Đề tài VoIP over HSPA

“VoIP over HSPA” là một công nghệ mới cho phép mang VoIP chất lượng tốt trên các mạng tổ ong diện rộng. Cho đến nay các mạng di động chưa có khả năng hỗ trợ thoại chất lượng tốt trên các kênh chuyển mạch gói, nhưng hiệu năng vô tuyến của WCDMAHSPA sẽ đủ tốt cho VoIP. “VoIP over HSPA” có thể hỗ trợ dịch vụ cuộc gọi phong phú (gồm nhiều dịch vụ) hoặc chỉ thoại thông thường nhưng giá thành thấp hơn thoại chuyển mạch kênh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, công nghiệp viễn thông đã đạt những thành tựu to lớn Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và công nghệ phần mềm đã và đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú

Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP có các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng cũng hiệu quả sử dụng cao ,đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới Nhiều nghiên cứu về công nghệ IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP Trong đó, bước triển khai đầu tiên chính là loại hình dịch vụ thoại qua giao thức Internet VoIP

Công nghệ thông tin di động đang phát triển theo hướng chuyển từ chuyển mạch kênh ở thế hệ thứ hai sang cấu hình toàn chuyển mạch gói cho cả thoại và số liệu

ở thế hệ thứ ba Mặc dù một số giải pháp chuyển mạch gói có thể cho phép đạt được mục đích này như: ATM, chuyển tiếp khung…, nhưng mục tiêu cuối cùng là sử dụng giao thức Internet (IP) Truyền tải số liệu IP đã trở nên rất quen thuộc, nhưng truyền tải IP cho thoại mới được phát triển gần đây Nếu cho rằng thoại trên IP (VoIP) sẽ được sử dụng ở các mạng thế hệ thứ ba, thì ta cần xét các giải pháp thực hiện VoIP

VoIP (thoại trên IP) đã trở thành một giải pháp hấp dẫn để mang thoại trên miền chuyển mạch gói trong mạng cố định Số lượng client VoIP dựa trên máy tính ngày càng tăng Các dịch vụ VoIP này cho phép thực hiện các cuộc gọi chuyển mạch gói giữa các máy tính và các thiết bị cầm tay trên mạng internet công cộng VoIP cũng nổi lên như là một tính năng bổ sung cho các ứng dụng internet như nhắn tin và gặp nhau trên mạng

“VoIP over HSPA” là một công nghệ mới cho phép mang VoIP chất lượng tốt

trên các mạng tổ ong diện rộng Cho đến nay các mạng di động chưa có khả năng hỗ trợ thoại chất lượng tốt trên các kênh chuyển mạch gói, nhưng hiệu năng vô tuyến của

WCDMA/HSPA sẽ đủ tốt cho VoIP “VoIP over HSPA” có thể hỗ trợ dịch vụ cuộc

gọi phong phú (gồm nhiều dịch vụ) hoặc chỉ thoại thông thường nhưng giá thành thấp hơn thoại chuyển mạch kênh Chính vì vậy mà em lựa chọn đề tài này để thực hiện đồ

án tốt nghiệp của mình Đồ án đã tiến hành nghiên cứu “VoIP over HSPA” trong đó

đồ án chủ yếu nghiên cứu hiệu năng vô tuyến của VoIP, nén tiêu đề, các giao thức hỗ trợ truyền thoại và trình bày các kết quả dung lượng hệ thống đạt được Theo đó, đề tài tiến hành nghiên cứu các nội dung chính theo bố cục gồm ba chương sau:

Chương I: Trình bày tổng quan về mạng IP và công nghệ VoIP bao gồm: Kiến

trúc TCP/IP, VoIP trong mạng thông tin di động, các loại hình dịch vụ VoIP, truy nhập các mạng IP thông qua miền chuyển mạch gói, đánh số, chuyển đổi địa chỉ và định tuyến cũng như các yêu cầu đối với VoIP và đặc điểm của nó

Chương II: Trình bày tổng quan về mạng “truy nhập gói tốc độ cao HSPA”

bao gồm: Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA và truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA

Chương III: Trình bày về “VoIP over HSPA” bao gồm: Các kỹ thuật và giao

thức hỗ trợ VoIP, hiệu năng vô tuyến của VoIP, nén tiêu đề, và trình bày các kết quả dung lượng hệ thống đạt được

Phần kết luận làm toát lên những kết quả mà đồ án đã đạt được cũng như mở ra

những hướng phát triển mới để hoàn thiện hơn nữa đề tài này trong thời gian tới

Do giới hạn về thời gian và phạm vi của đồ án tốt nghiệp nên đồ án chỉ đi vào nghiên cứu một phần rất nhỏ trong phạm vi rộng lớn của lĩnh vực thông tin di động nói chung và “VoIP over HSPA” nói riêng Mặc dù người thực hiện đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Rất mong được

sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo cũng như ý kiến đóng góp của các bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng và TS.Dư Đình Viên

đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án để em có được kết quả ngày hôm nay

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cũng như các thầy cô giáo trong khoa viễn thông đã có những ý kiến đóng góp và tạo điều kiện cho em được hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2008

Sinh viên:

Đàm Văn Mạnh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

MỤC LỤC HÌNH VẼ v

MỤC LỤC BẢNG BIỂU viii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP VÀ CÔNG NGHỆ VoIP 13

1.1 Kiến trúc TCP/IP 13

1.1.1 Đóng gói dữ liệu 14

1.1.2 Địa chỉ IP 15

1.1.3 Bộ định tuyến IP 16

1.1.4 Giao thức truyền tải tin cậy TCP 17

1.1.5 Giao thức truyền tải không tin cậy UDP 20

1.2 Công nghệ VoIP 21

1.2.1 Công nghệ VoIP 21

1.2.2 Thông tin gói IP trong các mạng thông tin di động 23

1.3 Các loại hình dịch vụ thoại qua IP 24

1.3.1 Máy điện thoại tới máy điện thoại 24

1.3.2 Máy điện thoại tới máy tính 25

1.3.3 Máy tính tới máy tính 25

1.4 Truy nhập các mạng IP thông qua miền chuyển mạch gói 26

1.4.1 Truy nhập trong suốt 27

1.4.2 Truy nhập không trong suốt .28

1.4.3 Nhận địa chỉ động từ mạng IP ngoài bằng cách sử dụng DHCP 31 1.4.4 Truy nhập bằng quay số sử dụng PPP 34

1.5 Đánh số, chuyển đổi địa chỉ và định tuyến 36

1.6 Các yêu cầu đối với VoIP 38

1.7 Đặc điểm của VoIP 39

1.7.1 Các ưu điểm của VoIP 39

1.7.2 Các nhược điểm của VoIP 40

CHƯƠNG II: TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO HSPA 31

2.1 Truy nhập gói tốc độ cao HSPA 31

2.2 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA 32

2.2.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ 33

2.2.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 34

2.2.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao 35

2.2.4 HARQ với kết hợp mềm 35

2.2.5 Kiến trúc 36

2.2.6 So sánh tính năng kênh DCH và HS-DSCH 37

Bảng 2.1: So sánh tính năng kênh DCH và HS-DSCH 38

2.2.7 Nguyên lý hoạt động HSDPA 38

2.2.8 Các kênh cho hoạt động của HSDPA 39

2.3 Truy nhập gói đường lên tốc độ cao HSUPA 40

2.3.1 Lập biểu nhanh 41

2.3.2 HARQ nhanh với kết hợp mềm 43

2.3.3 Kiến trúc 44

2.3.4 E-DCH (kênh riêng tăng cường) 45

2.3.4.1 E-DCH và các kênh báo hiệu 45

Bảng 2.2: Bảng so sánh HSDPA, HSUPA và DCH 45

2.3.4.2 Cấp phát kênh vật lý 49

Bảng 2.3: Các cấu hình kênh vật lý có thể có Tốc độ số liệu của E-DCH là tốc độ số liệu thô, tốc độ số liệu của E-DCH cực đại có thể thấp hơn do mã hóa và các hạn chế qui định bởi các loại UE .50

2.3.4.3 Điều khiển công suất 51

2.3.4.4 Điều khiển tài nguyên cho E-DCH 52

CHƯƠNG III: VoIP over HSPA 55

3.1 Giới thiệu VoIP over HSPA 55

3.2 Luồng số liệu trong HSPA 56

3.2.1 Luồng số liệu trong HSDPA 57

3.2.2 Luống số liệu trong HSUPA 58

3.3 Đóng gói tín hiệu thoại VoIP 59

3.3.1 Nguyên lý đóng gói chung VoIP 59

3.3.2 Các kỹ thuật đóng gói VoIP 62

3.3.2.1 Đóng gói từng khung thoại của mỗi cuộc gọi 62

3.3.2.2 Đóng gói nhiều khung thoại của cùng một cuộc gọi 62

3.3.2.3 Đóng gói nhiều khung thoại của nhiều cuộc gọi 63

3.4 Các kỹ thuật và giao thức hỗ trợ truyền tín hiệu thoại qua mạng IP 64

3.4.1 Giao thức thời gian thực RTP 64

3.4.1.1 Giao thức dòng thời gian thực RTSP (Real Time Stream Protocol) 66

3.4.1.2 Giao thức điều khiển thời gian thực RTCP 67

3.4.1.3 Các định dạng payload 69

3.4.1.4 Giao thức giữ trước tài nguyên RSVP 69

3.5 Giao thức khởi đầu phiên SIP 70

3.5.1 Giới thiệu chung về giao thức SIP 70

3.5.2 Cơ chế hoạt động của giao thức SIP 71

3.5.3 Các chức năng của SIP 74

3.5.3.1 Đăng ký 74

3.5.3.2 Truy vấn khả năng 75

3.5.3.3 Khởi tạo phiên 76

3.5.3.4 Hiệu chỉnh phiên 76

3.5.3.5 Giải phóng phiên 78

3.6 Nén tiêu đề VoIP trong HSPA 79

3.6.1 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng giữa UE và GGSN79 3.6.2 Nén tiêu đề bền chắc ROHC 81

