảo đảm không thích hợp đểgiải quyết vấn đề này Để duy trì chất lượng thoại ở múc chấp nhận được mặc dùkhông thể tránh khỏi các nguyên nhân bất thường trong mạng, một số kỹ thuật đãđược đưa ra Đó là kỹ thuật thay thế các gói tin mất bằng những khoảng im lặng.Người ta cũng giảm số lượng các gói truyền qua mạng bằng kỹ thuật nén tín hiệu.

Sử dụng bộ phận phát hiện tích cực thoại, khi hai bên không tích cực thoại thìkhông trao đổi thông tin và phát tạp âm dễ chịu, sử dụng phương pháp này làmtăng hiệu quả sử dụng kênh truyền Ngoài ra cần nâng cao độ tin cậy của đườngtruyền như tăng tốc độ kênh truyền, tăng dung lượng hệ thống thiết bị truyền dẫn

CHƯƠNG 2 : KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP

2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP :

2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP :

Theo tiêu chuẩn của tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể gồmcác phần sau:

- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP

- Mạng xương sống, mạng truy nhập Ip

- Gateway điều khiển phương tiện

- Gateway phương tiện

- Gateway báo hiệu

- Gatekeeper (GK)

- Mạng chuyển mạch (SCN)

- Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng điện thoại SCN

- Các dịch vụ đầu cuối (Back-end service)

2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP:

Các giao diện chuẩn của mạng VoIP gồm có:

- Giao diện A: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối H.323 và GK

- Giao diện B: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối với gatewayphương tiện

- Giao diện C: Giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện vàgatekeeper

- Giao diện D: giao diện giữa hai GK

- Giao diện E: có hai loại giao diện E là Ea và Eb, trong đó Ea làgiao diện giữa gateway phương tiện và mạng chuyển mạch, còn

Eb là là giao diện giữa gateway báo hiệu với mạng SCN

- Giao diện F: Giao diện giữa Back-end service và gateway điềukhiển phương tiện

- Giao diện G: Giao diện giữa Back-end service và GK

- Giao diện H: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhậpIP

- Giao diện I: Giao diện giữa mạng truy nhập IP và mạng xươngsống IP.

- Giao diện J: Giao diện giữa gateway báo hiệu và gateway điềukhiển phương tiện

- Giao diện K: Giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện vàgateway phương tiện

Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống như giaotiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW Có thể mỗi GK quản lý một vùng, có thể nhiều

GK chia nhau quản lý từng phần của một vùng trong trường hợp một vùng cónhiều GK Trong vùng quản lý của GK, các tín hiệu báo hiệu có thể được chuyểntiếp qua một hoặc nhiều GK Do đó các GK phải có khả năng trao đổi các thôngtin với nhau khi cuộc gọi có liên quan đến nhiều GK Có thể sử dụng nhiều cáchthức để nối hai GK hoặc một GK và một GW như: dành riêng, không dành riêng,theo khoảng thời gian hoặc theo nhu cầu

2.2 Các thành phần của mạng VoIP:

2.2.1 Thiết bị đầu cuối:

Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP, nó cóthể được kết nối với mạng sử dụng một trong các giao diện truy nhập Một thiết

bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc gọitới một thuê bao khác trong mạng chuyển mạch Các cuộc gọi sẽ được nằm dưới

sự giám sát của Gk của thiết bị đầu cuối mà thuê bao đã được đăng ký Một thiết

bị đầu cuối có thể bao gồm các khối chức năng sau:

- Chức năng đầu cuối H.225: thu và nhận các bản tin H.225

- Chức năng đầu cuối H.245: thu và nhận các bản tin H.245

- Bảo mật kênh truyền tải: đảm bảo tính bảo mật của kênh truyền tải thông tinkết nối với thiết bị đầu cuối

- Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối vớithiết bị đầu cuối.

- Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng khách hàng, thiết bị hoặcphần tử mạng

- Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng để xácnhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặcnhận chưa

- Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại các thông tin về sựkiện (truy nhập, cảnh báo) và tài nguyên

- Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng đượcghi ra thiết bị ngoại vi

2.2.2 Mạng truy nhập IP:

Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối, gateway, gatekeeper truy nhậpvào mạng IP thông qua cơ sở hạ tầng sẵn có Một vài loại giao diện chuẩn truynhập IP được sử dụng trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP là:

2.2.3 Gatekeeper:

Gatekeeper là phần tử mạng chịu trách nhiệm quản lý việc đăng ký chấp nhậntrạng thái của các thiết bị đầu cuối và gateway Gatekeeper có thể tham gia vàoviệc quản lý vùng, xử lý cuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi Nó xác định định tuyến

để truyền báo hiệu cuộc gọi và nội dung đối với mỗi cuộc gọi Gatekeeper baogồm các khối chức năng sau:

- Chuyển đổi địa chỉ E.164: chuyển đổi từ địa chỉ E.164 sang tên gọi H.323

- Chuyển đổi tên gọi H.323: chuyển đổi từ tên gọi H.323 sang số E.164

- Chuyển đổi địa chỉ H.225.0: chuyển đổi từ từ tên gọi H.323 sang địa chỉ Ip

để truyền hoặc nhận các bản tin H.225.0 và truyền địa chỉ IP để truyền cácbản tin H.225.0 bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

- Dịch địa chỉ kênh thông tin: nhận và truyền địa chỉ IP của các kênh truyềntải thông tin, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

- Dịch địa chỉ kênh H.245: nhận và truyền địa chỉ IP phục vụ cho báo hiệuH.245, bao gồm cả mã lựa chọn cho nhà cung cấp mạng

- GK H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0

- GK H.245: truyền và nhận các bản tin H.245

- Giao tiếp giữa các GK: thực hiện trao đổi thông tin giữa các GK

- Đăng ký: cung cấp các thông tin cấn đăng ký khi yêu cầu dịch vụ

- Xác nhận: thiết lập các đặc điểm nhận dạng của khách hàng, thiết bị đầucuối hoặc các phần tử mạng

- Điều khiển GK chấp nhận kênh thông tin: cho phép hoặc không cho phép sửdụng các kênh truyền tải thông tin

- Non-repudiation evdence gathering: thu thập các thông tin để xác nhận làcác bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhậnchưa

- Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối GKvới thiết bị đầu cuối

- Tính cước: thu nhập thông tin để tính cước.

- Điều chỉnh tốc độ và giá cước: xác định tốc độ và giá cước sử dụng

- Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng đã được ghi

ra thiết bị ngoại vi

2.2.4 Gateway:

Một gateway có thể kết nối vật lý một hoặc nhiều mạng IP với một hoặc nhiềumạng SCN Một gateway có thể bao gồm: gateway báo hiệu, gateway điều khiểnphương tiện và gateway phương tiện Một hay một số chức năng này có thể thựchiện bởi GK hoặc một GW khác

2.2.4.1 Gateway báo hiệu (SGW):

SGW cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN, SGW là phần tửtrung gian chuyển đổi báo hiệu trong mạng IP và báo hiệu trong mạng SCN.SGW bao gồm các chức năng sau:

- Kết cuối các giao thức điều khiển cuộc gọi

- Kết cuối báo hiệu từ mạng SCN: phối hợp hoạt động với chức năng báo hiệucủa gateway điều khiển phương tiện

- Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu IP với báo hiệu mạng SCNkhi phối hợp hoạt động với gateway điều khiển phương tiện

- Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính năng bảo mật của kênh báo hiệu từGW

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu vàbản tin thông tin truyền và nhận

- Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết

bị ngoại vi

- OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logiccung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tớicác phần tử quản lý hệ thống.