3.7 HSDPA VoIP 83

3.7.1 Lập biểu gói và quỹ trễ 83

3.7.1.1 Lập biểu gói trong nút B 83

Bảng 3.1: Các nguyên lý lập biểu gói 85

3.7.1.2 Lập biểu gói và quỹ trễ cho VoIP 89

3.7.2 Các mã định kênh và ấn định công suất 89

3.7.3 Các kết quả dung lượng 90

3.8 HSUPA VoIP 91

3.8.1 Các giải thuật 91

3.8.1.1 Các giải thuật nút B cho HSUPA 92

3.8.1.2 Các giải thuật cho VoIP 93

3.8.2 Các kết quả dung lượng 95

KẾT LUẬN CHUNG 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mối tương quan giữa kiến trúc TCP/IP và mô hình OSI 13

Hình 1.2: Đóng gói dữ liệu trong kiến trúc TCP/IP 15

Hình 1.3: Bộ định tuyến IP 17

Hình 1.4: Cấu trúc gói dữ liệu TCP 19

Hình 1.5: Cấu trúc gói dữ liệu UDP 20

Hình 1.6: Kết nối từ máy điện thoại tới máy điện thoại 24

Hình 1.7: Kết nối từ máy tính tới máy điện thoại 25

Hình 1.8: Kết nối từ máy tính tới máy tính 26

Hình 1.9: UE truy nhập đến mạng IP ngoài thông qua miền PS của UMTS 27

Hình 1.10: Ngăn xếp giao thức truy nhập trong suốt 28

Hình 1.11: Ngăn xếp giao thức cho phương pháp truy nhập không trong suốt đến mạng IP thông qua miền PS 29

Hình 1.12: Luồng bản tin báo hiệu cho truy nhập không trong suốt sử dụng MIPv429 Hình 1.13: Ngăn xếp giao thức để ấn định địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài sử dụng DHCP 32

Hình 1.14: Luồng báo hiệu để ấn định địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài sử dụng DHCP 32

Hình 1.15: Thí dụ ngăn xếp giao thức cho truy nhập quay số đến mạng 35

Hình 1.16: Thí dụ luồng báo hiệu cho truy nhập quay số đến mạng 35

Hình 1.17: Các lớp của giao thức VoIP 38

Hình 2.1: Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung sóng mang với WCDMA (f1) 31

Hình 2.2: Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện 32

Hình 2.3: Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng 32

Hình 2.4: Cấu trúc thời gian mã của HS-DSCH 33

Hình 2.5: Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA 35

Hình 2.6: Kiến trúc HSDPA 37

Hình 2.7: Các kênh cần cho hoạt động HSDPA trong R5 38

Hình 2.8: Nguyên lý lập biểu của nút B HSDPA 39

Hình 2.9: Nguyên lý xử lý phát lại của nút B 39

Hình 2.10: Chương trình khung lập biểu của HSUPA 42

Hình 2.11: Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) 45

Hình 2.12: Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA 46

Hình 2.13: Tách riêng xử lý E-DCH và DCH 47

Hình 2.14: Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA Các kênh mới được đưa vào cho HSUPA được thể hiện bằng các đường đứt nét 48

Hình 2.15: Chia sẻ tài nguyên công suất E-DCH và DCH 49

Hình 2.16: Cấp phát mã trong trường hợp khai thác đồng thời E-DCH và HS-DCCH 50 Hình 2.17: Minh họa chia sẻ tài nguyên giữa các kênh E-DCH và DCH 52

Hình 3.1: VoIP với các khả năng cuộc gọi phong phú 56

Hình 3.2: Cấu hình giao thức khi HS-DSCH được ấn định Các số liệu bên phải hình vẽ tương ứng với các số liệu bên phải hình 3.3 57

Hình 3.3: Luồng số liệu tại UTRAN 58

Hình 3.4: Luồng số liệu 59

Hình 3.5: Mô hình hệ thống truyền thông thoại gói 60

Hình 3.6: Ví dụ đóng gói khung thoại VoIP 61

Hình 3.7: Đóng gói từng khung thoại nhỏ 62

Hình 3.8: Đóng gói nhiều khung thoại của cùng một cuộc gọi 63

Hình 3.9: Đóng gói nhiều khung thoại của nhiều cuộc gọi 64

Hình 3.10: Cấu trúc tiêu đề cố định RTSP 67

Hình 3.11: Cơ chế hoạt động của giao thức SIP 73

Hình 3.12: Đăng ký 75

Hình 3.13: Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng giữa UE và GGSN 79

Hình 3.14: Lợi ích nhận được từ nén tiêu đề ROHC trong 12,2kbps VoIP 81

Hình 3.15: Nén tiêu đề IP với VoIP 81

Hình 3.16: Ngăn xếp giao thức điển hình cho cầu nối ROHC 82

Hình 3.17: Tổng quan các giải thuật HSDPA RRM 84

Hình 3.18: Nguyên lý lập biểu công bằng tỷ lệ với trễ 3TTI 87

Hình 3.19: Số lượng mã định kênh HS-PDSCH khả dụng phụ thuộc và số người sử dụng VoIP trên một ô 90

Hình 3.20: Xác suất mất của ô đối với VoIP cho các quỹ trễ khác nhau 91Hình 3.21: Tổng quan các khối chức năng RRM khác nhau cho HSUPA trong RNC, nút B và UE 92Hình 3.22: Môi trường lập biểu gói HSUPA dựa trên nút B 93Hình 3.23: VoIP trên E-DCH với 10ms TTI Mỗi gói VoIP được truyền 20ms mỗi lần 94Hình 3.24: VoIP trên E-DCH với 2ms TTI Mỗi gói VoIP được truyền 20ms mỗi lần94Hình 3.25: Thông lượng liên kết đơn của 32kbps với truyền dẫn 10 ms TTI và 160kbps với truyền dẫn 2 ms TTI phụ thuộc vào tổng Ec/N0 trong kênh xe ô tô A 96Hình 3.26: Tăng tạp âm đường lên phụ thuộc vào số lượng người sử dụng VoIP đối với các độ dài TTI khác nhau và thông lượng một người sử dụng khác nhau trong kênh

xe cộ A, 3 km/h 97Hình 3.27: Tổng kết các kết quả mô phỏng dung lượng cho AMR 12,2kbps 98

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: So sánh tính năng kênh DCH và HS-DSCH 38Bảng 2.2: Bảng so sánh HSDPA, HSUPA và DCH 45Bảng 2.3: Các cấu hình kênh vật lý có thể có Tốc độ số liệu của E-DCH là tốc độ số liệu thô, tốc độ số liệu của E-DCH cực đại có thể thấp hơn do mã hóa và các hạn chế qui định bởi các loại UE .50Bảng 3.1: Các nguyên lý lập biểu gói 85

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT3GPP 3ird Generation Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ

Line

Đường dây thuê bao bất đối xứng

API Application Programming

Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

ADC Analogue – Digital Convert Bộ chuyển đổi tương tự số

B

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BSS Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

mã

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

D

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DHCP Dynamic Host Configuration

Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRSE-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối

tăng cường

E-DPCCH Enhanced Dedicated Data

F

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường

xuốngFEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền File

G

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GGSN và các mạng ngoài

SGSN hay giữa các SGSN trong một mạng PLMNGSM Global System for Mobile

Communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung3GPP 3ird Genaration Partnership Project

H

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động

linh hoạtHTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn

bảnHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ caoHSDPA High Speed Downlink Packet

Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ caoHS-DPCCH High Speed Dedicated Physical

Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao

I

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng số liên kết đa dịch vụ

IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng thực hiện nhiệm

vụ kỹ thuật InternetITU-T ITU-Telecommunication

standardization sector ITU- bộ phận tiêu chuẩn viễn thông

Iu-ps Giao diện giữa RNC và

mạng lõi chuyển mạch gói của UMTS

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

L

L2TP Layer Two Tunneling Protocol Giao thức truyền Tunnel lớp

2LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập liên

PSTN Public Switched Telephone

Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm đến điểmPDCP Packet-Data Convergence

Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

Q

QAM Quadrature Amplitude

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha vuông gócQoS Quality of Service

R

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô

tuyến

RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời

gian thựcRTSP Real Time Stream Protocol Giao thức dòng thời gian

thựcRSVP Resources Reservation Set - up

Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyếnRRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô

tuyếnRNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyếnROHC Robust Header Compression Nén tiêu đề bền chắc

S

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiênSDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

T

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

tảiTTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

TFCI Transport Format Combination

Indicate Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải

U

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UDP User Datagram Protocol Giao thức datagram của

người sử dụngUTRAN Universal Terrestrial Radio

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP VÀ CÔNG NGHỆ

VoIP

1.1 Kiến trúc TCP/IP

TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của

nó là mạng ARPAnet của bộ quốc phòng Mỹ Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào mạng Internet Chính điều này đã tạo ra sự bùng nổ của mạng Internet toàn cầu trong thời gian gần đây Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Protocol) Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng

Hình 1.1: Mối tương quan giữa kiến trúc TCP/IP và mô hình OSI

Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức kết nối mạng không liên kết (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của Internet Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP… tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25

Giao thức được sử dụng ở tầng trao đổi dữ liệu có thể là giao thức hướng liên kết TCP để đảm bảo tính chính xác và tin cậy cho các dịch vụ số liệu hay giao thức không liên

kết UDP được sử dụng cho các dịch vụ yêu cầu thời gian thực Trong mạng VoIP, giao thức TCP được sử dụng cho điều khiển và truyền số liệu trong khi giao thức UDP được sử dụng cho các dịch vụ thời gian thực như thoại, audio và video.

Các giao thức ở tầng ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ phổ biến truy nhập từ xa (telnet), chuyển tệp (FTP), dịch vụ Web, thư điện tử (SMTP) và dịch vụ tên miền … Trong mạng VoIP, lớp ứng dụng sẽ hỗ trợ dịch vụ thoại Internet là các phần mềm điều khiển để triển khai thoại qua IP

1.1.1 Đóng gói dữ liệu

Cũng giống như tất cả các mạng gói khác, các gói tin trong mạng IP cũng được bổ sung thêm các trường tiêu đề ở đầu bản tin qua các lớp giao thức ở phía phát và được gỡ bỏ các trường tiêu để này ở phía thu để xử lý Quá trình đó được gọi là đóng gói dữ liệu (encapsulation) Trong ngăn xếp giao thức TCP/IP gồm bốn lớp Tại mỗi lớp, các gói dữ liệu được gửi tới từ lớp trên sẽ được bổ sung thêm một tiêu đề tương ứng mang các thông tin điều khiển cần thiết cho lớp này Quá trình đóng gói dữ liệu được mô tả trong hình vẽ 1.2 ở dưới

Các gói IP phải được nhúng trong các khung dữ liệu ở tầng liên kết dữ liệu tương ứng trước khi chuyển tiếp trong mạng Quá trình nhận một gói tin diễn ra ngược lại Độ dài tối đa của một gói dữ liệu liên kết là MTU (Maximum Transmit Unit) Khi cần chuyển một gói dữ liệu IP có độ dài lớn hơn MTU của một mạng cụ thể cần phải chia nhỏ gói dữ liệu IP

đó thành những gói IP nhỏ hơn hoặc bằng MTU Quá trình này được gọi là phân mảnh (fragment) Trong phần tiêu đề của gói tin IP có thông tin về phân mảnh và xác định các mảnh có quan hệ phụ thuộc để hợp thành gói tin ban đầu tại phía thu

Hình 1.2: Đóng gói dữ liệu trong kiến trúc TCP/IP

1.1.2 Địa chỉ IP

Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (host) trong liên mạng Địa chỉ IP có độ dài 32 bít đối với IPv4 và 48 bít với IPv6 Nó có thể được biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân , thập lục phân và nhị phân

Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng Nếu mạng của ta kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (Network Information Center) Nếu mạng của ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này

Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: <Network Number, Host Number> Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó

Do nhu cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau:

 Lớp A được xác định bằng bít đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và dùng các bít còn lại của byte này để định danh mạng Do đó nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm trong mỗi mạng

 Lớp B được xác định bằng hai bít đầu tiên nhận giá trị 10, và sử dụng byte thứ nhất và thứ hai cho định danh mạng Nó cho phép định danh 16384 mạng với tối đa 65535 máy trạm trên mỗi mạng

 Lớp C được xác định bằng ba bít đầu tiên là 110 và dùng ba byte đầu để định danh mạng Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi mạng Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy mô nhỏ.

 Lớp D được xác định bằng bốn bít đầu tiên là 1110, nó được dùng để gửi các

IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D

 Lớp E được xác định bằng năm bít đầu tiên là 11110, nó được dự phòng cho tương lai

Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối đa trong mỗi lớp mạng là cố định Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không có địa chỉ mạng để dùng Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con (subnet) Khi đó, có thể đưa thêm các vùng subnetid để định danh cho các mạng con Vùng subnetid này được lấy từ vùng hostid của các lớp A, B

và C

1.1.3 Bộ định tuyến IP

Trong quá trình truyền thông trong mạng IP, dữ liệu được đóng gói trong các datagram và được điều khiển để truyền qua các trạm trung gian giữa điểm cuối nguồn và điểm cuối đích Quá trình điều khiển các datagram để nó đến được đúng đích gọi là định tuyến

Cấu trúc mạng IP thường là cấu trúc liên mạng Do đó, có hai trường hợp xảy ra Nếu như máy nguồn và máy đích ở trong cùng một mạng vật lý, gói tin sẽ được gửi trực tiếp từ máy nguồn tới máy đích và quá trình xác định đường nối giữa hai máy này được gọi

là định tuyến trực tiếp Trong trường hợp, hai trạm làm việc không ở trong cùng một mạng vật lý, việc truyền tin giữa chúng phải thực hiện thông qua các trạm trung gian là các gateway Đó là định tuyến gián tiếp

Hình 1.3: Bộ định tuyến IP

Để kiểm tra xem trạm đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với trạm nguồn hay không, trạm gửi phải tách lấy phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP và so sánh phần địa chỉ này với phần địa chỉ mạng của nó Nếu có sự trùng hợp, thì gói tin này được gửi tới một máy trạm ở trong cùng một mạng vật lý với nó và gói tin sẽ được truyền trực tiếp Ngược lại, gói tin được yêu cầu gửi tới một mạng bên ngoài Khi đó, phải xác định một gateway để chuyển tiếp datagram

Như vậy, tại các trạm làm việc, các gói tin được xử lý xuyên suốt qua cả bốn lớp, còn tại các cổng truyền trung gian, các gói tin chỉ được xử lý tới lớp IP để quyết định tuyến đường tiếp theo để chuyển tiếp gói dữ liệu

1.1.4 Giao thức truyền tải tin cậy TCP

TCP (Transmission Control Protocol) là một giao thức hướng liên kết (connnection oriented) Do đó, các cập thực thể TCP phải thiết lập một kênh logic giữa chúng trước khi trao đổi dữ liệu với nhau Nhờ vào kênh logic này, TCP đảm bảo khả năng truyền dữ liệu

an toàn giữa các máy trạm trong hệ thống các mạng Ngoài ra, nó còn cung cấp thêm các chức năng khác nhằm kiểm tra tính chính xác của dữ liệu khi có lỗi xảy ra Nó cung cấp các chức năng chính sau:

 Thiết lập, duy trì và kết thúc liên kết giữa hai thực thể TCP

 Phân phát gói tin một cách tin cậy

 Đánh số thứ tự (sequencing) các gói dữ liệu nhằm truyền dữ liệu một cách tin cậy

 Cho phép điều khiển lỗi

 Cung cấp khả năng đa kết nối thông qua việc sử dụng các cổng

 Truyền dữ liệu sử dụng cơ chế song công.

Kết nối giữa các thực thể TCP được thực hiện bằng một thủ tục bắt tay ba bước (Three way handshake)

 Khi có nhu cầu kết nối, tiến trình trạm khởi tạo một yêu cầu kết nối bằng cách gửi đi một gói TCP với cờ SYN=1 và chứa giá trị tạo số tuần tự ISN của client Giá trị ISN này là một số 4 byte không dấu và được tăng lên mỗi khi một bản tin TCP được truyền đi trong kết nối logic và quay trở lại 0 khi giá trị đạt tới 232 Trong thông điệp SYN này còn chứa số hiệu cổng TCP của phần mềm dịch vụ mà tiến trình trạm muốn kết nối

 Khi thực thể TCP của phần mềm dịch vụ trạm đích nhận được thông điệp SYN, nó gửi lại gói tin SYN cùng giá trị ISN của nó và đặt cờ ACK=1 khi sẵn sàng nhận kết nối Thông điệp này còn chứa giá trị ISN của tiến trình trạm nguồn trong trường số tuần tự thu để báo rằng thực thể dịch vụ đã nhận được giá trị ISN của tiến trình trạm nguồn

 Tiến trình trạm nguồn trả lời lại gói SYN của thực thể dịch vụ bằng một thông báo trả lời ACK cuối cùng Bằng cách này, các thực thể TCP trao đổi một cách tin cậy các giá trị ISN của nhau và có thể bắt đầu trao đổi dữ liệu

Cả ba thông điệp trên không chứa bất kỳ dữ liệu nào, tất cả các thông tin trao đổi đều nằm trong phần tiêu đề của bản tin TCP

Khi có nhu cầu kết thúc kết nối, thực thể TCP sẽ gửi đi yêu cầu kết thúc với trường FIN=1 tới thực thể TCP bên kia Vì kết nối TCP là song công nên mặc dù nhận được yêu cầu kết thúc kết nối, thực thể nhận vẫn tiếp tục truyền số liệu cho đến khi hết số liệu để gửi Khi đó, nó gửi trở lại thực thể yêu cầu kết thúc kết nối một yêu cầu kết thúc với cũng với trường FIN=1 Kết nối giữa hai thực thể TCP được huỷ bỏ