- Chức năng quản lý : giao diện với hệ thống quản lý mạng

- Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói

2.2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại (MGW):

MGW cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hóa Nóchuyển đổi giữa các mã hóa truyền trong mạng IP (mã này được truyền trên kênhRTP/UDP/IP) với các mã hóa truyền trong mạng SCN (mã PCM, GSM) MGWbao gồm các chức năng sau:

- Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho cáckênh truyền và nhận

- Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữamạng IP và mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hóa và triệt tiếng vọng

- Chức năng dịch mã hóa: định tuyến các luồng thông tin giữa mạng IP vàmạng SCN

- Bảo mật kênh thông tin: đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin giữa mạng

IP và mạng SCN Bảo mật kênh thông tin bao gồm tất cả các phần cứng vàgiao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh Nó phải bao gồmcác bộ mã hóa và giải mã PCM luật A (theo tiêu chuẩn Bắc Mĩ) và PCM luật

U (theo tiêu chuẩn Châu Âu)

- Kết nối chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việckết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói, gồm các bộ mã hóa vàgiải mã có thể được sử dụng

- Giao diện với mạng SCN: kết cuối và điều khiển các kênh mạng như kênhDS0 từ mạng SCN

- Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển đổi giữa kênhmang thông tin thoại, fax, số liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạngchuyển mạch gói Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp như:nén tín hiệu thoại, triệt tiếng vọng, triệt khoảng im lặng, mã hóa, chuyển đổitín hiệu fax, điều tiết tốc độ cho modem tương tự Thêm vào đó nó còn thựchiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thíchhợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hóa tín hiệu thoại không

mã hóa tín hiệu DTMF Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP vàSCN cũng có thể thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh đốivới mỗi cuộc gọi để sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộcgọi

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu vàcác bản tin thông tin truyền và nhận

- Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết

bị ngoại vi

- OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logiccung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tớicác phần tử quản lý hệ thống

- Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng

- Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói

2.2.4.3 Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC):

MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK, nó cung cấp chứcnăng xử lý cuộc gọi cho GK, điều khiển MGW nhận thông tin báo hiệu SCN từSGW và thông tin báo hiệu IP từ GK GMWC bao gồm các khối chức năng sau:

- Chức năng GW H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0

- Chức năng GW H.245: truyền và nhận các bản tin H.245

- Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng của người sử dụng thiết

- Báo hiệu chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các loại báo hiệu cuộc gọi có thểthực hiện bởi các đầu cuối trong mạng Ví dụ như theo chuẩn H.323 thì baogồm: H.225.0, Q.913, H.225.0 RAS và H.245 Đối với một đầu cuối H.323chỉ nhận thì nó bao gồm H225.0 RAS mà không bao gồm H.245

- Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báo hiệu chuyểnmạch gói Nó chỉ lưu lại vừa đủ thông tin trạng thái để quản lý giao diện Vềthực chất giao diện báo hiệu mạng chuyển mạch gói trong MGWC khôngkết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới MGWthông qua chức năng điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển GW: bao gồm các chức năng điều khiển kết nối logic, quản lý tàinguyên, chuyển đổi giao diện

- Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát độ khả dụng của các kênh trung

kế của MGW, dải thông và độ khả dụng cho tỷ lệ định tuyến thành côngcuộc gọi trong IP

- Chức năng điều khiển cuộc gọi: lưu giữ các trạng thái cuộc gọi của GW.Chức năng điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả các chức năng điều khiển kếtnối logic của GW

- Quản lý tài nguyên MGW: cấp phát tài nguyên cho MGW

- Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạngSCN trong phối hợp hoạt động với SGW

- Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại các thông tin về sựkiện (truy nhập, cảnh báo) và tài nguyên.

- Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng đượcghi ra thiết bị ngoại vi

- OAM & P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logiccung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tớicác phần tử quản lý hệ thống

- Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng

- Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói

CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VoIP

3.1 Giao thức báo hiệu H.323:

Giao thức H.323 là chuẩn do ITU-T phát triển cho phép truyền thông đaphương tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gói (ví dụ nhưInternet) H.323 cung cấp nền tảng kĩ thuật cho truyền thoại, hình ảnh, số liệu

một cách đồng thời qua mạng IP, giải quyết các ứng dụng cốt lõi của điện thoại

IP (định nghĩa tiêu chuẩn về độ trễ, các mức ưu tiên…) H323 bao gồm cả chứcnăng điều khiển cuộc gọi, quản lý thông tin đa phương tiện, quản lí băng thông,cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác

Hình 3.1 cấu trúc H.323

Hình 3.2 sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323

3.1.1 Giao thức RAS (Registration Admission and Status):

Các bản tin RAS được dùng để trao đổi giữa các đầu cuối và các Gatekeepercho các chức năng như tìm Gatekeeper, đăng kí, quản lí băng thông… Kênh báohiệu RAS được tải đi trong gói tin UDP mang thông điệp dùng trong quá trìnhtìm Gatekeeper và đăng ký

Các bản tin dùng trong RAS:

Thông điệp Ý nghĩa

Unregistration Request (URQ)

Unregistration Confirm (UCF)

Unregistration Reject (URJ)

Location Request (LRQ)

Location Confirm (LCF)

Location Reject (LRJ)

Admission Request (ARQ)

Admission Confirm (ACF)

Admission Reject (ARJ)

Bandwidth Change Request(BRQ)

Bandwidth Change Confirm(BCF)

Bandwidth Change Reject (BRJ)

Information Request (IRQ)

Information Request Respond(IRR)

Yêu cầu thăm dò gatekeeperGatekeeper cho phép đăng kýGatekeeper không cho phép đăng kýYêu cầu đăng ký

Xác nhận đăng ký

Từ chối đăng kýYêu cầu hủy đăng kýXác nhận hủy đăng ký

Từ chối hủy đăng kýYêu cầu định vịKhẳng định định vị

Từ chối định vịYêu cầu kết nạp cuộc gọiXác nhận kết nạp cuộc gọi

Từ chối kết nạp cuộc gọiYêu cầu thay đổi thông lượng cuộc gọiXác nhận thay đổi thông lượng cuộc gọi

Từ chối thay đổi thông lượng cuộc gọiYêu cầu thông tin điểm cuối

Trả lời yêu cầu thông tin

3.1.2 Giao thức báo hiệu cuộc gọi H225 (Q.931):

H225 được dùng để thiết lập liên kết giữa các điểm cuối H323 ( đầu cuối,gateway ), qua liên kết đó dữ liệu thời gian thực sẽ được truyền đi Do yêu cầu tincậy nên các thông báo của H225 sẽ được truyền đi trong gói tin TCP

Các thông điệp Q.931 sử dụng trong báo hiệu cuộc gọi :

Thông điệp Ý nghĩa Sử dụngAlerting

Bắt buộcBắt buộcBắt buộcTùy chọnBắt buộcBắt buộcTùy chọnTùy chọnTùy chọn

3.1.3 Giao thức vận chuyển thời gian thực RTP/RTCP:

 RTP:

Là một thủ tục dựa trên kĩ thuật IP tạo ra các hỗ trợ truyền tải các dữ liệu yêucầu thời gian thực RTP được coi như một giao thức truyền từ đầu cuối đến đầucuối (end to end) phục vụ truyền dữ liệu thời gian thực như audio và video RTPthực hiện việc quản lý về thời gian truyền dữ liệu và nhận dạng dữ liệu đượctruyền, nhưng RTP không cung cấp bất cứ một cơ chế nào đảm bảo thời giantruyền và cũng không cung cấp bất cứ một cơ chế nào giám sát chất lượng dịch

vụ Tương tự như các giao thức truyền dẫn khác, gói tin RTP bao gồm hai phần làheader và data Nhưng không giống các giao thức truyền dẫn khác là sử dụng cáctrường tong header để thực hiện các chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơchế điều khiển độc lập trong định dạng của gói tin RTCP để thực hiện các chứcnăng này

 RTCP:

RTCP là giao thức hỗ trợ cho RTP, giám sát chất lượng của quá trình phânphối dữ liệu và cung cấp thông tin phản hồi về chất lượng truyền dữ liệu Giao

thức điều khiển này cho phép gửi các thông số về bên thu và sự thích nghi vớibên phát cho phù hợp với bên phát Mỗi người tham gia một phiên truyền RTPphải gửi định kỳ các gói RTCP tới tất cả những người khác cũng tham gia phiêntruyền Tùy theo mục đích mà RTCP thực hiện 4 chức năng:

 Chức năng chính của RTCP là cung cấp một sự phản hồi chất lượng của

dữ liệu Các thông tin đó giúp cho ứng dụng thực hieenjchuwcs năng điều khiểnluồng và quản lý tắc nghẽn, các thông tin còn được sử dụng để chuẩn đoán kếtquả

 RTCP cung cấp sự nhận dạng mà được sử dụng để tập hợp các kiểu dữ liệukhác nhau Điều này là cần thiết vì khả năng này không được RTP cung cấp

 Nhờ việc định kỳ gửi các gói tin RTCP mà mỗi phiên truyền có thể theodõi được số người tham gia RTP không thể sử dụng được cho mục đích này khimột ai đó khôn gửi dữ liệu mà chỉ nhận dữ liệu từ những người khác

 Cuối cùng là một chức năng lựa chọn cho phép có thêm thông tin vềnhững người tham gia vào phiên truyền

Tùy thuộc vào giao thức RTP được sử dụng cho loại dữ liệu nào mà RTCPcung cấp các thông báo điều khiển khác nhau Có 4 loại thông báo điều khiểnchính được giao thức RTCP cung cấp là:

 Sender report (RT): thông báo này chứa các thông tin thống kê liên quanđến kết quả truyền như: tỷ lệ tổn hao, số gói dữ liệu bị mất, khoảng trễ Các thôngbáo này phát ra từ phía phát trong một phiên truyền thông

 Receiver report (RR): thông báo này chứa các thông tin thống kê liênquan đến kết quả nhận giữa các điểm cuối Các thông báo này được phát ra từphía thu trong một phiên truyền thông

 Source description (SDES): thông báo này bao gồm các thông số mo tảnguồn như: tên, vị trí…

 Application (APP): thông báo cho phép truyền các dữ liệu ứng dụng

3.1.4 Giao thức giữ trước tài nguyên (RSVP):

Giao thức RSVP được sử dụng như một giao thức báo hiệu hỗ trợ cho RTP,mục đích của RSVP là cung cấp một cơ chế đảm bảo băng thông cho các hoạtđộngcủa các ứng dụng RSVP gửi tham số chất lượng dịch vụ QoS kết hợp vớicác dữ liệu thời gian thực được truyền trên mạng TCP/IP Hỗ trợ giao thức RTP,giao thức RSVP có thể giải quyết các lỗi xảy ra trên đường truyền để đảm bảocác tham số chất lượng Thật vậy, giao thức RTP chỉ hỗ trợ việc truyền thôngđiểm - điểm và không quản lý các tham số liên kết trên mạng RSVP khôngnhững tác động ở máy phát, máy thu mà còn tác động trên cả các router trongmạng

RSVP thiết lập và duy trì kết nối duy nhất cho một luồng dữ liệu, xác lập một

hệ thống quản lý thứ tự các gói và tạo modun điều khiển để quản lý các nguồn tàinguyên của các nút mạng khác nhau RSVP đưa ra một mô hình tối ưu để liên kếtcác dữ liệu từ một nguồn tới nhiều đích RSVP đóng vai trò quản lý bằng cáchlập các host đích để tự thích nghi các tham số chất lượng giữa khả năng cung cấp

và nhu cầu đáp ứng

Việc dành riêng các tài nguyên được yêu cầu bởi bên thu bằng cách phát mộtyêu cầu chất lượng dưới dạng một bản tin RSVP tương thích vói nhu cầu củachúng Thực tế sử dụng RSVP nhằm đảm bảo chất lượng trong việc truyền tin