Đơn vị giao thức TCP được gọi là segment và có định dạng như hình 1.4 Trong đó mỗi segment gồm hai phần: tiêu đề (header) và tải tin (payload) Phần tiêu đề bao gồm các trường tiêu đề chứa các thông tin điều khiển và các định danh cần thiết khác

Hình 1.4: Cấu trúc gói dữ liệu TCP

 Các cổng nguồn và cổng đích chứa các địa chỉ cổng TCP Địa chỉ này cùng với địa chỉ IP xác định duy nhất một địa chỉ truyền tải (socket) duy nhất trong liên mạng tại một thời điểm Địa chỉ này tương ứng với một chương trình tại máy nguồn và một chương trình tại máy đích đang thực hiện quá trình truyền thông với nhau

 Trường số thứ tự là số thứ tự của byte dữ liệu đầu tiên trong segment này trong trường hợp bít SYN không được lập do độ dài của segment là không xác định trước Nếu như bít SYN được thiết lập, trường số thứ tự là số thứ tự khởi đầu (ISN) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN +1

 Số tuần tự thu là vị trí tương đối của byte cuối cùng đã được nhận đúng cộng thêm 1, tức là vị trí tương đối của byte đầu tiên sẽ được bên gửi chuyển tới bên nhận qua segment TCP

 Độ dài tiêu đề là số lượng từ 32 bít trong tiêu đề của segment Từ tham số này cũng có thể xác định vị trí byte đầu tiên của phần dữ liệu

 Các bít dự phòng dành cho tương lai

 Có 6 bít điều khiển bao gồm bít báo control khẩn URG, bít báo nhận ACK, bít chức năng push PSH, bít thiết lập lại kết nối, bít đồng bộ hoá số tuần tự SYN và bít thông báo kết thúc gửi FIN

 TCP cung cấp quản lý truy nhập mạng thông qua cơ chế cửa sổ Trường window gồm 16 bít cho biết số lượng các byte dữ liệu bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng số xác nhận ACK mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận

 Tổng kiểm tra là tổng CRC cho toàn bộ segment bao gồm cả tiêu đề và số liệu.

 Con trỏ khẩn trỏ tới số thứ tự của byte sau dữ liệu khẩn, cho phép bên thu biết được độ dài của vùng dữ liệu khẩn

 Phần tuỳ chọn khai báo các tuỳ chọn của TCP, trong đó có độ dài tối đa của phần

dữ liệu TCP trong một segment

 Phần bù là phần chèn thêm để đảm bảo cho độ dài tiêu đề luôn là bội số của từ 32 bít

 Phần dữ liệu chứa bản tin giao thức lớp trên Nó có độ dài thay đổi và độ dài tối

đa ngầm định là 536 byte

Như vậy có thể thấy rằng, TCP cung cấp đầy đủ các chức năng để đảm bảo truyền tải một cách tin cậy các gói số liệu qua liên mạng Do đó, TCP phù hợp để truyền tải các gói tin của dịch vụ truyền số liệu Tuy nhiên, do phần tiêu đề của TCP quá lớn và quá phức tạp nên độ trễ truyền tin qua liên mạng khá cao Mặt khác TCP cung cấp quá nhiều chức năng mà các dịch vụ thời gian thực không cần đến Do đó, TCP không phù hợp để truyền tải các dịch vụ này và cần thiết phải xây dựng một giao thức truyền tải mới bên cạnh TCP

để đáp ứng cho các dịch vụ thời gian thực qua IP

1.1.5 Giao thức truyền tải không tin cậy UDP

Cùng với giao thức TCP, tại mức 4 của bộ giao thức TCP/IP còn một giao thức nữa hoạt động đó là giao thức dữ liệu người dùng UDP (User Datagram Protocol) Đây là một giao thức phi liên kết và không cung cấp chức năng tuần tự (sequencing) và xác nhận (acknowledgment) Nó được sử dụng bên cạnh TCP trong trường hợp các dịch vụ đầy đủ của TCP là không cần thiết Một ứng dụng điển hình của UDP đó là sử dụng để truyền tải các gói tin thời gian thực của những dịch vụ như thoại gói hay lưu lượng video – những dịch vụ chỉ cần độ trễ thấp mà không yêu cầu quá cao về chất lượng dữ liệu nhận được tại phía thu

Một gói tin UDP gồm hai phần: phần tiêu đề và phần dữ liệu:

Hình 1.5: Cấu trúc gói dữ liệu UDP

Ưu điểm của UDP đó là do không cung cấp các chức năng tin cậy, điều khiển luồng, khôi phục lỗi… nên tiêu đề của UDP rất nhỏ so với TCP và nó rất phù hợp với các dịch vụ thời gian thực yêu cầu độ trễ thấp.

 Cổng nguồn và cổng đích là các giá trị 16 bít dùng cho các cổng giao thức UDP được sử dụng để tách các gói tin trong tiến trình đang đợi để nhận chúng Cổng nguồn là một trường dữ liệu tuỳ chọn, khi được sử dụng, nó xác định địa chỉ cổng

để gửi các bản tin xác nhận Ngược lại, nếu không được sử dụng nó sẽ nhận giá trị 0

 Trường độ dài chứa độ dài bản tin UDP tính theo octet bao gồm cả tiêu đề UDP

và dữ liệu

 Trường tổng kiểm tra là tổng CRC của phần tiêu đề bản tin UDP Nó là trường tuỳ chọn cho phép có thể đơn giản các thủ tục trong các mạng có độ tin cậy cao.Như vậy, so với bản tin giao thức truyền tải TCP, bản tin giao thức dữ liệu người sử dụng UDP có cấu trúc đơn giản hơn rất nhiều Phần tiêu đề bản tin chỉ xác định rõ giá trị cổng giao thức bên gửi và bên nhận Các thủ tục kiểm tra lỗi cũng được đơn giản hoá và là tuỳ chọn cho phép giảm tới tối đa thời gian trễ khi truyền dữ liệu qua giao thức lớp truyền tải UDP Do đó UDP rất phù hợp để truyền tải các dữ liệu yêu cầu tính thời gian thực cao

và khi lại cho phép tỷ lệ lỗi nhất định Trong khi đó, TCP sẽ phù hợp với để truyền tải các thông tin số liệu yêu cầu tính chính xác rất cao mà lại không yêu cầu qua lớn về thời gian trễ Như vậy, có thể thấy rằng hai giao thức lớp truyền tải TCP và UDP là hai giao thức bổ sung cho nhau Chúng cùng tồn tại và không thể thay thế cho nhau Hai giao thức này tạo nên tính linh hoạt của bộ giao thức IP và cho phép nó có thể tương thích với tất cả các loại hình dịch vụ trong hiện tại cũng như của tương lai Đây chính là điểm mạnh của giao thức

IP trước các bộ giao thức khác trong quá trình triển khai mạng thế hệ sau NGN

(IP) Truyền tải số liệu IP đã trở nên rất quen thuộc, nhưng truyền tải IP cho thoại mới được phát triển gần đây Nếu cho rằng thoại trên IP (VoIP) sẽ được sử dụng ở các mạng thế hệ thứ ba, thì ta cần xét các giải pháp thực hiện VoIP.

IP có rất nhiều ưu điểm so với chuyển mạch kênh Ưu điểm nổi bật nhất trong số các

ưu điểm này là việc nó sẽ là đoàn bẩy cho các kỹ thuật mã hóa thoại tiên tiến hiện nay như

Bộ mã hóa đa tốc độ thích ứng (AMR: Adaptive Multi rate) hoặc Tốc độ khả biến (Variable Bit Rate) được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động CDMA thế hệ ba Như vậy thoại có thể được truyền với tốc độ thấp hơn nhiều so với 64 kbit/s được sử dụng ở các mạng chuyển mạch kênh truyền thống

Nếu xét cấu trúc mạng cdmaOne, ta thấy thoại của MS phải được chuyển đổi mã trước khi vào MSC Sau đó nó được truyền đến nơi nhận ở tốc độ 64 kbit/s Nếu trên hầu hết quãng đường thoại được truyền bằng gói như IP thì việc chuyển đổi sang 64 kbit/s không cần thiết hoặc chỉ cần thiết ở rất gần nơi nhận Việc tiết kiệm độ rộng băng nhờ công nghệ này là rất lớn Tất nhiên IP không phải là công nghệ duy nhất cho phép tiết kiệm độ rộng băng tần, chẳng hạn ATM cũng có thể truyền tải thoại ở tốc độ thấp hơn 64 kbit/s Tuy nhiên IP còn có ưu điểm khác Có lẽ ưu điểm lớn nhất của IP so với các công nghệ khác (chẳng hạn ATM) là nó có ở hầu hết mọi nơi Không chỉ tất cả các máy tính PC hiện nay đều hỗ trợ IP mà các máy tính cầm tay và các chủ tổ chức cá nhân khác đều hỗ trợ IP ATM chưa có được sự có mặt ở mọi nơi Ngoài ra sự hiểu biết IP và kinh nghiệm sử dụng nó rất phổ biến Nhiều công ty dành cho sự phát triển các ứng dụng trên cơ sở IP Nếu IP được đặt trong máy tính xách tay và IP được sử dụng để mang cả thoại và sô liệu thì sẽ xuất hiện cơ hội hòa nhập giữa thoại và số liệu thực sự để cung cấp các dịch vụ mới

Trong công nghệ điện thoại IP thông tin thoại sẽ được đóng trong các gói và truyền

đi trên một đường truyền chung thay vì các kênh riêng như trong mạng chuyển mạng chuyển mạch kênh truyền thống Chúng ta có thể nhìn nhận VoIP như là khả năng thiết lập các cuộc gọi điện thoại và gửi những bản fax qua mạng dữ liệu IP với chất lượng dịch vụ có thể chấp nhận được và với cước phí thấp hơn rất nhiều so với dịch vụ của mạng chuyển mạch kênh thông thường Để thực hiện truyền thoại qua mạng IP, trước hết tại phía phát tín hiệu thoại phải được số hoá, nén và đóng gói để truyền qua mạng IP như những gói dữ liệu thông thường Tại phía thu, các gói thoại được mở gói, giải nén và chuyển từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để đưa đến tai nghe của người dùng

Vì đặc điểm của một mạng gói là một mạng tận dụng tối đa hiệu quả sử dụng băng tần mà ít quan tâm đến thời gian trễ lan truyền trong mạng, trong khi tín hiệu thoại lại là một dạng thời gian thực Do đó, người ta phải bổ sung vào mạng các phần tử mới và thiết

kế các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo được chất lượng dịch vụ cho người dùng Các thành phần này tạo thành một mạng gọi là mạng VoIP.

Công nghệ VoIP đã và đang mở ra một viễn cảnh mới trong ngành Viễn Thông trên toàn thế giới Với ưu điểm rất lớn về giá cước, dịch vụ VoIP thực sự đang thu hút rất nhiều

sự quan tâm của các nhà kinh doanh bao gồm cả các nhà đầu tư cung cấp dịch vụ và các nhà tiêu dùng dịch vụ Việc đưa dịch vụ VoIP vào phục vụ có thể coi là một cuộc cách mạng trong ngành Viễn Thông và thực tế đã cho thấy sức cạnh tranh rất lớn của công nghệ này so với công nghệ thoại chuyển mạch kênh truyền thống Mặc dù mới ra đời và được triển khai chưa lâu, nhưng dịch vụ VoIP đã chiếm một thị phần rất đáng kể trên thị trường quốc tế nói chung và nước ta nói riêng

Điểm cốt lõi để tạo nên các ưu điểm của mạng VoIP đó là khả năng sử dụng hiệu quả và tiết kiệm độ rộng băng tần Đó là do sự kết hợp các đặc tính vốn có của một mạng số liệu gói với các kỹ thuật mã hoá nén số hiện đại Kĩ thuật này cho phép giảm được đáng kể

số bít phải truyền đi Do đó giảm được băng thông truyền dẫn mà vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ theo yêu cầu

Nói chung VoIP là một hình ảnh mới cho mạng Viễn Thông hiện đại Nó đang được nghiên cứu và triển khai và đang hứa hẹn rất nhiều triển vọng trong tương lai gần

1.2.2 Thông tin gói IP trong các mạng thông tin di động

Hiện nay do thông tin IP ngày càng phát triển trong việc truyền lưu lượng, ta có thể tin rằng định tuyến trực tiếp và điều khiển di động cho các gói IP sẽ là phương thức hiệu quả để thực hiện mọi sơ đồ gắn kết chặt với thông tin IP và phù hợp để kết hợp và cung cấp các ứng dụng IP khác nhau trong mạng thông tin di động Bằng cách đồng chỉnh cơ chế truyền tải cơ sở với Internet, các công nghệ IP sẽ không ngừng được đưa vào mạng di động

và nhờ đó sẽ tạo ra rất nhiều dịch vụ mới Rất nhiều nỗ lực đang được tiến hành nhằm xây dựng một mạng để đạt được các mục đích và chức năng sau nhằm tích hợp tất cả các loại hình thông tin gồm cả VoIP để phát triển, cung cấp và triển khai các dịch vụ

1 Dựa trên tiến bộ của thông tin IP, coi rằng tất cả các thiết bị trong tương lai sẽ là đầu cuối IP, mạng phải có các chức năng thực hiện định tuyến và điều khiển di động trực tiếp theo địa chỉ IP của người sử dụng

2 Chuyển mạch trên cơ sở phần cứng và các chức năng truyền tải nhằm đạt được tốc

độ nhanh hơn và dung lượng cao hơn phải được tách riêng ra khỏi các chức năng điều khiển bằng phần mềm nhằm đạt được tính đa dạng và linh hoạt Với tổ chức như vậy, thiết bị có thể được phân tán và phân bổ tuỳ theo các khả năng của từng thiết bị và việc bổ sung mở rộng chỉ được thực hiện cho từng thiết bị yêu cầu

3 Khi xét đến nhu cầu đảm bảo các dịch vụ khác nhau trong tương lai, cần cung cấp

4 Thiết lập sơ đồ báo hiệu trên IP để điều khiển kết nối VoIP v.v…

5 Nghiên cứu áp dụng kiến trúc cho phép tách riêng hệ thống và điều khiển hệ thống

6 Áp dụng API (Application Programming Interface: Giao diện lập trình ứng dụng)

mở cho hệ thống điều khiển và nghiên cứu các dịch vụ đa phương tiện IP kết hợp với Internet trên cơ sở của tổ chức này

1.3 Các loại hình dịch vụ thoại qua IP

Về nguyên tắc, các dịch vụ thoại qua giao thức IP gồm một số loại sau đây:

 Máy điện thoại tới máy điện thoại (Phone to Phone)

 Máy tính tới máy điên thoại (PC to Phone)

 Máy tính tới máy tính (PC to PC)

1.3.1 Máy điện thoại tới máy điện thoại

Hình 1.6: Kết nối từ máy điện thoại tới máy điện thoại

Trong loại hình dịch vụ này, bên chủ gọi và bên bị gọi đều sử dụng điện thoại thông thường Gateway ở mỗi phía làm nhiệm vụ chuyển tín hiệu thoại thông thường thành gói tin

IP và ngược lại Đây là loại hình dịch vụ VoIP đã được triển khai ở Việt Nam bởi các nhà cung cấp VNPT, VietTel, SPT và ETC Loại hình này được miêu tả trong hình vẽ 1.6

1.3.2 Máy điện thoại tới máy tính

Trong dịch vụ này, người gọi sử dụng một máy tính đa phương tiện để thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao cố định PSTN hoặc thuê bao di động thông thường Tín hiệu thoại từ phía người gọi, thông qua máy tính được đóng gói vào các gói IP truyền qua mạng

IP tới gateway Tại đó, các gói tin IP được chuyển đổi thành tín hiệu 64 kbps thông thường

và chuyển tới tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi và từ đó chuyển tới máy điện thoại của thuê bao bị gọi Đây là loại hình dịch vụ thoại Internet đã được triển khai ở Việt Nam dưới dạng dịch vụ Fone VNN

Hình 1.7: Kết nối từ máy tính tới máy điện thoại

1.3.3 Máy tính tới máy tính

Trong trường hợp này, hai PC có thể được kết nối trực tiếp với nhau trong cùng một mạng IP hay giữa các mạng IP với nhau thông qua một mạng trung gian khác (như ISDN/PSTN) Trong các kết nối này, các PC đóng vai trò như các đầu cuối H.323 Nó là một máy tính đa phương tiện gồm sound card, loa, micro và có phần mềm phục vụ dịch vụ thoại Internet

Hình 1.8: Kết nối từ máy tính tới máy tính

Tín hiệu thoại từ phía người gọi, thông qua máy tính được đóng vào trong các gói IP

và truyền qua mạng Hai đầu cuối có thể ở trong cùng một mạng IP hoặc thuộc các mạng IP khác nhau Trong trường hợp thứ hai, các mạng IP có thể được kết nối với nhau qua một mạng trung gian Mạng này có thể ISDN, PSTN hay Internet Hiện nay, dịch vụ Fone VNN của Việt Nam cũng đã phép thực hiện cuộc gọi loại này

1.4 Truy nhập các mạng IP thông qua miền chuyển mạch gói

UE có thể sử dụng miền PS của UMTS như là mạng truy nhập để truy nhập đến mạng IP Khi này mạng IP ngoài được hiểu là mạng IP không nằm trong không nằm trong miền PS của UMTS Chẳng hạn nó có thể là IP intranet trực thuộc nhà cung cấp dịch vụ internet ISP, mạng của ISP, hay mạng IP của xí nghiệp mà UE trực thuộc

Để UE có thể truy nhập đến mạng IP ngoài, cần thực hiện một số tương tác sau đây giữa UE và mạng IP:

 Đăng ký người sử dụng (nhận thực và trao quyền) với mạng IP ngoài

 Ấn định các địa chỉ IP động cho UE bởi mạng IP ngoài

 Mật mã số liệu của người sử dụng được truyền giữa UE và mạng IP ngoài

Miền PS của UMTS nối đến mạng IP ngoài thông qua giao diện Gi Hình vẽ 1.9 mô

tả truy nhập của UE đến mạng IP ngoài thông qua miền PS của UMTS

Hình 1.9: UE truy nhập đến mạng IP ngoài thông qua miền PS của UMTS

Tuỳ thuộc vào việc GGSN có tham gia hay không vào tương tác giữa UE với mạng ngoài, UMTS định nghĩa hai cách truy nhập cơ bản đến mạng IP ngoài qua miền PS:

 Truy nhập trong suốt: GGSN không tham gia vào bất kỳ một tương tác nào giữa UE và mạng IP ngoài ngoại trừ truyền tải các gói IP của người sử dụng

 Truy nhập không trong suốt: GGSN tham dự ít nhất một trong số các tương tác giữa UE và mạng IP ngoài

Dưới đây ta sẽ xét các vấn đề sau:

 Truy nhập trong suốt

 Truy nhập không trong suốt sử dụng MIP

 Nhận địa chỉ IP động từ các mạng ngoài

 Quay số qua miền PS đến mạng IP ngoài (tương tác không trong suốt)

1.4.1 Truy nhập trong suốt

Trong phương thức này, trước hết UE tìm cách truy nhập đến GGSN trong PS CN địa phương (khách) để nó có thể gửi và nhận các gói IP của người sử thông qua PS CN đến

và đi từ mạng IP ngoài Để vậy nó phải đăng nhập GPRS, sau đó tích cực PDP context

UE cũng cần nhận được một địa chỉ IP từ miền PS địa phương Nó sẽ sử dụng địa chỉ này làm địa chỉ PDP để gửi và nhận các gói trong PS CN Địa chỉ IP địa phương này có thể được lập cấu hình tĩnh (tại thời điểm đăng ký dịch vụ với mạng UMTS địa phương) Tuy nhiên địa chỉ này có thể được ấn định động bởi miền PS CN địa phương trong quá trình tích cực PDP context

Sau khi UE đã có thể gửi và nhận các gói IP trên miền PS CN, nó tiến hành đăng ký với mạng IP ngoài để có thể truy nhập đến mạng này Đăng ký với mạng IP ngoài có thể được thực hiện bằng một giao thức IP bất kỳ Miền PS CN sẽ không tham dự vào bất kỳ một tương tác nào giữa UE và mạng IP ngoài ngoại trừ truyền tải các gói IP của người sử dụng giữa UE và mạng này

Cần lưu ý rằng đối với truy nhập trong suốt, miền PS cần quyết định (mà không trao đổi với mạng IP ngoài) xem có nên cho phép UE truy nhập mạng và ấn định địa chỉ IP cho

nó trong quá trình tích cực PDP context hay không Để làm được việc này, miền PS phải có được thông tin đăng ký thuê bao đủ để nhận thực và trao quyền UE

Hình vẽ 1.10 mô tả ngăn xếp giao thức cho truy nhập trong suốt

Hình 1.10: Ngăn xếp giao thức truy nhập trong suốt

IP được sử dụng làm PDP trên miền PS giữa UE và GGSN IP cũng được sử dụng làm giao thức định tuyến lớp mạng giữa GGSN và mạng IP ngoài Mọi giao thức IP đều có thể sử dụng UE để đăng ký với mạng IP ngoài và để đảm bảo an ninh lưu lượng IP của người sử dụng Chẳng hạn IPsec có thể được sử dụng để nhận thực và để đảm bảo an ninh lượng giữa UE và mạng IP ngoài

Để truy nhập trong suốt, mỗi UE phải có một địa chỉ IP duy nhất trong miền PS địa phương vì thế cần phải có một số lượng địa chỉ IP rất lớn khi mạng UMTS phát triển Tuy nhiên nếu ta sử dụng Ipv4 thì không gian địa chỉ của nó rất hạn chế và không gian này không thể hỗ trợ đánh địa chỉ cho một số lượng lớn các UE trong tương lai Truy nhập không trong suốt cho phép khắc phục nhược điểm này

1.4.2 Truy nhập không trong suốt

Truy nhập không trong suốt sử dụng MIPv4 Trong phương pháp này, UE sử dụng địa chỉ MIP nhà của mình làm địa chỉ PDP để gửi và nhận các gói IP trên miền PS địa phương Mỗi GGSN đóng vai trò như một MIPv4 FA UE sử dụng địa chỉ IP của GGSN phục vụ nó như là CoA bên trong miền PS địa phương Vì thế miền này không ấn định bất

kỳ địa chỉ nào cho các UE làm khách ngoại trừ việc đưa ra địa chỉ của chính nó cho UE để

UE sử dụng địa chỉ này như là CoA UE sử dụng các bản tin chuẩn của MIPv4 để đăng ký địa chỉ FA CoA với MIPv4 HA của mình trong mạng nhà của thuê bao (mạng này có thể là mạng ngoài)

Các gói IP gửi đến địa chỉ nhà MIPv4 của UE sẽ được định tuyến đến HA của UE theo chuẩn MIP Sau đó HA của UE sẽ truyền tunnel các gói này đến CoA hiện thời của

UE Trong trường hợp này các gói này được chuyển đến MIPv4 FA nằm trong GGSN

GGSN lấy ra gói IP trong tải tin từ MIPv4 tunnel và gửi các gói tải trọng đến UE theo tuyến được nhận dạng bởi PDP context của UE.

Hình vẽ 1.11 cho thấy ngăn xếp giao thức cho trường hợp truy nhập không trong suốt sử dụng MIPv4 Hình vẽ 1.12 mô tả luồng các bản tin báo hiệu cho trường hợp này

Hình 1.11: Ngăn xếp giao thức cho phương pháp truy nhập không trong suốt đến mạng IP

thông qua miền PS

Hình 1.12: Luồng bản tin báo hiệu cho truy nhập không trong suốt sử dụng MIPv4

SGSN và GGSN trong miền PS địa phương không dựa trên UE để cung cấp địa chỉ nhà cho nó trong quá trình tích cực PDP context Lý do là vì UE có thể không luôn luôn có địa chỉ nhà hợp lệ trong quá trình tích cực PDP context Chẳng hạn trong trường hợp UE sử dụng địa chỉ nhà động do mạng nhà của nó ấn định Vì thế GGSN sẽ nhận biết địa chỉ nhà của UE bằng cách chặn bắt và kiểm tra các bản tin báo hiệu gửi đến UE từ MIP HA của

UE Để chặn bắt các bản tin báo hiệu từ HA, GGSN cần có một MIP FA Vì mỗi UE chỉ sử dụng FA CoA, nên các bản tin báo hiệu MIP và các gói của người sử dụng gửi đến cho nó trước hết phải qua FA trong GGSN

 Trước hết UE phải đạt được truy nhập đến GGSN dựa trên thủ tục tích cực PDP context khởi xướng từ UE Khởi đầu quá trình tích cực PDP context, UE thiết lập trường địa chỉ PDP trong yêu cầu tích cực PDP context vào không, ngay cả khi nó đã có một địa chỉ nhà MIP cố định SGSN sẽ sử dụng APN trong yêu cầu tích cực PDP context để chọn ra một GGSN có MIPv4 FA theo cấu hình mạng được thiết lập bởi nhà khai thác và hỗ trợ ấn định địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài theo MIPv4

 Sau đó SGSN gửi yêu cầu tạo lập PDP context đến GGSN được chọn

để yêu cầu thiết lập PDP context cho UE Trường địa chỉ PDP của yêu cầu tạo lập PDP context cũng sẽ được đặt rằng không để chỉ thị cho GGSN rằng địa chỉ nhà của

UE phải do HA đặt lại sau khi PDP context đã được tích cực GGSN sẽ thiết lập PDP context cho UE mà không ấn định địa chỉ PDP cho nó

 Sau đó GGSN gửi trả lời tạo lập PDP context đến UE để báo nhận yêu cầu tạo lập PDP context

 Sau khi đã tích cực PDP context cho UE, FA trên GGSN sẽ gửi các bản tin quảng cáo tác nhân MIPv4 cho UE Các bản tin này được mang trong các gói quảng bá IP hạn chế (các gói IP này sử dụng địa chỉ nhận quảng bá hạn chế 254.254.254.255) Tuy nhiên các bản tin này không được phát quảng bá trong vô tuyến mà được phát trong tunnel điểm đến điểm từ GGSN đến UE

 Sau khi nhận được các bản tin quảng bá tác nhân MIPv4, UE sử dụng địa chỉ IP của

FA làm CoA và thực hiện đăng ký MIPv4 CoA với HA bằng gửi đi yêu cầu đăng ký MIPv4 đến HA Nếu UE có địa chỉ nhà cố định hoặc NAI (Network Access Identifier: Nhận dạng truy nhập mạng), bản tin đăng ký MIPv4 sẽ mang địa chỉ nhà hay NAI của UE (đóng vai trò là số nhận dạng cho UE) Nếu UE muốn nhận địa chỉ nhà động từ MIPv4 HA, yêu cầu đăng ký MIPv4 sẽ mang địa chỉ không và mang NAI đóng vai trò nhận dạng UE để đăng ký MIPv4

 Khi nhận được yêu cầu đăng ký MIPv4, GGSN sẽ ghi lại địa chỉ nhà của UE hoặc NAI (hay cả hai) và chuyển đổi chúng thành TEID của GTU-U tunnel

để truyền các gói của người sử dụng nhận được từ HA đến UE Sau đó FA trong GGSN sẽ chuyển yêu cầu đăng ký MIPv4 đến HA của UE