Để đảm bảo đường truyền thông suốt các điểm cuối phải hoạt động ở chế độ kếtnối Máy thu phải thường xuyên gửi cac sbanr tin RSVP đến các router để đảmbảo thông suốt đường truyền

3.1.5 Hoạt động của H.323:

Hình 3.3 mô tả hoạt động của H.323

 Hoạt động phát hiện gatekeeper:

Là hoạt động bắt buộc đối với mỗi điểm cuối khi nó đăng nhập mạng Đầucuối gửi bản tin yêu cầu gatekeeper (GRQ), gatekeeper đáp ứng lại với bản tinxác nhận (RCF), nếu Gatekeeper chọn không làm Gatekeeper cho điểm cuối sẽgửi bản tin GRJ

Tiến trình phát hiện gatekeeper có thể thực hiện băng hai cơ chế:

)

 Theo cơ chế unicast: các bản tin GRQ sẽ được gởi trên cổng 1719 của giaothức UDP với đia chỉ IP mặc định đã được cấu hình cho nó

)

 Theo cơ chế multicast: phát bản của nó theo địa chỉ multicast 224.0.1.41, vì

nó không được cấu hình địa chỉ IP mặc định của gatekeeper trên mạng Như vậy,một đầu cuối có thể nhận được nhiều bản tin GCF từ các gatekeepper trên mạng.Khi đó, nó phải có cơ chế để lựa chọn gatekeeper

 Hoạt động đăng ký với gatekeeper:

Khi hoạt động phát hiện gatekeeper xảy ra, tiến trình đăng ký bắt đầu Hoạtđộng này định nghĩa một điểm cuối tham gia vào một vùng như thế nào và cungcấp cho Gatekeeper số cổng và địa chỉ của nó

Hình 3.4 tiến trình đăng ký với gatekeeper

1 Điểm cuối gửi bản tin yêu cầu đăng ký RRQ tới Gatekeeper

2 Gatekeeper đáp ứng với bản tin công nhận đăng ký RCF hoặc bản tin từchối đăng ký RRJ

Điểm cuối hoặc gatekeeper đều có thể hủy bỏ việc đăng ký, sự hủy bỏ kết nối

từ điểm cuối:

3 Điểm cuối gửi bản tin yêu cầu hủy đăng ký URQ

4 Gatekeeper đáp ứng với bản tin công nhận hủy đăng ký UCF hoặc bảntin từ chối hủy đăng ký URJ

Tương tự, quá trình 5 và 6 là trình bày sự hủy đăng ký từ gatekeeper với bảntin URQ và điểm cuối đáp ứng lại với bản tin UCF

 Thiết lập kênh media:

Kênh điểu khiển H.245 được thiết lập giữa gateway A và gateway B, Gateway

A sử dụng H.245 để đưa ra khả năng của nó bằng cách gửi bản tin TerminalCapability Set đến Gateway B

Hình 3.5 tiến trình thiết lập kênh media

6 Gateway B công nhận sự thiết lập kênh logic của Gateway A bằng cáchgửi bản tin Open Logical Channel Acknowledge, bản tin này gồm:

- Địa chỉ truyền tải RTP được phân phối bởi Gateway B (địa chỉ này sẽ được

sử dụng để truyền luồng media RTP)

- Địa chỉ RTCP nhận được từ Gateway A

7 Gateway B mở kênh media với Gateway A bằng cách gửi bản tin OpenLogical Channel và địa chỉ truyền tải của kênh RTCP

8 Để hoàn thành việc thiết lập kênh media hai chiểu, Gateway A công nhậnviệc thiết lập kênh logic của Gateway B bằng cách gửi bản tin công nhậnOpen Logical Channel Acknowledge, bản tin này gồm:

- Địa chỉ truyền tải RTP được phân phối bởi Gateway

- Địa chỉ RTCP nhận được từ Gateway B