 Sau khi nhận được yêu cầu đăng ký MIPv4, HA gửi trả lời đăng ký MIPv4 đến GGSN theo địa chỉ CoA của UE FA trong GGSN sẽ chặn bắt trả lời đăng ký MIPv4

và lấy ra địa chỉ nhà từ trả lời này trước khi chuyển nó đến UE Sau đó GGSN sẽ chèn địa chỉ nhà UE vào PDP context và khởi động thủ tục thay đổi PDP context để cập nhật địa chỉ PDP trong GGSN

1.4.3 Nhận địa chỉ động từ mạng IP ngoài bằng cách sử dụng DHCP

Để nhận địa chỉ IP từ mạng IP ngoài bằng cách sử dụng giao thức lập cấu hình động (DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol), UE cần liên lạc với DHCP server trong mạng IP ngoài Vì thế UE cần gửi số liệu người sử dụng trên PS CN địa phương trước khi PDP context của nó có được một địa chỉ PDP hợp lệ Vì vậy, lúc đầu một PDP context cần được tích cực mà không có địa chỉ IP

Sau khi PDP context đã được tích cực, UE có thể liên lạc với DHCP để nhận một địa chỉ IP Để vậy cần thực hiện các điểm sau đây:

 Trước khi ấn định địa chỉ IP cho UE từ mạng IP ngoài, cần đảm bảo khả năng truyền các bản tin DHCP giữa UE và DHCP server ngoài

 Khi mạng ngoài đã ấn định một địa chỉ IP cho UE, cần cập nhật PDP context và địa chỉ IP của UE cho SGSN và GGSN

Để truyền tải các bản tin DHCP trên miền PS CN giữa UE và DHCP server trong mạng IP ngoài trước khi PDP context của UE có được địa chỉ PDP GGSN cần hoạt động như một tác nhân chuyển tiếp DHCP Tác nhân này có thể chuyển tiếp các bản tin DHCP giữa DHCP client trên UE và DHCP server khi hai phần tử này nằm trong các mạng con khác nhau GGSN có thể nhận biết được các địa chỉ của các DHCP server ngoài dựa trên APN nhận được từ GGSN trong quá trình tích cực PDP context Tác nhân chuyển tiếp DHCP sẽ quyết định gửi các bản tin DHCP nhận được từ một DHCP server đến UE nào dựa trên địa chỉ cứng của UE (địa chỉ lớp 2) được mang trong các bản tin DHCP này

Cần lưu ý rằng theo các tiêu chuẩn hiện nay của UMTS, chỉ GGSN là được khởi xướng quá trình cập nhật địa chỉ trong các PDP context trong GGSN và SGSN Vì thế để

hỗ trợ ấn định địa chỉ IP động bởi mạng IP ngoài thông qua DHCP, GGSN phải hiểu được địa chỉ IP do mạng ngoài ấn định cho UE và sau đó khởi đầu thủ tục cập nhật địa chỉ PDP trong PDP context của UE trong GGSN và SGSN Để hiểu hiểu được địa chỉ IP ấn định cho

UE bởi DHCP server ngoài, tác nhân chuyển tiếp DHCP trong GGSN phải diễn giải và kiểm tra các bản tin DHCP gửi từ DHCP server đến UE.

Hình vẽ 1.13 mô tả các ngăn xếp giao thức để hỗ trợ cấp phát địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài sử dụng DHCP

Hình 1.13: Ngăn xếp giao thức để ấn định địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài sử dụng DHCP

Hình vẽ 1.14 mô tả luồng báo hiệu để ấn định địa chỉ IP động từ mạng ngoài sử dụng DHCP

Hình 1.14: Luồng báo hiệu để ấn định địa chỉ IP động từ mạng IP ngoài sử dụng DHCP

 Trước hết UE cần đạt được truy nhập đến GGSN bằng thủ tục tích cực PSP context khởi xướng từ UE

 Khi khởi đầu quá trình tích cực PDP context, UE đặt địa chỉ PDP trong yêu cầu tích cực PDP context bằng không Dựa trên APN trong bản tin yêu cầu tích cực PDP context nhận được và thông tin về cấu hình của GGSN, SGSN chọn một GGSN để hỗ trợ ấn định địa chỉ IP từ mạng ngoài sử dụng DHCP.

 Sau đó SGSN gửi bản tin yêu cầu tạo lập PDP context đến GGSN vừa được chọn

 Nhận được bản tin yêu cầu tạo lập PDP context từ SGSN, GGSN tạo lập một PDP context cho UE với địa chỉ PDP bằng không

 Sau đó GGSN gửi bản tin trả lời tạo lập PDP context đến SGSN chỉ thị rằng đã hoàn tất tích cực PDP context

 Tiếp theo SGSN gửi đến UE bản tin tiếp nhận tích cực PDP context để thông báo cho nó về sự hoàn thành thủ tục tích cực PDP context Khi này PDP context tích cực sẽ cho phép UE gửi số liệu của người sử dụng đến DHCP theo APN trong PDP context của UE tại GGSN Điều này cho phép UE tiếp xúc với DHCP server ngoài để nhận địa chỉ IP

 UE gửi bản tin DHCPDISCOVER theo địa chỉ quảng bá hạn chế (toàn số 1) đến DHCP server qua tác nhân chuyển tiếp DHCP trong GGSN

 Nhận được bản tin này, tác nhân chuyển tiếp DHCP sẽ chuyển nó đến DHCP server ngoài theo APN trong PDP context

 Nhận được DHCPDISCOVER, DHCP server ngoài gửi bản tin trả lời DISCOVEROFFER mang theo địa chỉ IP ấn định cho UE đến UE

 Tác nhân chuyển tiếp DHCP trong GGSN gửi bản tin này đến UE

 UE có thể nhận được nhiều bản tin DHCPOFFER từ nhiều DHCP server Tuy vậy nó chỉ chọn một địa chỉ và gửi bản tin DHCPREQUEST đến các DHCP server để khẳng định rằng nó đã tiếp nhận địa chỉ IP được chọn

 Bản tin này lại được tác nhân chuyển tiếp DHCP trong GGSN chuyển đến các DHCP server

 Nhận bản tin DHCPREQUEST chỉ thị rằng UE đã tiếp nhận địa chỉ IP do DHCP server cung cấp, DHCP server này gửi bản tin trả lời DHCPACK chứa các thông

số cấu hình ấn định cho UE

 Tác nhân chuyển tiếp DHCP lấy ra địa chỉ IP ấn định cho UE từ bản tin DHCPACK trước khi gửi bản tin này tới UE Sau đó tác nhân chuyển tiếp DHCP

sẽ chuyển địa chỉ này đến GGSN GGSN chèn địa chỉ này vào PDP context của

UE và khởi đầu thủ tục thay đổi PDP context khởi xướng bởi GGSN để cập nhật địa chỉ PDP context trong GGSN.

1.4.4 Truy nhập bằng quay số sử dụng PPP

Miền PS có thể hỗ trợ các kết nối quay số để kết nối UE đến một mạng IP ngoài Quay số là quá trình thiết lập một kết nối lớp liên kết đến một mạng IP Sau khi kết nối quay số đã được thiết lập, IP có thể hoạt động trên kết nối này giống như UE được kết nối đến mạng ngoài qua mạng IP nội hạt

Có thể thực hiện một kết nối quay số lớp liên kết đầu cuối đến đầu cuối bằng các giao thức khác nhau trong các mạng trung gian khác nhau mà kết nối này đi qua PPP (Point to Point Protocol: Giao thức điểm đến điểm) là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất

để thiết lập một kết nối lớp liên kết dọc theo một liên kết điểm đến điểm trên một mạng không phải IP Giao thức truyền tunnel lớp 2 (L2TP) có thể được sử dụng để mở rộng kết nối PPP trên một mạng IP đến một server truy nhập mạng trong mạng IP

Như đã nói, PS không sử dụng các giao thức IP tiêu chuẩn để định tuyến các gói của người sử dụng giữa UE và GGSN, mà thay vào đó nó sử dụng các tuyến đặc thù máy được thiết lập và duy trì bởi các giao thức GPRS Vì thế kết nối PPP là chọn lựa tất yếu để thực hiện kết nối quay số trong miền PS (giữa UE và GGSN phục vụ nó) Khi này ta có thể sử dụng L2TP để mở rộng kết nối PPP từ GGSN đến điểm tiếp xúc UE với mạng IP ngoài Điểm cuối của L2TP ở phía mạng IP được gọi là server mạng của L2TP (LNS: L2TP Network Server) Điểm cuối của L2TP ở phía mạng IP tại phía người sử dụng được gọi là

bộ tập trung truy nhập L2TP (LAC: L2TP Access Concentrator) Vì thế để sử dụng L2TP

mở rộng kết nối PPP từ GGSN đến điểm tiếp xúc của UE với mạng ngoài, GGSN phải chứa LAC và điểm tiếp xúc của UE với mạng ngoài phải là LNS

Hình vẽ 1.15 cho thấy thí dụ về ngăn xếp giao thức và luồng báo hiệu cho truy nhập qua số đến mạng IP ngoài qua miền PS

Hình 1.15: Thí dụ ngăn xếp giao thức cho truy nhập quay số đến mạng

IP ngoài qua miền PS

Hình 1.16: Thí dụ luồng báo hiệu cho truy nhập quay số đến mạng

IP ngoài qua miền PS

Để mô tả quá trình truy nhập quay số, hình vẽ 1.16 giả thiết là L2TP được sử dụng

để thực hiện kết nối lớp 2 giữa GGSN và mạng IP ngoài

 Trước hết UE cần đạt được truy nhập đến GGSN thông qua thủ tục tích cực PDP context khởi xướng từ UE Khi UE sử dụng tunnel lớp 2 trên miền PS để kết nối đến mạng IP ngoài, nó phải nhận địa chỉ do mạng IP ngoài cung cấp UE có thể

sử dụng địa chỉ tĩnh hay địa chỉ động Nếu sử dụng địa chỉ tĩnh, UE phải cung cấp địa chỉ này trong trường địa chỉ PPP của bản tin yêu cầu tích cực PDP context mà nó gửi đến SGSN Trái lại trường này được đặt vào không Trên hình 1.16, UE gửi đến SGSN bản tin yêu cầu tích cực PDP context với địa chỉ PDP đặt bằng không

 Sau đó SGSN gửi bản tin yêu cầu tạo lập PDP context đến GGSN

 Nhận được bản tin này, GGSN lấy ra APN và từ APN nó rút ra địa chỉ của LNS trong mạng IP ngoài.

 GGSN tích cực PDP context và gửi bản tin trả lời tạo lập PDP context đến SGSN

 SGSN gửi bản tin tiếp nhận tích cực PDP context đến UE để kết thúc quá trình tích cực PDP context

 Sau thủ tục tích cực PDP context UE có thể khởi xướng quá trình thiết lập kết nối giữa UE và GGSN và lập cấu hình IP ở dạng giao thức lớp mạng trên kết nối PPP

 Sau khi đã lập cấu hình cho kết nối PPP, GGSN sẽ thiết lập tunnel L2TP đến LNS trong mạng IP ngoài để hoàn tất kết nối quay số đến mạng IP ngoài

1.5 Đánh số, chuyển đổi địa chỉ và định tuyến

Để có thể thực hiện được cuộc gọi giữa các thuê bao trong mạng VoIP, mạng VoIP phải có cơ chế gán địa chỉ cho các thiết bị trong mạng Do mạng VoIP thường liên kết với các mạng khác nhau, điển hình là sự kết hợp giữa mạng PSTN và mạng IP, nên khi triển khai mạng VoIP cũng phải lập kế hoạch để có thể chuyển đổi địa chỉ giữa các mạng với nhau ETSI đã đưa ra hai khuyến nghị TS 101 324 Ver.2.1.1 và TR 101 327 Ver.1.1.1 về yêu cầu đánh số đối với thuê bao VoIP để đảm bảo việc phân phối hoạt động giữa hai mạng

IP và mạng PSTN, trong đó lưu ý một số điểm sau:

 Mạng VoIP phải nhận dạng được số bị gọi theo chuẩn E.164 được sử dụng trong mạng quốc tế

 Mạng VoIP có thể nhận dạng được mọi số bị gọi theo chuẩn E.164 được sử dụng trong mạng quốc gia

 Mạng VoIP có thể nhận dạng được số bị gọi trong các mạng nội bộ (trong trường hợp mạng IP nội bộ kết hợp với mạng SCN nội bộ)

 Mạng VoIP phải truyền được đầy đủ mọi tên khách hàng yêu cầu hạn chế nhận dạng thuê bao chủ gọi

 Mạng VoIP phải hỗ trợ cơ chế lựa chọn nhà cung cấp mạng theo quy định của từng quốc gia trong trường hợp có nhiều nhà cung cấp mạng Lưu ý rằng việc lựa chọn nhà cung cấp mạng có thể được thực hiện bằng nhiều cách như đặt ngầm định, lựa chọn trước bởi người sử dụng, quay số mã truy nhập và mã nhận dạng của nhà cung cấp mạng hoặc bằng một cách thức khác do quốc gia đó quy định

 Mạng VoIP phải hỗ trợ chức năng phân tích số để lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ nếu cần thiết Lưu ý rằng các quốc gia khác nhau có yêu cầu khác nhau về số để lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ Một vài quốc gia yêu cầu chức năng bổ sung trong mạng khởi phát cuộc gọi và mạng chuyển tiếp.

Trong đó, mỗi gateway được xác định bằng 3 thông số:

hệ thống định tuyến trong mạng SCN và mạng Internet căn cứ vào đó định tuyến cuộc gọi

Có 3 cách khác nhau để định tuyến cuộc gọi thoại IP giữa các thuê bao nằm riêng rẽ trong mạng SCN và mạng Internet

Trong cách thứ nhất, thêm các chức năng mới cho mạng SCN để xử lý các thông tin định tuyến sử dụng trong mạng Internet Các thông tin địa chỉ được sử dụng trên Internet có thể là địa chỉ IP, tên vùng, địa chỉ e-mail…Những người sử dụng trên dịch vụ điện thoại IP cần được đăng ký địa chỉ IP Thuê bao chủ gọi sẽ chỉ định thuê bao bị gọi thông qua các thông tin địa chỉ của thuê bao bị gọi Cấu trúc địa chỉ cũng giống như cấu trúc tên vùng bằng việc sử dụng các chữ số 0-9 và các kí hiệu #, * Do đó, cần phải đưa ra các quy ước khi sử dụng những kí tự này Tuy nhiên, điều này có thể không khả thi do việc đưa địa chỉ vào sẽ rất phức tạp

Trong cách thứ hai, thêm các chức năng mới cho SCN để giao tiếp với số E.164 trên Internet Mỗi thuê bao sử dụng dịch vụ điện thoại IP được đăng ký số E.164 Mỗi chức năng mới ra đời cần đưa ra phép chuyển đổi từ số E.164 sang địa chỉ IP Khi đó, người sử dụng chỉ cần đưa vào số E.164 và hệ thống coi đó như là thông tin địa chỉ của người sử dụng địa chỉ điện thoại IP Tuy nhiên, do dịch vụ điện thoại IP sử dụng chung số E.164 với các dịch vụ khác nên dung lượng người sử dụng dịch vụ điện thoại IP sẽ bị hạn chế

Trong cách thứ ba, thêm các cách thức đánh địa chỉ mới độc lập với hệ thống địa chỉ

IP và số E.164 Một hệ thống đánh địa chỉ mới cần được sử dụng cho dịch vụ điện thoại IP

Hệ thống này cần phải cải tiến từ các hệ thống đánh địa chỉ cũ và áp dụng cho cả thuê bao chủ gọi và thuê bao bị gọi

Tuy nhiên, cũng giống như hệ thống đánh địa chỉ IP, điều này có thể không khả thi

do việc đưa địa chỉ vào sẽ rất phức tạp Vì vậy tác giả quyết định lựa chọn phương pháp thứ hai là phương thức đăng ký địa chỉ cho các thuê bao sử dụng dịch vụ điện thoại IP

1.6 Các yêu cầu đối với VoIP

Chất lượng thoại tốt là yêu cầu trước hết đối với mọi mạng thông tin di động và các mạng khác Các sơ đồ mã hóa thoại 64 kbit/s (G.711) được sử dụng cho mạng cố định Ở thông tin di động để tiết kiệm độ rộng băng các sơ đồ mã hóa thoại tốc độ bit thấp hơn được

sử dụng, tuy nhiên chúng vẫn phải đảm bảo yêu cầu chất lượng thoại tốt Ngoài chất lượng thoại còn có các yêu cầu khác như: Trễ truyền dẫn thấp, Jitter thấp (thay đổi trễ thấp) và tổn thất thông tin thấp Xét từ quan điểm IP, các yêu cầu này ở mức độ nhất định đối lập nhau Chẳng hạn để đảm bảo yêu cầu tổn thất thông tin thấp, ta phải sử dụng TCP lớp 4 Tuy nhiên TCP gây ra trễ rất lớn, vì mạng cần thiết lập kết nối TCP mỗi khi bắt đầu truyền và phải thực hiện công nhận cũng như phát lại Để giảm thiểu trễ ta có thể sử dụng UDP, tuy nhiên giao thức đơn giản này không cho phép chống tổn thất gói Chọn lựa giữa UDP và TCP phụ thuộc vào việc giảm thiểu trễ quan trọng hơn hay loại bỏ tổn thất gói quan trọng hơn, điều này phụ thuộc vào kiểu dịch vụ Đối với thoại, trễ và Jitter gây ra cảm giác khó chịu hơn tổn thất gói: Có thể cho phép mất gói đến 5% mà không gây giảm cấp đáng kể đến chất lượng thoại Vì vậy truyền dẫn thoại nên chọn UDP hơn TCP Tuy nhiên cũng cần bổ sung thêm một số xử lý cho UDP để VoIP đảm bảo chất lượng thoại hợp lý Tối thiểu ứng dụng đầu cuối cũng cần biết sơ đồ mã hóa được sử dụng ở ứng dụng nguồn để có thể giải

mã các gói thoại Ứng dụng này cần có thông tin định thời để có thể phát các gói đến người

sử dụng một cách đồng bộ và giảm bớt trễ trong mạng Ngoài ra ứng dụng này cũng cần biết khi nào gói bị mất để có thể phát lại gói trước đó nhằm lấp vào khoảng trống

Để thực hiện nhiệm vụ này giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) được phát triển hình vẽ 1.17

Hình 1.17: Các lớp của giao thức VoIP